מהם התפקידים העיקריים של פוספוליפידים?

פוספוליפידים נפוצים בתאי החיידקים והאאוקריוטים. הם מולקולות העשויות מראש פוספט וזנב ליפידים. הראש נחשב לאוהב מים או הידרופילי, ואילו הזנב הידרופובי, או דוחה מים. לכן פוספוליפידים נקראים אמפיפיליים. בגלל אופי כפול זה של פוספוליפידים, סוגים רבים מסדרים את עצמם לשתי שכבות בסביבה מימית. זה נקרא דו שכבתי פוספוליפי. סינתזת פוספוליפידים מתרחשת בעיקר ברשתית האנדופלזמית. תחומים אחרים של ביוסינתזה כוללים את מנגנון גולגי ומיטוכונדריה. פוספוליפידים פועלים בדרכים שונות בתוך התאים.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

פוספוליפידים הם מולקולות עם ראשי פוספט הידרופיליים וזנבות ליפידים הידרופוביים. הם כוללים ממברנות תאיות, מווסתים תהליכים תאיים מסוימים ובעלי איכויות מייצבות ודינמיות שיכולות לסייע במתן תרופות.

פוספוליפידים מספקים מחסומים בקרומים התאיים כדי להגן על התא, והם יוצרים מחסומים לאברונים בתוך אותם תאים. פוספוליפידים פועלים בכדי לספק מסלולים לחומרים שונים על פני הממברנות. חלבוני ממברנה משחילים את שכבת הדו-פוספוליפידית אלה מגיבים לאותות תאים או משמשים אנזימים או מנגנוני הובלה לקרום התא. הדו שכבתי הפוספוליפידי מאפשר בקלות למולקולות חיוניות כמו מים, חמצן ופחמן דו חמצני לחצות את הממברנה, אך מולקולות גדולות מאוד אינן יכולות להיכנס לתא בצורה כזו או שאינן מסוגלות להגיע את כל. עם שילוב זה של פוספוליפידים וחלבונים, נאמר שהתא חדיר באופן סלקטיבי, ומאפשר רק חומרים מסוימים באופן חופשי ואחרים באמצעות אינטראקציות מורכבות יותר.

פוספוליפידים מספקים מבנה לקרומי התא, אשר בתורם שומרים על אברונים מאורגנים ו מחולק לעבודה יעילה יותר, אך מבנה זה מסייע גם בגמישות הממברנות נְזִילוּת. ישנם פוספוליפידים שיגרמו לעיקום שלילי של הממברנה, בעוד שאחרים יביאו לעיקום חיובי, בהתאם לאיפור שלהם. חלבונים תורמים גם לעיקול הממברנה. פוספוליפידים יכולים גם להתנייד על פני ממברנות, לעתים קרובות על ידי חלבונים מיוחדים כגון flippases, floppases ו scramblases. פוספוליפידים תורמים גם למטען השטח של הממברנות. אז בעוד פוספוליפידים תורמים ליציבות, להתמזגותם ולבקיעתם, הם גם מסייעים בהובלת חומרים ואותות. לכן פוספוליפידים הופכים את הממברנות לדינמיות מאוד, ולא חסמים דו-שכבתיים פשוטים. ובעוד פוספוליפידים תורמים יותר ממה שחשבו במקור לתהליכים שונים, הם נשארים המייצבים של קרומים תאיים על פני מינים.

עם טכנולוגיה טובה יותר, מדענים מסוגלים לדמיין כמה פוספוליפידים בתאים חיים באמצעות בדיקות פלואורסצנטיות. שיטות אחרות להבהרת פונקציונליות פוספוליפידים כוללות שימוש במיני נוקאאוט (כגון עכברים) המחזיקים באנזימים המשתנים שומנים בדם. זה מסייע בהבנת פונקציות נוספות עבור פוספוליפידים.

פוספוליפידים לוקחים תפקיד פעיל מלבד יצירת שכבות דו שכבתיות. פוספוליפידים שומרים על שיפוע של תהליכים כימיים וחשמליים כדי להבטיח את הישרדות התאים. הם חיוניים גם לוויסות אקסוציטוזיס, כימוטקסיס וציטוקינזיס. חלק מהפוספוליפידים ממלאים תפקיד בפגוציטוזיס, ופועלים להקיף חלקיקים ליצירת פגוזומים. פוספוליפידים תורמים גם לאנדוציטוזיס, שהוא ייצור הוואוקולים. התהליך כרוך בקשירת קרום סביב החלקיקים, הארכה ולבסוף קרע. האנדוזומים והפאגוזומים כתוצאה מכך הם בעלי שכבות שומניות בשומנים משלהם.

פוספוליפידים מווסתים תהליכים תאיים הקשורים לצמיחה, העברה סינפטית ומעקב חיסוני.

פונקציה נוספת של פוספוליפידים היא של הרכבת ליפופרוטאינים במחזור. חלבונים אלה ממלאים את התפקיד המהותי של הובלת טריגליצרידים ליפופיליים וכולסטרולים בדם.

פוספוליפידים פועלים גם כמחליבים בגוף, למשל כאשר הם מעורבבים עם כולסטרולים וחומצה מרה בכיס המרה כדי ליצור מיסלים לספיגת חומרים שומניים. פוספוליפידים ממלאים גם את תפקיד הרטבת המשטחים עבור דברים כמו מפרקים, כבדים וחלקים אחרים בגוף הדורשים תנועה חלקה.

פוספוליפידים באיקריוטים מיוצרים במיטוכונדריה, אנדוזומים ורטיקולום אנדופלזמי (ER). רוב הפוספוליפידים מיוצרים ברטיקולום האנדופלזמי. ב- ER, משתמשים בפוספוליפידים בהובלת שומנים לא-ווסקולרית בין ה- ER לאברונים אחרים. במיטוכונדריה, פוספוליפידים ממלאים תפקידים רבים עבור הומאוסטזיס סלולרי ותפקוד מיטוכונדריאלי.

פוספוליפידים שאינם יוצרים שכבות דו שכבתיות מסייעים להתמזגות קרום וכיפוף.

הפוספוליפידים הנפוצים ביותר באאוקריוטים הם הגליצרופוספוליפידים, בעלי עמוד השדרה של גליצרול. יש להם קבוצת ראש, שרשראות צד הידרופוביות ושרשראות אליפטיות. קבוצת הראש של פוספוליפידים אלה יכולה להשתנות באיפור הכימי, מה שמוביל לזנים מגוונים של פוספוליפידים. המבנים של פוספוליפידים אלה נעים בין גלילי לקוני לחרוטי הפוך, וככאלה פונקציונליות שונה. הם עובדים עם כולסטרול וספינגוליפידים בכדי לסייע לאנדוציטוזיס, הם מהווים ליפופרוטאינים, משמשים כפעילי שטח והם המרכיבים העיקריים של הממברנות התאיות.

חומצה פוספטידית (PA), המכונה גם פוספטידט, כוללת רק אחוז קטן של פוספוליפידים בתאים. זהו הפוספוליפיד הבסיסי ביותר ומשמש מבשר לגליצרופוספוליפידים אחרים. יש לו צורה חרוטית ויכול לגרום לעיקול של קרומים. הרשות הפלסטינית מקדמת היתוך וביקוע במיטוכונדריה והיא חיונית לחילוף החומרים בשומנים. הוא נקשר לחלבון Rac, הקשור לכימוטקסיס. זה נחשב גם אינטראקציה עם חלבונים רבים אחרים בגלל הטבע האניוני שלהם.

פוספטידילכולין (PC) הוא הפוספוליפיד בשפע הגדול ביותר, ומהווה עד 55 אחוזים מכלל השומנים. PC הוא יון המכונה zwitterion, יש לו צורת גליל והוא ידוע ביצירת שכבות דו שכבתיות. המחשב האישי משמש מצע רכיב לייצור אצטילכולין, נוירוטרנסמיטר מכריע. ניתן להמיר מחשב לשומנים אחרים כגון ספינגומיאלינים. המחשב האישי משמש גם כחומר פעילי שטח בריאות והוא מרכיב של מרה. תפקידה הכללי הוא ייצוב הממברנה.

Phosphatidylethanolamine (PE) הוא גם די שופע אבל הוא חרוטי במקצת ואינו נוטה ליצור שכבות דו שכבתיות. זה מהווה עד 25 אחוז מהפוספוליפידים. הוא שופע בקרום הפנימי של המיטוכונדריה, והוא יכול להיעשות על ידי המיטוכונדריה. ל- PE יש קבוצת ראשים קטנה יחסית בהשוואה למחשבים אישיים. PE ידוע במקרו-אוטופאגיה ומסייע בהתמזגות קרום.

Cardiolipin (CL) הוא דימר פוספוליפידי בצורת חרוט והוא הפוספוליפיד הראשי שאינו דו-שכבתי שנמצא במיטוכונדריה, שהם האברונים היחידים שיוצרים CL. קרדיוליפין נמצא בעיקר על הקרום המיטוכונדריאלי הפנימי ומשפיע על פעילות החלבון במיטוכונדריה. פוספוליפיד עשיר בחומצות שומן זה נחוץ לפונקציונליות של מתחמי שרשרת נשימה מיטוכונדריאלית. CL מהווה כמות משמעותית של רקמות לב ונמצא בתאים וברקמות הדורשות אנרגיה גבוהה. CL פועל למשיכת פרוטונים לאנזים הנקרא ATP synthase. CL מסייע גם לאותת מוות של תאים על ידי אפופטוזיס.

Phosphatidylinositol (PI) מהווה עד 15 אחוזים מהפוספוליפידים שנמצאים בתאים. PI נמצא במספר אברונים, וקבוצת הראש שלו יכולה לעבור שינויים הפיכים. PI פועל כמבשר המסייע להעברת מסרים במערכת העצבים, כמו גם סחר בקרום ומיקוד חלבונים.

Phosphatidylserine (PS) מהווה עד 10 אחוזים מהפוספוליפידים בתאים. PS משחק תפקיד משמעותי באיתות בתאים ומחוצה להם. PS עוזר לתאי עצב לתפקד ומווסת את הולכת הדחף העצבית. PS מופיע באפופטוזיס (מוות של תאים ספונטניים). PS כולל גם קרומי טסיות ולכן ממלא תפקיד בקרישה.

Phosphatidylglycerol (PG) הוא מבשר לפוספט ביס (monoacylglycero) או BMP, אשר קיים בתאים רבים ועלול להיות נחוץ להובלת כולסטרול. BMP נמצא בעיקר בתאים של יונקים, שם הוא מהווה בערך אחוז אחד מהפוספוליפידים. BMP מיוצר בעיקר בגופים רב-מולקולריים ונחשב כמניע ניצני קרום פנימיים.

Sphingomyelin (SM) הוא צורה נוספת של פוספוליפיד. SMs חשובים לאיפור של ממברנות תאי בעלי חיים. בעוד שעמוד השדרה של גליצרופוספוליפידים הוא גליצרול, עמוד השדרה של הספינגומלין הוא ספינגוזין. שכבות דו-פוספוליפידים של SM מגיבות באופן שונה לכולסטרול, ודחוסות יותר אך עם זאת ירידה בחדירות למים. SM כולל רפסודות ליפידים, ננו-דומינים יציבים בקרומים החשובים למיון קרום, התמרת אותות והובלת חלבונים.

תפקוד לקוי של פוספוליפידים מוביל למספר הפרעות כמו נוירופתיה היקפית של שארקו-מארי-שן, תסמונת סקוט וקטבוליזם לא תקין של השומנים בדם, הקשור למספר גידולים.

הפרעות גנטיות הנגרמות על ידי מוטציות גנטיות עלולות להוביל לתפקוד לקוי בביוסינתזה ובמטבוליזם של פוספוליפידים. אלה מוכיחים שהם די בולטים בהפרעות הקשורות למיטוכונדריה.

יש צורך ברשת שומנים יעילה במיטוכונדריה. קרדיוליפין פוספוליפידים, חומצה פוספטידית, פוספטידיל גליצרול ופוספטידיל אתנולמין ממלאים תפקיד מכריע בשמירה על קרום המיטוכונדריה. מוטציות של גנים המשפיעים על תהליכים אלה מובילות לעיתים למחלות גנטיות.

בתסמונת בארת המיטוכונדריאלית (BTHS), התנאים כוללים חולשה של שרירי השלד, מופחתת גדילה, עייפות, עיכוב מוטורי, קרדיומיופתיה, נויטרופניה ו -3-מתיל גלוטקוני אסידוריה, שעלול להיות קטלני מַחֲלָה. חולים אלה מציגים מיטוכונדריה פגומה, המחזיקה בכמויות מופחתות של CL פוספוליפיד.

קרדיומיופתיה מורחבת עם אטקסיה (DCMA) מציגה קרדיומיופתיה מורחבת המוקדמת, אטקסיה של מוח מוח שאינו פרוגרסיבי (אך מביא לעיכובים מוטוריים), כישלון גדילה ומצבים אחרים. מחלה זו נובעת מבעיות תפקודיות עם גן המסייע לוויסות שיפוץ CL וביוגנזה של חלבון מיטוכונדריאלי.

תסמונת MEGDEL מציגה הפרעה אוטוזומלית רצסיבית עם אנצפלופתיה, סוג מסוים של חירשות, עיכובים מוטוריים והתפתחותיים ומצבים אחרים. בגן המושפע, הפוספוליפיד המקדים של CL, PG, מחזיק בשרשרת אציל שונה, אשר בתורו משנה את ה- CL. בנוסף, פגמי הגן מפחיתים את רמות ה- BMP הפוספוליפידי. מאחר שה- BMP מווסת את ויסות הכולסטרול והסחר, הפחתתו מובילה לצבירת כולסטרול לא מאושר.

כאשר החוקרים לומדים יותר על תפקידי הפוספוליפידים וחשיבותם, יש לקוות כי ניתן לעשות טיפולים חדשים לטיפול במחלות הנובעות מהפרעה בתפקודם.

התאימות הביולוגית של פוספוליפידים הופכת אותם למועמדים אידיאליים למערכות מסירת תרופות. בנייתם ​​האמפיפילית (המכילה רכיבים אוהבי מים ושונאי מים) מסייעת בהרכבה עצמית ויצירת מבנים גדולים יותר. פוספוליפידים יוצרים לעיתים קרובות ליפוזומים שיכולים לשאת תרופות. פוספוליפידים משמשים גם כמחליבים טובים. חברות תרופות יכולות לבחור פוספוליפידים מביצים, פולי סויה או פוספוליפידים שנבנו באופן מלאכותי בכדי לסייע במתן תרופות. פוספוליפידים מלאכותיים יכולים להתבצע מגליצרופוספוליפידים על ידי שינוי קבוצות ראש או זנב או שניהם. פוספוליפידים סינתטיים אלה יציבים וטהורים יותר מפוספוליפידים טבעיים, אך עלותם נוטה להיות גבוהה יותר. כמות חומצות השומן בתאי פוספוליפידים טבעיים או סינתטיים תשפיע על יעילות הכמוס שלהם.

פוספוליפידים יכולים ליצור ליפוזומים, שלפוחית ​​מיוחדת שיכולה להתאים טוב יותר את מבנה קרום התא. ליפוזומים אלה משמשים כנושאי תרופות לתרופות הידרופיליות או ליפופיליות, תרופות לשחרור מבוקר וסוכנים אחרים. ליפוזומים העשויים פוספוליפידים משמשים לעיתים קרובות בתרופות לסרטן, טיפול גנטי וחיסונים. ניתן לגרום לליפוזומים להיות מאוד ספציפיים למסירת תרופות, על ידי כך שהם דומים לקרום התא שהם צריכים לעבור. ניתן לשנות את תכולת הפוספוליפידים של הליפוזומים על בסיס מקום המחלה הממוקדת.

המאפיינים המתחלים של פוספוליפידים הופכים אותם לאידיאליים לתחליבי הזרקה תוך ורידיים. לעתים קרובות משמשים תחליבי ביצה ופולי פוספוליפידים סויה למטרה זו.

אם לתרופות יש זמינות ביולוגית ירודה, לפעמים ניתן להשתמש בפלבנואידים טבעיים ליצירת קומפלקסים עם פוספוליפידים, המסייעים לספיגת התרופות. מתחמים אלה נוטים להניב תרופות יציבות עם פעולה ארוכה יותר.

ככל שמחקר ממשיך מניב מידע נוסף על הפוספוליפידים השימושיים יותר ויותר, המדע יעשה זאת ליהנות מהידע להבין טוב יותר תהליכים סלולריים ולהפוך ממוקדים יותר תרופות.