Mis on fosfolipiidide peamised funktsioonid?

Fosfolipiidid on levinud bakterite ja eukarüootide rakkudes. Need on fosfaatpeast ja lipiidist sabast valmistatud molekulid. Pea peetakse vett armastavaks või hüdrofiilseks, samas kui saba on hüdrofoobne või vett tõrjuv. Fosfolipiide nimetatakse seetõttu amfifiilseteks. Selle fosfolipiidide kahese olemuse tõttu paigutavad paljud tüübid end vesises keskkonnas kaheks kihiks. Seda nimetatakse kahekihiliseks fosfolipiidiks. Fosfolipiidide süntees toimub peamiselt endoplasmaatilises võrgus. Teised biosünteesi piirkonnad hõlmavad Golgi aparaati ja mitokondreid. Fosfolipiidid toimivad rakkude sees mitmel viisil.

TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)

Fosfolipiidid on hüdrofiilsete fosfaatpeade ja hüdrofoobsete lipiidide sabadega molekulid. Need sisaldavad rakumembraane, reguleerivad teatud rakuprotsesse ja omavad nii stabiliseerivaid kui ka dünaamilisi omadusi, mis võivad aidata ravimi kohaletoimetamisel.

Fosfolipiidid pakuvad rakumembraanidesse raku kaitsmiseks barjääre ja takistavad nende rakkude organelle. Fosfolipiidid pakuvad mitmesuguste ainete radasid läbi membraanide. Membraanivalgud uurivad fosfolipiidset kaksikkihti; need reageerivad rakusignaalidele või toimivad rakumembraani ensüümide või transpordimehhanismidena. Fosfolipiidne kaksikkiht võimaldab olulistel molekulidel nagu vesi, hapnik ja süsinikdioksiid kiiresti ristuvad membraani, kuid väga suured molekulid ei saa sel viisil rakku siseneda või ei pruugi seda teha kõik. Selle fosfolipiidide ja valkude kombinatsiooni abil on rakk selektiivselt läbilaskev, võimaldades keerukamate koostoimete kaudu vabalt ainult teatud aineid ja teisi.

Fosfolipiidid annavad raku membraanidele struktuuri, mis omakorda hoiab organellid korrastatuna ja tõhusamaks tööks, kuid see struktuur aitab kaasa ka membraanide paindlikkusele ja voolavus. Mõned fosfolipiidid põhjustavad membraani negatiivset kumerust, teised aga positiivset kumerust, sõltuvalt nende koostisest. Valgud aitavad kaasa ka membraani kõverusele. Fosfolipiidid võivad translokatseeruda ka membraanides, sageli spetsiaalsete valkude, näiteks flippaaside, floplaaside ja skrambrite abil. Fosfolipiidid aitavad kaasa ka membraanide pinna laengule. Ehkki fosfolipiidid aitavad kaasa stabiilsusele, nende sulandumisele ja lõhustumisele, aitavad nad kaasa ka materjalide ja signaalide transportimisel. Seetõttu muudavad fosfolipiidid membraanid pigem dünaamilisteks kui lihtsateks kahekihilisteks tõketeks. Ja kuigi fosfolipiidid aitavad erinevates protsessides rohkem, kui algselt arvati, jäävad nad rakumembraanide stabilisaatoriteks liikide lõikes.

Parema tehnoloogia abil suudavad teadlased fluorestseeruvate sondide abil visualiseerida mõned fosfolipiidid elusrakkudes. Muud meetodid fosfolipiidide funktsionaalsuse väljaselgitamiseks hõlmavad väljalülitatud liikide (näiteks hiirte) kasutamist, millel on üleekspresseeritud lipiide modifitseerivad ensüümid. See aitab mõista fosfolipiidide rohkem funktsioone.

Fosfolipiidid võtavad kaksikkihtide moodustamise kõrval aktiivse rolli. Fosfolipiidid säilitavad rakkude ellujäämise tagamiseks keemiliste ja elektriliste protsesside gradiendi. Need on hädavajalikud ka eksotsütoosi, kemotaksise ja tsütokineesi reguleerimiseks. Mõned fosfolipiidid mängivad fagotsütoosis rolli, töötades osakeste ümbritsemisel fagosoomide moodustamiseks. Fosfolipiidid aitavad kaasa ka endotsütoosile, mis on vakuoolide teke. Protsess hõlmab membraani sidumist osakeste ümber, pikendamist ja lõpuks lõhustumist. Saadud endosoomid ja fagosoomid omavad omakorda oma lipiidide kahekihilisi kihte.

Fosfolipiidid reguleerivad rakuprotsesse, mis on seotud kasvu, sünaptilise ülekande ja immuunseirega.

Fosfolipiidide teine ​​funktsioon on ringlevate lipoproteiinide kokkupanek. Need valgud mängivad veres lipofiilsete triglütseriidide ja kolesteroolide transportimisel olulist rolli.

Fosfolipiidid toimivad kehas ka emulgaatoritena, näiteks kui need segatakse sapipõies kolesteroolide ja sapphappega, et saada mitselle rasvainete imendumiseks. Fosfolipiidid mängivad ka pindade niisutamise rolli näiteks liigeste, alveoolide ja muude sujuvat liikumist vajavate kehaosade puhul.

Eukarüootides olevad fosfolipiidid on valmistatud mitokondrites, endosoomides ja endoplasmaatilises võrgus (ER). Enamik fosfolipiide on valmistatud endoplasmaatilises võrgus. ER-s kasutatakse fosfolipiide mittesikulaarses lipiidide transportimisel ER ja teiste organellide vahel. Mitokondrites on fosfolipiididel rakkude homöostaasi ja mitokondrite funktsioneerimise jaoks arvukad rollid.

Fosfolipiidid, mis ei moodusta kahekihilisi kihte, aitavad kaasa membraani sulandumisele ja paindumisele.

Eukarüootides on kõige enam levinud fosfolipiidid glütserofosfolipiidid, millel on glütserooli selgroog. Neil on peagrupp, hüdrofoobsed kõrvalahelad ja alifaatsed ahelad. Nende fosfolipiidide peagrupp võib keemilises koostises varieeruda, mis põhjustab fosfolipiidide erinevaid sorte. Nende fosfolipiidide struktuurid varieeruvad silindrilisest koonusekujulisest kuni pöördkoonuseni ja seetõttu on nende funktsionaalsus erinev. Nad töötavad kolesterooli ja sfingolipiididega endotsütoosi soodustamiseks, moodustavad lipoproteiinid, neid kasutatakse pindaktiivsete ainetena ja nad on rakumembraanide peamised komponendid.

Fosfatiidhape (PA), mida nimetatakse ka fosfatidaadiks, sisaldab rakkudes ainult väikest protsenti fosfolipiididest. See on kõige põhilisem fosfolipiid ja toimib teiste glütserofosfolipiidide eelkäijana. Sellel on kooniline kuju ja see võib põhjustada membraanide kõverdumist. PA soodustab mitokondrite sulandumist ja lõhustumist ning on lipiidide ainevahetuse jaoks hädavajalik. See seondub kemotaksisega seotud Rac-valguga. Samuti arvatakse, et see on anioonse iseloomu tõttu koostoimes paljude teiste valkudega.

Fosfatidüülkoliin (PC) on kõige arvukam fosfolipiid, moodustades kogu lipiididest 55 protsenti. PC on ioon, mida tuntakse tsvitterioonina, millel on silindri kuju ja mis on tuntud kahekihiliste kihtide moodustamiseks. PC toimib atsetüülkoliini, ülitähtsa neurotransmitteri, tootmise komponendisubstraadina. PC saab muundada muudeks lipiidideks, näiteks sfingomüeliinideks. PC toimib ka pindaktiivse ainena kopsudes ja on sapi komponent. Selle üldine roll on membraani stabiliseerimisel.

Fosfatidüületanoolamiini (PE) on samuti üsna palju, kuid see on mõnevõrra kooniline ega kipu moodustama kahekihilisi. See sisaldab koguni 25 protsenti fosfolipiididest. See on rikkalik mitokondrite sisemembraanis ja seda saavad teha mitokondrid. PE omab PC-ga võrreldes suhteliselt väiksemat peagruppi. PE on tuntud makroautofaagia ja membraanide liitmise abivahendite poolest.

Kardiolipiin (CL) on koonusekujuline fosfolipiiddimeer ja see on peamine mitokondrites leiduv kahekihiline fosfolipiid, mis on ainsad CL-i tootvad organellid. Kardiolipiini leidub peamiselt sisemisel mitokondriaalsel membraanil ja see mõjutab valgu aktiivsust mitokondrites. See rasvhapeterikas fosfolipiid on vajalik mitokondrite hingamisahela komplekside funktsionaalsuseks. CL moodustab märkimisväärse osa südamekudedest ja seda leidub rakkudes ja kudedes, mis vajavad palju energiat. CL töötab prootonite ligimeelitamiseks ensüümi nimega ATP süntaas. Samuti aitab CL apoptoosi abil rakusurmast märku anda.

Fosfatidüülinositool (PI) moodustab rakkudes leiduvatest fosfolipiididest kuni 15 protsenti. PI-d leidub arvukates organellides ja selle peagrupp võib läbida pöörduvaid muutusi. PI töötab eelkäijana, mis aitab kaasa nii närvisüsteemi sõnumite edastamisele kui ka membraanikaubandusele ja valkude sihtimisele.

Fosfatidüülseriin (PS) sisaldab rakkudes kuni 10 protsenti fosfolipiididest. PS mängib olulist rolli signaalides rakkudes ja väljaspool neid. PS aitab närvirakkudel toimida ja reguleerib närviimpulsside juhtivust. PS tunnused apoptoosis (rakkude spontaanne surm). PS sisaldab ka trombotsüütide membraane ja mängib seetõttu rolli hüübimises.

Fosfatidüülglütserool (PG) on bis (monoatsüülglütseroon) fosfaadi või BMP eelkäija, mida leidub paljudes rakkudes ja mis on vajalik kolesterooli transportimiseks. BMP-d leidub peamiselt imetajate rakkudes, kus see moodustab fosfolipiididest umbes ühe protsendi. BMP tehakse peamiselt multivesikulaarsetes kehades ja arvatakse, et see kutsub esile membraani sissepoole pungumise.

Sfingomüeliin (SM) on fosfolipiidide teine ​​vorm. SM-id on loomarakkude membraanide jaoks olulised. Kui glütserofosfolipiidide selgroog on glütserool, siis sfingomüeliinide selgroog on sfingosiin. SM-fosfolipiidide kaksikkihid reageerivad kolesteroolile erinevalt ja on tihedamalt kokkusurutud, kuid neil on vähenenud vee läbilaskvus. SM sisaldab lipiidiparvi, membraanides püsivaid nanodomeene, mis on olulised membraanide sorteerimise, signaaliülekande ja valkude transpordi jaoks.

Fosfolipiidide düsfunktsioon põhjustab mitmeid häireid nagu perifeerne Charcot-Marie-Toothi ​​neuropaatia, Scotti sündroom ja ebanormaalne lipiidide katabolism, mis on seotud mitme kasvajaga.

Geenimutatsioonidest põhjustatud geneetilised häired võivad põhjustada fosfolipiidide biosünteesi ja ainevahetuse häireid. Need osutuvad mitokondritega seotud häirete puhul üsna märgatavaks.

Mitokondrites on vaja tõhusat lipiidide võrgustikku. Fosfolipiidid kardiolipiin, fosfatiidhape, fosfatidüülglütserool ja fosfatidüületanoolamiin mängivad mitokondrite membraani säilitamisel otsustavat rolli. Neid protsesse mõjutavate geenide mutatsioonid põhjustavad mõnikord geneetilisi haigusi.

Mitokondriaalse X-seotud haiguse Barthi sündroomi (BTHS) korral on haigusseisundite hulgas skeletilihaste nõrkus, kasv, väsimus, motoorne viivitus, kardiomüopaatia, neutropeenia ja 3-metüülglutakoonhappeuria, mis võib lõppeda surmaga haigus. Nendel patsientidel on defektsed mitokondrid, millel on vähenenud fosfolipiid CL sisaldus.

Laiendatud kardiomüopaatia ataksiaga (DCMA) avaldub varakult algava laienenud kardiomüopaatia, suuraju, mis ei ole progresseeruv (kuid mille tulemuseks on motoorne viivitus), kasvu ebaõnnestumine ja muud seisundid. See haigus tuleneb geeni funktsionaalsetest probleemidest, mis aitab kaasa CL remodelleerimise ja mitokondriaalse valgu biogeneesi reguleerimisele.

MEGDELi sündroom avaldub autosomaalse retsessiivse häirena, millega kaasneb entsefalopaatia, teatud kurtus, motoorne ja arengupeetus ning muud seisundid. Mõjutatud geenis on CL-i fosfolipiidide prekursoril PG muutunud atsüülahel, mis omakorda muudab CL-i. Lisaks vähendavad geenidefektid fosfolipiidi BMP taset. Kuna BMP reguleerib kolesterooli reguleerimist ja inimkaubandust, põhjustab selle vähendamine esterdamata kolesterooli kogunemist.

Kui teadlased saavad fosfolipiidide rollide ja nende olulisuse kohta lisateavet, on lootust, et nende düsfunktsioonist tulenevate haiguste raviks on võimalik rakendada uusi ravimeetodeid.

Fosfolipiidide biosobivus muudab need ideaalseteks kandidaatideks ravimi kohaletoimetamise süsteemides. Nende amfifiilsed (sisaldavad nii vett armastavaid kui ka vett vihkavaid komponente) ehituslikud abivahendid koos ise monteerimisega ja suuremate konstruktsioonide valmistamisega. Fosfolipiidid moodustavad sageli liposoome, mis suudavad ravimeid kanda. Fosfolipiidid toimivad ka heade emulgaatoritena. Ravimifirmad võivad ravimite kohaletoimetamise hõlbustamiseks valida fosfolipiidid munadest, sojaubadest või kunstlikult valmistatud fosfolipiididest. Kunstlikke fosfolipiide saab valmistada glütserofosfolipiididest, muutes pea- või sabarühmi või mõlemat. Need sünteetilised fosfolipiidid on stabiilsemad ja puhtamad kui looduslikud fosfolipiidid, kuid nende maksumus kipub olema suurem. Rasvhapete kogus looduslikes või sünteetilistes fosfolipiidides mõjutab nende kapseldamise efektiivsust.

Fosfolipiidid võivad valmistada liposoome, spetsiaalseid vesiikulid, mis sobivad paremini rakumembraani struktuuriga. Need liposoomid toimivad seejärel hüdrofiilsete või lipofiilsete ravimite, kontrollitult vabastavate ravimite ja muude ainete ravimikandjatena. Fosfolipiididest valmistatud liposoome kasutatakse sageli vähiravimites, geeniteraapias ja vaktsiinides. Liposoomide saab muuta ravimi kohaletoimetamise jaoks väga spetsiifiliseks, muutes need sarnaseks läbimiseks vajaliku rakumembraaniga. Liposoomide fosfolipiidide sisaldust saab muuta vastavalt sihtmärgi haiguse asukohale.

Fosfolipiidide emulgeerivad omadused muudavad need ideaalseks intravenoossete süstemulsioonide jaoks. Sel eesmärgil kasutatakse sageli munakollast ja sojaoa fosfolipiidemulsioone.

Kui ravimite biosaadavus on halb, võib mõnikord fosfolipiididega komplekside moodustamiseks kasutada looduslikke flavonoide, mis hõlbustavad ravimi imendumist. Need kompleksid annavad tavaliselt pikaajalise toimega stabiilseid ravimeid.

Kuna jätkuvad uuringud annavad rohkem teavet üha kasulikumate fosfolipiidide kohta, saab teadus seda rakendada teadmisi rakuprotsesside paremaks mõistmiseks ja sihipärasemaks muutmiseks ravimid.