Fosfolipidi prevladavaju u stanicama bakterija i eukariota. Oni su molekule izrađene od fosfatne glave i lipidnog repa. Glava se smatra vodoljubnom ili hidrofilnom, dok je rep hidrofoban ili odbija vodu. Fosfolipidi se zato nazivaju amfifilnima. Zbog ove dvostruke prirode fosfolipida, mnogi se tipovi slože u dva sloja u vodenom okruženju. To se naziva fosfolipidni dvosloj. Sinteza fosfolipida javlja se prvenstveno u endoplazmatskom retikulumu. Ostala područja biosinteze uključuju Golgijev aparat i mitohondrije. Fosfolipidi funkcioniraju na različite načine unutar stanica.
TL; DR (predugo; Nisam pročitao)
Fosfolipidi su molekule s hidrofilnim fosfatnim glavama i hidrofobnim lipidnim repovima. Sadrže stanične membrane, reguliraju određene stanične procese i posjeduju stabilizirajuće i dinamičke osobine koje mogu pomoći u isporuci lijekova.
Fosfolipidi tvore membrane
Fosfolipidi pružaju barijere u staničnim membranama kako bi zaštitili stanicu i čine prepreke za organele unutar tih stanica. Fosfolipidi rade na pružanju putova za različite tvari kroz membrane. Membranski proteini učvršćuju fosfolipidni dvosloj; oni reagiraju na stanične signale ili djeluju kao enzimi ili transportni mehanizmi za staničnu membranu. Dvoslojni fosfolipid lako dopušta esencijalnim molekulama poput vode, kisika i ugljičnog dioksida prijeđu membranu, ali vrlo velike molekule ne mogu na taj način ući u stanicu ili možda neće moći svi. S ovom kombinacijom fosfolipida i proteina, za stanicu se kaže da je selektivno propusna, dopuštajući slobodu samo određenim tvarima, a drugima složenijim interakcijama.
Fosfolipidi pružaju strukturu staničnim membranama, koje zauzvrat održavaju organele organiziranim i podijeljen radi učinkovitijeg rada, ali ova struktura također pomaže fleksibilnosti membrana i fluidnost. Neki fosfolipidi izazvat će negativnu zakrivljenost membrane, dok drugi induciraju pozitivnu zakrivljenost, ovisno o njihovoj sastavi. Proteini također doprinose zakrivljenosti membrane. Fosfolipidi se također mogu translocirati kroz membrane, često pomoću posebnih proteina kao što su flippaze, floppaze i scramblase. Fosfolipidi također doprinose površinskom naboju membrana. Dakle, dok fosfolipidi doprinose stabilnosti, njihovoj fuziji i cijepljenju, oni također pomažu u transportu materijala i signala. Fosfolipidi stoga membrane čine vrlo dinamičnim, a ne jednostavnim dvoslojnim barijerama. I dok fosfolipidi doprinose različitim procesima više nego što se prvotno mislilo, oni ostaju stabilizatori staničnih membrana među vrstama.
Ostale funkcije fosfolipida
Uz bolju tehnologiju, znanstvenici mogu vizualizirati neke fosfolipide unutar živih stanica pomoću fluorescentnih sondi. Druge metode za rasvjetljavanje funkcionalnosti fosfolipida uključuju upotrebu nokaut vrsta (poput miševa) koje posjeduju prekomjerno izražene enzime koji modificiraju lipide. To pomaže u razumijevanju više funkcija fosfolipida.
Fosfolipidi igraju aktivnu ulogu osim formiranja dvoslojeva. Fosfolipidi održavaju gradijent kemijskih i električnih procesa kako bi osigurali opstanak stanica. Također su bitni za regulaciju egzocitoze, kemotaksije i citokineze. Neki fosfolipidi igraju ulogu u fagocitozi, radeći kako bi okružili čestice da bi stvorili fagosome. Fosfolipidi također doprinose endocitozi, što je stvaranje vakuola. Proces uključuje vezivanje membrane oko čestica, produženje i konačno cijepanje. Dobiveni endosomi i fagosomi zauzvrat posjeduju vlastite lipidne dvoslojeve.
Fosfolipidi reguliraju stanične procese povezane s rastom, sinaptičkim prijenosom i imunološkim nadzorom.
Druga je funkcija fosfolipida sastavljanje cirkulirajućih lipoproteina. Ti proteini igraju ključnu ulogu transporta lipofilnih triglicerida i holesterola u krvi.
Fosfolipidi također djeluju kao emulgatori u tijelu, na primjer kada se miješaju s kolesterolima i žučnom kiselinom u žučnoj kesi kako bi stvorili micele za apsorpciju masnih tvari. Fosfolipidi također igraju ulogu vlaženja površina za stvari poput zglobova, alveola i drugih dijelova tijela koji zahtijevaju glatko kretanje.
Fosfolipidi u eukariotima nastaju u mitohondrijima, endosomima i endoplazmatskom retikulumu (ER). Većina fosfolipida nastaje u endoplazmatskom retikulumu. U ER se fosfolipidi koriste u nevezikularnom transportu lipida između ER i drugih organela. U mitohondrijima fosfolipidi igraju brojne uloge u staničnoj homeostazi i funkcioniranju mitohondrija.
Fosfolipidi koji ne tvore dvoslojeve pomažu u fuziji i savijanju membrane.
Vrste fosfolipida
Najrasprostranjeniji fosfolipidi u eukariotima su glicerofosfolipidi koji posjeduju glicerolnu okosnicu. Imaju glavnu skupinu, hidrofobne bočne lance i alifatske lance. Glavna skupina ovih fosfolipida može se razlikovati u kemijskoj strukturi, što dovodi do različitih sorti fosfolipida. Strukture ovih fosfolipida kreću se od cilindričnih do konusnih do inverzno konusnih, i kao takve njihova se funkcionalnost razlikuje. Oni rade s kolesterolom i sfingolipidima kako bi pomogli u endocitozi, čine lipoproteine, koriste se kao površinski aktivne tvari i glavni su sastojci staničnih membrana.
Fosfatidna kiselina (PA), koja se naziva i fosfatidat, sadrži samo mali postotak fosfolipida u stanicama. Najosnovniji je fosfolipid i služi kao preteča ostalim glicerofosfolipidima. Ima konusni oblik i može rezultirati zakrivljenjem membrana. PA potiče fuziju i cijepanje mitohondrija i ključan je za metabolizam lipida. Veže se na protein Rac, povezan s kemotaksijom. Smatra se da je u interakciji i s mnogim drugim proteinima zbog svoje anionske prirode.
Fosfatidilkolin (PC) je fosfolipid u najvećem broju, koji čini čak 55 posto ukupnih lipida. PC je ion poznat kao zwitterion, ima oblik cilindra i poznat je po tome što stvara dvoslojeve. PC služi kao komponentni supstrat za stvaranje acetilkolina, ključnog neurotransmitera. PC se može pretvoriti u druge lipide poput sfingomijelina. PC također služi kao surfaktant u plućima i sastavni je dio žuči. Njegova je opća uloga stabilizacija membrane.
Fosfatidiletanolamin (PE) također je prilično bogat, ali je donekle konusan i ne teži stvaranju dvoslojnih slojeva. Sadrži čak 25 posto fosfolipida. Bogat je u unutarnjoj membrani mitohondrija, a mogu ga stvoriti mitohondriji. PE posjeduje relativno manju skupinu glava u odnosu na PC. PE je poznat po makroautofagiji i pomaganju u fuziji membrane.
Cardiolipin (CL) je fosfolipidni dimer u obliku konusa i glavni je ne-dvoslojni fosfolipid pronađen u mitohondrijima, koji su jedini organeli koji stvaraju CL. Kardiolipin se prvenstveno nalazi na unutarnjoj membrani mitohondrija i utječe na aktivnost proteina u mitohondrijima. Ovaj fosfolipid bogat masnim kiselinama neophodan je za funkcioniranje mitohondrijskih kompleksa respiratornog lanca. CL čini značajnu količinu srčanih tkiva i nalazi se u stanicama i tkivima kojima je potrebna velika energija. CL radi na privlačenju protona u enzim koji se naziva ATP sintaza. CL također pomaže u signaliziranju stanične smrti apoptozom.
Fosfatidilinozitol (PI) čini čak 15 posto fosfolipida koji se nalaze u stanicama. PI se nalazi u brojnim organelama, a njegova skupina glava može doživjeti reverzibilne promjene. PI djeluje kao prekursor koji pomaže u prijenosu poruka u živčanom sustavu, kao i promet membranama i ciljanje proteina.
Fosfatidilserin (PS) sadrži do 10 posto fosfolipida u stanicama. PS igra značajnu ulogu u signaliziranju unutar i izvan stanica. PS pomaže živčanim stanicama da funkcioniraju i regulira provođenje živčanog impulsa. PS značajke u apoptozi (spontana stanična smrt). PS također sadrži membrane trombocita i stoga igra ulogu u zgrušavanju.
Fosfatidilglicerol (PG) je preteča bis (monoacilglicero) fosfata ili BMP, koji je prisutan u mnogim stanicama i potencijalno je potreban za transport kolesterola. BMP se uglavnom nalazi u stanicama sisavaca, gdje čini otprilike 1 posto fosfolipida. BMP se proizvodi prvenstveno u višestrukim tijelima i smatra se da potiče pupanje unutarnje membrane.
Sfingomijelin (SM) je drugi oblik fosfolipida. SM su važni za sastav membrana životinjskih stanica. Dok je okosnica glicerofosfolipida glicerol, okosnica sfingomijelina je sfingozin. Dvoslojni slojevi SM fosfolipida različito reagiraju na kolesterol, i visoko su komprimirani, ali imaju smanjenu propusnost za vodu. SM obuhvaća lipidne splavove, stabilne nanodomene u membranama koje su važne za sortiranje membrana, transdukciju signala i transport proteina.
Bolesti povezane s metabolizmom fosfolipida
Disfunkcija fosfolipida dovodi do brojnih poremećaja poput Charcot-Marie-Tooth periferne neuropatije, Scottovog sindroma i abnormalnog libolijskog katabolizma, koji je povezan s nekoliko tumora.
Genetski poremećaji uzrokovani genskim mutacijama mogu dovesti do poremećaja u biosintezi i metabolizmu fosfolipida. Pokazalo se da su oni prilično izraženi kod poremećaja povezanih s mitohondrijima.
U mitohondrijima je potrebno učinkovito umrežavanje lipida. Fosfolipidi kardiolipin, fosfatidna kiselina, fosfatidilglicerol i fosfatidiletanolamin igraju presudnu ulogu u održavanju membrane mitohondrija. Mutacije gena koje utječu na ove procese ponekad dovode do genetskih bolesti.
U Bartovom sindromu mitohondrijske X-povezane bolesti (BTHS) stanja uključuju slabost koštanih mišića, smanjenu rast, umor, zastoj motora, kardiomiopatija, neutropenija i 3-metilglutakonska acidurija, potencijalno smrtonosni bolest. Ti pacijenti pokazuju neispravne mitohondrije koji posjeduju smanjenu količinu fosfolipida CL.
Dilatirana kardiomiopatija s ataksijom (DCMA) javlja se s rano započetom dilatiranom kardiomiopatijom, ataksijom veliki mozak koji nije progresivan (ali što rezultira kašnjenjem motora), neuspjehom rasta i drugim uvjetima. Ova bolest proizlazi iz funkcionalnih problema s genom koji pomaže u regulaciji pregradnje CL i biogeneze bjelančevina mitohondrija.
MEGDEL-ov sindrom predstavlja se kao autosomno-recesivni poremećaj s encefalopatijom, određenim oblikom gluhoće, kašnjenjem motora i razvoja te drugim stanjima. U zahvaćenom genu, CL-ov prethodnik fosfolipid, PG, ima promijenjeni acilni lanac, koji zauzvrat mijenja CL. Uz to, genski defekti smanjuju razinu fosfolipidnog BMP-a. Budući da BMP regulira regulaciju kolesterola i njegovu trgovinu, njegovo smanjenje dovodi do nakupljanja nesterificiranog kolesterola.
Dok istraživači saznaju više o ulozi fosfolipida i njihovoj važnosti, nada se da će se moći napraviti nove terapije za liječenje bolesti koje su posljedica njihove disfunkcije.
Upotreba fosfolipida u medicini
Biokompatibilnost fosfolipida čini ih idealnim kandidatima za sustave isporuke lijekova. Njihova amfifilna (koja sadrži i dijelove koji vole vodu i mrze vodu) pomaže u samoinstalaciji i izradi većih građevina. Fosfolipidi često tvore liposome koji mogu nositi lijekove. Fosfolipidi također služe kao dobri emulgatori. Farmaceutske tvrtke mogu odabrati fosfolipide iz jaja, soje ili umjetno izrađenih fosfolipida kako bi pomogle u isporuci lijekova. Umjetni fosfolipidi mogu se dobiti od glicerofosfolipida mijenjajući skupine glave ili repa ili oboje. Ti su sintetički fosfolipidi stabilniji i čistiji od prirodnih fosfolipida, ali njihov je trošak obično veći. Količina masnih kiselina u prirodnim ili sintetičkim fosfolipidima utjecati će na njihovu efikasnost kapsulacije.
Fosfolipidi mogu stvoriti liposome, posebne mjehuriće koji mogu bolje odgovarati strukturi stanične membrane. Ti liposomi tada služe kao nosači lijekova za hidrofilne ili lipofilne lijekove, lijekove s kontroliranim oslobađanjem i druga sredstva. Liposomi izrađeni od fosfolipida često se koriste u lijekovima protiv raka, genskoj terapiji i cjepivima. Liposomi mogu biti visoko specifični za isporuku lijekova, čineći ih sličnima staničnoj membrani koju trebaju prijeći. Sadržaj fosfolipida u liposomima može se promijeniti na temelju mjesta ciljane bolesti.
Svojstva emulgiranja fosfolipida čine ih idealnim za intravenske injekcijske emulzije. U tu se svrhu često koriste emulzije žumanjka i soje od fosfolipida.
Ako lijekovi imaju lošu bioraspoloživost, ponekad se prirodni flavonoidi mogu koristiti za stvaranje kompleksa s fosfolipidima, pomažući apsorpciji lijeka. Ovi kompleksi imaju tendenciju da daju stabilne lijekove duljeg djelovanja.
Kako će kontinuirana istraživanja dati više informacija o sve korisnijim fosfolipidima, znanost će to i činiti iskoristite znanje za bolje razumijevanje staničnih procesa i za postizanje više ciljanja lijekovi.