Mitkä ovat fosfolipidien ensisijaiset toiminnot?

Fosfolipidejä esiintyy bakteerien ja eukaryoottien soluissa. Ne ovat molekyylejä, jotka on valmistettu fosfaattipäästä ja lipidihännästä. Päätä pidetään vettä rakastavana tai hydrofiilisenä, kun taas häntä on hydrofobinen tai hylkivä vettä. Fosfolipidejä kutsutaan siksi amfifiiliksi. Tämän fosfolipidien kaksoisluonteen vuoksi monet tyypit järjestävät itsensä kahteen kerrokseen vetisessä ympäristössä. Tätä kutsutaan fosfolipidikaksoiskerrokseksi. Fosfolipidisynteesi tapahtuu pääasiassa endoplasmisessa verkkokalvossa. Muita biosynteesin alueita ovat Golgi-laite ja mitokondriot. Fosfolipidit toimivat eri tavoin solujen sisällä.

TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)

Fosfolipidit ovat molekyylejä, joissa on hydrofiiliset fosfaattipäät ja hydrofobiset lipidipäät. Ne käsittävät solukalvot, säätelevät tiettyjä soluprosesseja ja niillä on sekä stabiloivia että dynaamisia ominaisuuksia, jotka voivat auttaa lääkkeen luovutuksessa.

Fosfolipidit tarjoavat esteitä solukalvoissa suojaamaan solua, ja ne muodostavat esteitä näiden solujen organelleille. Fosfolipidit pyrkivät tarjoamaan reittejä erilaisille aineille kalvojen läpi. Kalvoproteiinit tutkivat fosfolipidikaksoiskerrosta; nämä reagoivat solusignaaleihin tai toimivat entsyymeinä tai siirtomekanismeina solukalvolle. Fosfolipidikaksoiskerros päästää helposti välttämättömät molekyylit, kuten vesi, happi ja hiilidioksidi ylittää kalvon, mutta hyvin suuret molekyylit eivät pääse soluun tällä tavalla tai eivät välttämättä pääse soluun kaikki. Tällä fosfolipidien ja proteiinien yhdistelmällä solun sanotaan olevan selektiivisesti läpäisevä, sallien vain tiettyjä aineita vapaasti ja muita monimutkaisempien vuorovaikutusten kautta.

Fosfolipidit tarjoavat rakenteen solun kalvoille, mikä puolestaan ​​pitää organellit järjestyksessä ja jaettu toimimaan tehokkaammin, mutta tämä rakenne auttaa myös kalvojen joustavuutta ja juoksevuus. Jotkut fosfolipidit indusoivat membraanin negatiivisen kaarevuuden, kun taas toiset aiheuttavat positiivisen kaarevuuden meikkinsä mukaan. Proteiinit myötävaikuttavat myös kalvon kaarevuuteen. Fosfolipidit voivat myös siirtyä kalvojen yli, usein erityisten proteiinien, kuten flippaasien, floppaasien ja sekoitusten avulla. Fosfolipidit myötävaikuttavat myös kalvojen pintavaraukseen. Joten vaikka fosfolipidit edistävät vakautta, niiden fuusioitumista ja fissiota, ne auttavat myös materiaalien ja signaalien kuljetuksessa. Fosfolipidit tekevät siten kalvoista erittäin dynaamisia eikä yksinkertaisia ​​kaksikerroksisia esteitä. Ja vaikka fosfolipidit vaikuttavat enemmän kuin alun perin ajateltiin erilaisissa prosesseissa, ne pysyvät solukalvojen stabiloijina eri lajeilla.

Paremmalla tekniikalla tutkijat pystyvät visualisoimaan joitain fosfolipidejä elävissä soluissa fluoresoivien koettimien avulla. Muita menetelmiä fosfolipidifunktionaalisuuden selvittämiseksi ovat sellaisten knockout-lajien (kuten hiiret) käyttäminen, joilla on yliekspressoituja lipidejä modifioivia entsyymejä. Tämä auttaa ymmärtämään enemmän fosfolipidien toimintoja.

Fosfolipideillä on aktiivinen rooli kaksikerrosten muodostamisen lisäksi. Fosfolipidit ylläpitävät kemiallisten ja sähköisten prosessien gradienttia solujen eloonjäämisen varmistamiseksi. Ne ovat myös välttämättömiä eksosytoosin, kemotaksiksen ja sytokineesin säätelyssä. Joillakin fosfolipideillä on rooli fagosytoosissa, ja ne pyrkivät ympäröimään hiukkasia fagosomien muodostamiseksi. Fosfolipidit myötävaikuttavat myös endosytoosiin, joka on vakuolien muodostuminen. Prosessi edellyttää kalvon sitoutumista hiukkasten ympärille, jatkamista ja lopulta halkeamista. Tuloksena olevat endosomit ja fagosomit puolestaan ​​omistavat omat lipidikaksoiskerroksensa.

Fosfolipidit säätelevät soluprosesseja, jotka liittyvät kasvuun, synaptiseen leviämiseen ja immuunivalvontaan.

Fosfolipidien toinen tehtävä on kiertävien lipoproteiinien kokoaminen. Näillä proteiineilla on olennainen rooli veren lipofiilisten triglyseridien ja kolesterolien kuljetuksessa.

Fosfolipidit toimivat myös elimistössä emulgointiaineina, esimerkiksi kun ne sekoitetaan kolesterolien ja sappihapon kanssa sappirakossa misellien valmistamiseksi rasva-aineen imeytymistä varten. Fosfolipideillä on myös merkitys pintojen kostutuksessa esimerkiksi nivelissä, alveolissa ja muissa kehon osissa, jotka vaativat sujuvaa liikettä.

Eukaryoottien fosfolipidejä tehdään mitokondrioissa, endosomeissa ja endoplasmisessa verkkokalvossa (ER). Suurin osa fosfolipideistä tehdään endoplasmisessa verkkokalvossa. ER: ssä fosfolipidejä käytetään ei-ve- sikultaiseen lipidikuljetukseen ER: n ja muiden organellien välillä. Mitokondrioissa fosfolipideillä on lukuisia rooleja solujen homeostaasissa ja mitokondrioiden toiminnassa.

Fosfolipidit, jotka eivät muodosta kaksikerroksia, auttavat kalvojen fuusiossa ja taipumisessa.

Eukaryoottien yleisimmät fosfolipidit ovat glyserofosfolipidit, joilla on glyserolirunko. Heillä on pääryhmä, hydrofobiset sivuketjut ja alifaattiset ketjut. Näiden fosfolipidien pääryhmä voi vaihdella kemiallisessa koostumuksessa, mikä johtaa erilaisiin fosfolipidien lajikkeisiin. Näiden fosfolipidien rakenteet vaihtelevat lieriömäisestä kartiomaiseksi käänteisesti kartiomaiseksi ja sellaisenaan niiden toiminnallisuus vaihtelee. Ne toimivat kolesterolin ja sfingolipidien kanssa endosytoosin helpottamiseksi, ne muodostavat lipoproteiineja, niitä käytetään pinta-aktiivisina aineina ja ne ovat solukalvojen pääkomponentteja.

Fosfatidihappo (PA), jota kutsutaan myös fosfatidaatiksi, käsittää vain pienen määrän fosfolipidejä soluissa. Se on kaikkein emäksisin fosfolipidi ja toimii muiden glyserofosfolipidien edeltäjänä. Sillä on kartiomainen muoto ja se voi johtaa kalvojen kaarevuuteen. PA edistää mitokondrioiden fuusiota ja fissiota ja on välttämätöntä lipidien aineenvaihdunnalle. Se sitoutuu kemotaksiseen liittyvään Rac-proteiiniin. Sen uskotaan myös olevan vuorovaikutuksessa monien muiden proteiinien kanssa anionisen luonteensa vuoksi.

Fosfatidyylikoliini (PC) on fosfolipidi eniten, muodostaen jopa 55 prosenttia lipidien kokonaismäärästä. PC on zwitteriona tunnettu ioni, jolla on sylinterin muoto ja joka tunnetaan muodostavan kaksikerroksisia. PC toimii komponenttisubstraattina asetyylikoliinin, tärkeän välittäjäaineen, tuottamiseksi. PC voidaan muuntaa muiksi lipideiksi, kuten sfingomyeliiniksi. PC toimii myös pinta-aktiivisena aineena keuhkoissa ja on sappen komponentti. Sen yleinen rooli on kalvon stabilointi.

Fosfatidyylietanoliamiinia (PE) on myös melko runsaasti, mutta se on hieman kartiomainen eikä sillä ole taipumusta muodostaa kaksikerroksia. Se sisältää peräti 25 prosenttia fosfolipidejä. Se on runsas mitokondrioiden sisäkalvossa, ja mitokondriot voivat tehdä sen. PE: llä on suhteellisen pienempi pääryhmä verrattuna PC: hen. PE tunnetaan makroautofagiasta ja auttaa kalvofuusiossa.

Kardiolipiini (CL) on kartion muotoinen fosfolipididimeeri ja se on tärkein ei-kaksikerroksinen fosfolipidi, joka löytyy mitokondrioista, jotka ovat ainoat organellit, jotka tuottavat CL: tä. Kardiolipiini löytyy pääasiassa sisäisestä mitokondrioiden kalvosta ja vaikuttaa proteiiniaktiivisuuteen mitokondrioissa. Tämä runsaasti rasvahappoja sisältävä fosfolipidi on välttämätön mitokondrioiden hengitysketjukompleksien toiminnalle. CL muodostaa merkittävän määrän sydänkudoksia ja löytyy soluista ja kudoksista, jotka vaativat paljon energiaa. CL pyrkii houkuttelemaan protoneja entsyymiin nimeltä ATP-syntaasi. CL auttaa myös signaloimaan solukuolemaa apoptoosin avulla.

Fosfatidyyli-inositoli (PI) muodostaa peräti 15 prosenttia soluista löydetyistä fosfolipideistä. PI: tä esiintyy lukuisissa organelleissa, ja sen pääryhmä voi kokea palautuvia muutoksia. PI toimii edeltäjänä, joka auttaa viestin siirtämisessä hermostossa sekä kalvokaupassa ja proteiinikohdistuksessa.

Fosfatidyyliseriini (PS) käsittää jopa 10 prosenttia fosfolipideistä soluissa. PS: llä on merkittävä rooli signaloinnissa solujen sisällä ja ulkopuolella. PS auttaa hermosoluja toimimaan ja säätelee hermoimpulssien johtumista. PS-piirteet apoptoosissa (spontaani solukuolema). PS käsittää myös verihiutaleiden kalvot, ja siksi sillä on merkitystä hyytymisessä.

Fosfatidyyliglyseroli (PG) on bis (monoasyyliglysero) fosfaatin tai BMP: n esiaste, jota on läsnä monissa soluissa ja mahdollisesti välttämätön kolesterolin kuljettamiseksi. BMP: tä esiintyy pääasiassa nisäkässoluissa, joissa se muodostaa noin 1 prosentin fosfolipideistä. BMP valmistetaan pääasiassa multivesikulaarisissa kappaleissa ja sen uskotaan indusoivan sisäänpäin suuntautuvan kalvon alkuunsa.

Sfingomyeliini (SM) on toinen fosfolipidin muoto. SM: t ovat tärkeitä eläinsolukalvojen muodostumiselle. Glyserofosfolipidien selkäranka on glyseroli, kun taas sfingomyeliinien selkäranka on sfingosiini. SM-fosfolipidien kaksoiskerrokset reagoivat eri tavoin kolesteroliin ja ovat paineistuneempia, mutta niiden läpäisevyys veteen on vähentynyt. SM käsittää lipidilautat, stabiilit kalvojen nanodomeenit, jotka ovat tärkeitä kalvojen lajittelun, signaalinsiirron ja proteiinien kuljetuksen kannalta.

Fosfolipidien toimintahäiriöt johtavat useisiin häiriöihin, kuten Charcot-Marie-Toothin perifeerinen neuropatia, Scottin oireyhtymä ja epänormaali lipidikatabolia, johon liittyy useita kasvaimia.

Geenimutaatioiden aiheuttamat geneettiset häiriöt voivat johtaa toimintahäiriöihin fosfolipidibiosynteesissä ja aineenvaihdunnassa. Nämä osoittautuvat melko merkittäviksi mitokondrioihin liittyvissä häiriöissä.

Mitokondrioissa tarvitaan tehokasta lipidiverkostoitumista. Fosfolipideillä kardiolipiinillä, fosfatidihapolla, fosfatidyyliglyserolilla ja fosfatidyylietanoliamiinilla on kaikilla ratkaiseva rooli mitokondrioiden kalvon ylläpitämisessä. Näihin prosesseihin vaikuttavat geenimutaatiot johtavat joskus geneettisiin sairauksiin.

Mitokondrioiden X-sidoksissa Barth-oireyhtymässä (BTHS) olosuhteisiin kuuluu luurankolihasten heikkous, vähentynyt kasvu, väsymys, motorinen viive, kardiomyopatia, neutropenia ja 3-metyyliglutakonihappouria, mahdollisesti kuolemaan johtava tauti. Näillä potilailla on puutteellisia mitokondrioita, joilla on pienempi määrä fosfolipidi CL: ää.

Laajennettu kardiomyopatia ataksian kanssa (DCMA) aiheuttaa varhaisessa vaiheessa alkaneen dilatoidun kardiomyopatian, aivo, joka ei ole progressiivinen (mutta joka johtaa moottorin viivästymiseen), kasvuhäiriö ja muut olosuhteet. Tämä tauti johtuu toiminnallisista ongelmista geenillä, joka auttaa CL: n uudistumisen ja mitokondrioiden proteiinien biogeneesin säätelyssä.

MEGDEL-oireyhtymä on autosomaalinen resessiivinen häiriö, johon liittyy enkefalopatia, tietty kuurouden muoto, motoriset ja kehitysviiveet ja muut tilat. Vaikuttavassa geenissä CL: n prekursorifosfolipidillä, PG, on muuttunut asyyliketju, joka puolestaan ​​muuttaa CL: tä. Lisäksi geenivirheet vähentävät fosfolipidi BMP: n tasoja. Koska BMP säätelee kolesterolin säätelyä ja ihmiskauppaa, sen vähentäminen johtaa estesteröimättömän kolesterolin kertymiseen.

Kun tutkijat oppivat lisää fosfolipidien roolista ja niiden merkityksestä, toivotaan, että heidän toimintahäiriöistään johtuvien sairauksien hoitamiseksi voidaan tehdä uusia hoitomuotoja.

Fosfolipidien biologinen yhteensopivuus tekee niistä ihanteelliset ehdokkaat lääkkeenantojärjestelmiin. Niiden amfifiiliset (sisältävät sekä vettä rakastavia että vettä vihaavia komponentteja) rakentamisen apuvälineet itsensä kokoamiseen ja suurempien rakenteiden tekemiseen. Fosfolipidit muodostavat usein liposomeja, jotka voivat kuljettaa lääkkeitä. Fosfolipidit toimivat myös hyvinä emulgointiaineina. Lääkeyritykset voivat valita munien, soijapapujen tai keinotekoisesti rakennettujen fosfolipidien fosfolipidejä lääkkeiden toimittamisen helpottamiseksi. Keinotekoiset fosfolipidit voidaan valmistaa glyserofosfolipideistä muuttamalla pään tai hännän ryhmiä tai molempia. Nämä synteettiset fosfolipidit ovat vakaampia ja puhtaampia kuin luonnolliset fosfolipidit, mutta niiden kustannukset ovat yleensä korkeammat. Rasvahappojen määrä joko luonnollisissa tai synteettisissä fosfolipideissä vaikuttaa niiden kapselointitehokkuuteen.

Fosfolipidit voivat tehdä liposomeja, erityisiä rakkuloita, jotka sopivat paremmin solukalvorakenteeseen. Nämä liposomit toimivat sitten lääkeaineiden kantajina joko hydrofiilisille tai lipofiilisille lääkkeille, hallitusti vapautuville lääkkeille ja muille aineille. Fosfolipideistä valmistettuja liposomeja käytetään usein syöpälääkkeissä, geeniterapiassa ja rokotteissa. Liposomien voidaan tehdä erittäin spesifisiksi lääkkeen luovutukselle tekemällä ne muistuttamaan solukalvoa, jonka ne tarvitsevat ylittävän. Liposomien fosfolipidipitoisuutta voidaan muuttaa kohdennetun taudin sijainnin perusteella.

Fosfolipidien emulgoivat ominaisuudet tekevät niistä ihanteellisia laskimonsisäisiin injektioemulsioihin. Munankeltuainen ja soijapavun fosfolipidiemulsioita käytetään usein tähän tarkoitukseen.

Jos lääkkeiden biologinen hyötyosuus on huono, joskus luonnollisia flavonoideja voidaan käyttää muodostamaan komplekseja fosfolipidien kanssa, mikä helpottaa lääkkeiden imeytymistä. Nämä kompleksit tuottavat yleensä stabiileja lääkkeitä, joilla on pidempi vaikutus.

Koska jatkuva tutkimus tuottaa enemmän tietoa yhä hyödyllisemmistä fosfolipideistä, tiede tulee hyötyä tiedosta ymmärtää paremmin soluprosesseja ja tehdä tarkemmin kohdennetuista lääkkeet.