A foszfolipidek elterjedtek a baktériumok és az eukarióták sejtjeiben. Ezek egy foszfátfejből és egy lipid farokból álló molekulák. A fejet vízszeretőnek vagy hidrofilnek tekintik, míg a farok hidrofób, vagy visszataszítja a vizet. A foszfolipideket ezért amfifileknek nevezzük. A foszfolipideknek ez a kettős jellege miatt sok típus vizes környezetben két rétegbe rendeződik. Ezt foszfolipid kétrétegnek nevezik. A foszfolipid szintézis elsősorban az endoplazmatikus retikulumban megy végbe. A bioszintézis további területei közé tartozik a Golgi-készülék és a mitokondrium. A foszfolipidek különféle módon működnek a sejtekben.
TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)
A foszfolipidek hidrofil foszfátfejű és hidrofób lipidfarkú molekulák. Sejtmembránokat tartalmaznak, bizonyos sejtfolyamatokat szabályoznak, és stabilizáló és dinamikus tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek elősegíthetik a gyógyszer bejuttatását.
A foszfolipidek membránokat képeznek
A foszfolipidek gátakat képeznek a sejtmembránokban, hogy megvédjék a sejtet, és gátakat képeznek a sejteken belüli organellumok számára. A foszfolipidek arra szolgálnak, hogy a különféle anyagoknak a membránokon át vezető utakat biztosítsanak. A membránfehérjék a foszfolipid kétréteget kutatják; ezek reagálnak a sejtjelekre, vagy enzimként vagy transzportmechanizmusként működnek a sejtmembrán számára. A foszfolipid kétrétegű anyag könnyen hozzáférhetővé teszi az alapvető molekulákat, például a vizet, az oxigént és a szén-dioxidot keresztezi a membránt, de nagyon nagy molekulák nem léphetnek be a sejtbe ilyen módon, vagy nem képesek a minden. Ezzel a foszfolipidek és fehérjék kombinációjával a sejt szelektíven áteresztő, és csak bizonyos anyagokat enged szabadon, másokat bonyolultabb kölcsönhatások révén.
A foszfolipidek biztosítják a sejt membránjainak szerkezetét, amelyek viszont szervezetten és szervesen tartják az organellákat hatékonyabb munkavégzés érdekében, de ez a szerkezet elősegíti a membránok rugalmasságát és folyékonyság. Egyes foszfolipidek a membrán negatív görbületét, míg mások a sminktől függően pozitív görbületet váltanak ki. A fehérjék szintén hozzájárulnak a membrán görbületéhez. A foszfolipidek transzlokálódhatnak a membránokon is, gyakran speciális fehérjék, például flippázok, floppázok és scramblasok révén. A foszfolipidek hozzájárulnak a membránok felületi töltéséhez is. Tehát, míg a foszfolipidek hozzájárulnak a stabilitáshoz, fúziójukhoz és hasadásukhoz, az anyagok és jelek szállításához is hozzájárulnak. A foszfolipidek ezért a membránokat rendkívül dinamikussá teszik, nem pedig egyszerű kétrétegű gátak. És bár a foszfolipidek jobban hozzájárulnak a különféle folyamatokhoz, mint azt eredetileg gondolták, továbbra is a sejtmembránok stabilizátorai maradnak a fajok között.
A foszfolipidek egyéb funkciói
Jobb technológiával a tudósok fluoreszcens szondák segítségével képesek vizualizálni néhány foszfolipidet az élő sejtekben. A foszfolipid funkcionalitás tisztázásának egyéb módszerei közé tartoznak a túl expresszált lipidmódosító enzimekkel rendelkező knockout fajok (például egerek) használata. Ez segít megérteni a foszfolipidek több funkcióját.
A foszfolipidek aktív szerepet töltenek be a kétrétegek kialakításán kívül. A foszfolipidek fenntartják a kémiai és elektromos folyamatok gradiensét a sejtek túlélésének biztosítása érdekében. Ezek nélkülözhetetlenek az exocitózis, a kemotaxis és a citokinezis szabályozásához is. Egyes foszfolipidek szerepet játszanak a fagocitózisban, a részecskék körülvétele révén fagoszómák képződnek. A foszfolipidek szintén hozzájárulnak az endocitózishoz, amely a vakuolák keletkezése. A folyamat magában foglalja a membrán részecskék körüli megkötését, meghosszabbítását és végül hasadását. Az így létrejövő endoszómák és fagosómák viszont saját lipid kettős rétegekkel rendelkeznek.
A foszfolipidek szabályozzák a növekedéssel, a szinaptikus transzmisszióval és az immunfelügyelettel kapcsolatos sejtes folyamatokat.
A foszfolipidek másik funkciója a keringő lipoproteinek összeállítása. Ezek a fehérjék játszják a lipofil trigliceridek és koleszterinek vérben történő transzportjának alapvető szerepét.
A foszfolipidek emulgeálószerként is működnek a szervezetben, például amikor az epehólyagban koleszterinnel és epesavval keverik össze, hogy micellákat állítsanak elő a zsíranyagok felszívódására. A foszfolipidek szerepet játszanak a felületek nedvesítésében is, mint például az ízületek, az alveolusok és a test többi része, amelyek sima mozgást igényelnek.
Az eukarióták foszfolipidjeit a mitokondriumokban, az endoszómákban és az endoplazmatikus retikulumban (ER) készítik. A legtöbb foszfolipid az endoplazmatikus retikulumban készül. Az ER-ben a foszfolipideket használják nemveszikuláris lipidtranszportban az ER és más organellák között. A mitokondriumokban a foszfolipidek számos szerepet játszanak a sejtek homeosztázisában és a mitokondriumok működésében.
Azok a foszfolipidek, amelyek nem képeznek kétrétegeket, elősegítik a membrán fúzióját és hajlítását.
A foszfolipidek típusai
Az eukariótákban a legelterjedtebb foszfolipidek a glicerin-foszfolipidek, amelyek glicerin-gerinccel rendelkeznek. Van egy fejcsoportjuk, hidrofób oldalláncaik és alifás láncaik. Ezen foszfolipidek fejcsoportja kémiai összetételben változhat, ami a foszfolipidek különféle fajtáihoz vezet. Ezeknek a foszfolipideknek a szerkezete a hengertől a kúposig és a fordítottan kúposig terjed, és ezért funkcionalitásuk eltér. Koleszterinnel és szfingolipidekkel működnek együtt az endocitózis elősegítésében, lipoproteineket alkotnak, felületaktív anyagként használják és a sejtmembránok fő alkotóelemei.
A foszfatidinsav (PA), más néven foszfatidát, csak kis százalékban tartalmaz foszfolipideket a sejtekben. Ez a legalapvetőbb foszfolipid, és más glicerofoszfolipidek prekurzoraként szolgál. Kúpos alakú, és a membránok görbületét eredményezheti. A PA elősegíti a mitokondriális fúziót és hasadást, és elengedhetetlen a lipid anyagcseréhez. A kemotaxishoz kapcsolódó Rac fehérjéhez kötődik. Úgy gondolják, hogy anionos jellege miatt sok más fehérjével is kölcsönhatásba lép.
A foszfatidilkolin (PC) a legnagyobb mennyiségben a foszfolipid, amely az összes lipid 55% -át teszi ki. A PC egy ikerion néven ismert ion, henger alakú és kétrétegűek. A PC az acetilkolin, egy alapvető neurotranszmitter előállításának komponens szubsztrátja. A PC átalakítható más lipidekké, például szfingomielinekké. A PC a tüdőben felületaktív anyagként is szolgál, és az epe alkotóeleme. Általános szerepe a membrán stabilizálása.
A foszfatidil-etanol-amin (PE) szintén meglehetősen bőséges, de kissé kúpos, és nem hajlamos kétrétegeket alkotni. 25% foszfolipidet tartalmaz. Bőséges a mitokondrium belső membránjában, és a mitokondriumok is elkészíthetik. A PE a PC-hez képest viszonylag kisebb fejcsoporttal rendelkezik. A PE makroautofágia és a membránfúziós segédeszközökről ismert.
A kardiolipin (CL) kúp alakú foszfolipid dimer, és ez a fő nem kétrétegű foszfolipid, amely a mitokondriumokban található, amelyek az egyetlen organellumok, amelyek CL-t termelnek. A kardiolipin elsősorban a belső mitokondriális membránon található, és befolyásolja a mitokondrium fehérje aktivitását. Ez a zsírsavban gazdag foszfolipid szükséges a mitokondriális légzési lánc komplexek működéséhez. A CL jelentős mennyiségű szívszövetet alkot, és olyan sejtekben és szövetekben található meg, amelyek nagy energiát igényelnek. A CL a protonokat az ATP-szintáz nevű enzimhez vonzza. A CL szintén segíti a sejtpusztulás apoptózissal történő jelzését.
A foszfatidil-inozit (PI) a sejtekben található foszfolipidek 15 százalékát teszi ki. A PI számos organellumban található, és fejcsoportja reverzibilis változásokon megy keresztül. A PI olyan prekurzorként működik, amely elősegíti az üzenet továbbítását az idegrendszerben, valamint a membrán kereskedelmet és a fehérje célzását.
A foszfatidil-szerin (PS) legfeljebb 10% foszfolipidet tartalmaz a sejtekben. A PS jelentős szerepet játszik a sejteken belül és kívül is. A PS segíti az idegsejtek működését és szabályozza az idegimpulzusok vezetését. A PS jellemzői az apoptózisban (spontán sejthalál). A PS thrombocyta membránokat is tartalmaz, ezért szerepet játszik az alvadásban.
A foszfatidil-glicerin (PG) a bisz (monoacil-glicer) -foszfát vagy BMP előfutára, amely sok sejtben jelen van és potenciálisan szükséges a koleszterin szállításához. A BMP főleg az emlős sejtjeiben található meg, ahol a foszfolipidek nagyjából 1 százalékát teszi ki. A BMP elsősorban multivesicularis testekben készül, és úgy gondolják, hogy befelé induló membránrügyeket indukál.
A szfingomielin (SM) a foszfolipid másik formája. Az SM-k fontosak az állati sejtmembránok felépítésében. Míg a glicerin-foszfolipidek gerince a glicerin, addig a szfingomielinek gerince a szfingozin. Az SM-foszfolipidek kétrétegei eltérően reagálnak a koleszterinre, és jobban összenyomódnak, ugyanakkor csökkent a vízáteresztő képességük. Az SM lipid tutajokat, a membránokban lévő stabil nanodoméneket tartalmaz, amelyek fontosak a membrán válogatása, a jelátvitel és a fehérjék transzportja szempontjából.
A foszfolipid anyagcserével kapcsolatos betegségek
A foszfolipid diszfunkció számos rendellenességhez vezet, például Charcot-Marie-Tooth perifériás neuropathiához, Scott-szindrómához és rendellenes lipid katabolizmushoz, amely számos daganattal társul.
A génmutációk által okozott genetikai rendellenességek diszfunkciókhoz vezethetnek a foszfolipid bioszintézisében és az anyagcserében. Ezek a mitokondriumokkal kapcsolatos rendellenességekben elég markánsnak bizonyulnak.
A mitokondriumokban hatékony lipidhálózatra van szükség. A kardiolipin, a foszfatidinsav, a foszfatidil-glicerin és a foszfatidil-etanol-amin foszfolipidjei döntő szerepet játszanak a mitokondrium membránjának fenntartásában. Az e folyamatokat befolyásoló gének mutációi néha genetikai betegségekhez vezetnek.
A mitokondriális X-hez kapcsolódó Barth-szindróma (BTHS) állapotai között szerepel a vázizmok gyengesége, csökkent növekedés, fáradtság, motoros késés, kardiomiopátia, neutropenia és 3-metil-glutakon-aciduria, amely potenciálisan végzetes lehet betegség. Ezeknek a betegeknek hibás mitokondriumokat mutatnak, amelyeknél csökkent a foszfolipid CL mennyisége.
A dilatált kardiomiopátia ataxiával (DCMA) korai kezdetű dilatált kardiomiopátiával, a cerebrum, amely nem progresszív (de motoros késéseket eredményez), növekedési kudarc és egyéb állapotok. Ez a betegség egy olyan gén funkcionális problémáiból származik, amely elősegíti a CL átalakítását és a mitokondriális fehérje biogenezisének szabályozását.
A MEGDEL-szindróma autoszomális recesszív rendellenességként jelentkezik encephalopathiával, a süketség egy bizonyos formájával, motoros és fejlődési késésekkel és egyéb állapotokkal. Az érintett génben a CL prekurzor foszfolipid, a PG, megváltozott acillánccal rendelkezik, ami viszont megváltoztatja a CL-t. Ezenkívül a génhibák csökkentik a foszfolipid BMP szintjét. Mivel a BMP szabályozza a koleszterin szabályozását és az emberkereskedelmet, csökkentése nem észterezett koleszterin felhalmozódásához vezet.
Amint a kutatók többet megtudnak a foszfolipidek szerepéről és jelentőségéről, remélhetőleg új terápiákat lehet alkalmazni a diszfunkciójukból eredő betegségek kezelésére.
Foszfolipidek felhasználása az orvostudományban
A foszfolipidek biokompatibilitása ideális jelöltté teszi őket a gyógyszeradagoló rendszerek számára. Amfifil (vízszerető és vízgyűlölő alkotórészeket egyaránt tartalmazó) szerkezetük önszereléssel és nagyobb szerkezetek készítésével segíti elő. A foszfolipidek gyakran liposzómákat képeznek, amelyek képesek gyógyszereket hordozni. A foszfolipidek emulgeálószerként is szolgálnak. A gyógyszergyárak választhatnak foszfolipideket tojásból, szójababból vagy mesterségesen felépített foszfolipidekből a gyógyszer szállításának elősegítése érdekében. A mesterséges foszfolipidek előállíthatók glicerofoszfolipidekből a fej- vagy farokcsoportok vagy mindkettő megváltoztatásával. Ezek a szintetikus foszfolipidek stabilabbak és tisztábbak, mint a természetes foszfolipidek, de költségük általában magasabb. A zsírsavak mennyisége természetes vagy szintetikus foszfolipidekben befolyásolja kapszulázásuk hatékonyságát.
A foszfolipidek liposzómákat, speciális vezikulákat készíthetnek, amelyek jobban megfelelnek a sejtmembrán szerkezetének. Ezek a liposzómák ezután hidrofil vagy lipofil gyógyszerek, szabályozott felszabadulású gyógyszerek és más szerek gyógyszerhordozóiként szolgálnak. A foszfolipidekből készült liposzómákat gyakran alkalmazzák rákellenes gyógyszerekben, génterápiában és oltásokban. A liposzómák nagymértékben specifikusak lehetnek a gyógyszer bejuttatására, olyanná téve őket, hogy hasonlítsanak az átjutáshoz szükséges sejtmembránra. A liposzómák foszfolipid tartalma megváltoztatható a megcélzott betegség helye alapján.
A foszfolipidek emulgeáló tulajdonságai miatt ideálisak az intravénás injekciós emulziókhoz. Erre a célra gyakran használnak tojássárgáját és szójabab-foszfolipid emulziókat.
Ha a gyógyszerek biológiai hozzáférhetősége gyenge, néha természetes flavonoidokat lehet használni foszfolipidekkel képzett komplexek kialakításához, elősegítve a gyógyszer felszívódását. Ezek a komplexek általában stabil, hosszabb hatású gyógyszereket eredményeznek.
Mivel a további kutatások több információt hoznak az egyre hasznosabb foszfolipidekről, a tudomány meg fogja tudni profitálhat a tudásból a sejtes folyamatok jobb megértése és célzottabbá tétele érdekében gyógyszerek.