Kādas ir fosfolipīdu primārās funkcijas?

Fosfolipīdi ir izplatīti baktēriju un eikariotu šūnās. Tās ir molekulas, kas izgatavotas no fosfāta galvas un lipīdu astes. Galva tiek uzskatīta par ūdeni mīlošu vai hidrofilu, turpretī aste ir hidrofobiska vai atgrūdoša pret ūdeni. Tāpēc fosfolipīdus sauc par amfifiliem. Šī fosfolipīdu divkāršā rakstura dēļ daudzi veidi ūdeņainā vidē sakārto sevi divos slāņos. To sauc par fosfolipīdu divslāni. Fosfolipīdu sintēze galvenokārt notiek endoplazmatiskajā tīklojumā. Citas biosintēzes jomas ir Golgi aparāts un mitohondriji. Fosfolipīdi šūnu iekšienē darbojas dažādos veidos.

TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)

Fosfolipīdi ir molekulas ar hidrofilām fosfāta galvām un hidrofobām lipīdu astēm. Tās satur šūnu membrānas, regulē noteiktus šūnu procesus un tām piemīt gan stabilizējošas, gan dinamiskas īpašības, kas var palīdzēt zāļu piegādē.

Fosfolipīdi nodrošina barjeras šūnu membrānās, lai aizsargātu šūnu, un tie rada šķēršļus šo šūnu organoīdiem. Fosfolipīdi darbojas, lai nodrošinātu dažādu vielu ceļu caur membrānām. Membrānas olbaltumvielas studē fosfolipīdu divslāni; tie reaģē uz šūnu signāliem vai darbojas kā enzīmi vai šūnu membrānas transportēšanas mehānismi. Fosfolipīdu divslānis viegli ļauj būtiskām molekulām, piemēram, ūdenim, skābeklim un oglekļa dioksīdam šķērso membrānu, bet ļoti lielas molekulas šādā veidā nevar iekļūt šūnā vai, iespējams, nespēj visi. Izmantojot šo fosfolipīdu un olbaltumvielu kombināciju, šūna tiek uzskatīta par selektīvi caurlaidīgu, pieļaujot tikai dažas vielas brīvi un citas, izmantojot sarežģītāku mijiedarbību.

Fosfolipīdi nodrošina šūnu membrānu struktūru, kas savukārt uztur organellus sakārtotus un sadalīts, lai strādātu efektīvāk, taču šī struktūra palīdz arī membrānas elastībai un plūstamība. Daži fosfolipīdi izraisīs negatīvu membrānas izliekumu, bet citi - pozitīvu izliekumu atkarībā no kosmētikas. Olbaltumvielas veicina arī membrānas izliekumu. Fosfolipīdi var arī pārvietoties pa membrānām, bieži izmantojot īpašus proteīnus, piemēram, flipāzes, floppāzes un scramblas. Fosfolipīdi veicina arī membrānu virsmas uzlādi. Tātad, lai gan fosfolipīdi veicina stabilitāti, to saplūšanu un sadalīšanos, tie palīdz arī materiālu un signālu transportēšanā. Tāpēc fosfolipīdi padara membrānas ļoti dinamiskas, nevis vienkāršas divslāņu barjeras. Un, lai gan fosfolipīdi vairāk nekā sākotnēji domāja dažādos procesos, tie joprojām ir šūnu membrānu stabilizatori visās sugās.

Izmantojot labākas tehnoloģijas, zinātnieki spēj vizualizēt dažus fosfolipīdus dzīvās šūnās, izmantojot fluorescējošas zondes. Citas fosfolipīdu funkcionalitātes noskaidrošanas metodes ietver izslēgšanas sugu (piemēram, peles) izmantošanu, kurām piemīt pārāk izteikti lipīdus modificējoši enzīmi. Tas palīdz saprast vairāk fosfolipīdu funkciju.

Fosfolipīdi aktīvi piedalās, izņemot divslāņu veidošanos. Fosfolipīdi uztur ķīmisko un elektrisko procesu gradientu, lai nodrošinātu šūnu izdzīvošanu. Tie ir arī svarīgi, lai regulētu eksocitozi, ķīmijterapiju un citokinēzi. Daži fosfolipīdi spēlē lomu fagocitozē, strādājot apkārt daļiņām, veidojot fagosomas. Fosfolipīdi veicina arī endocitozi, kas ir vakuolu veidošanās. Process ietver membrānas saistīšanu ap daļiņām, pagarināšanu un visbeidzot šķelšanos. Rezultātā iegūtās endosomas un fagosomas savukārt veido savus lipīdu divslāņus.

Fosfolipīdi regulē šūnu procesus, kas saistīti ar augšanu, sinaptisko transmisiju un imūno uzraudzību.

Vēl viena fosfolipīdu funkcija ir cirkulējošo lipoproteīnu savākšana. Šīm olbaltumvielām ir būtiska loma lipofilo triglicerīdu un holesterīnu transportēšanā asinīs.

Fosfolipīdi organismā darbojas arī kā emulgatori, piemēram, ja tos žultspūslī sajauc ar holesterīniem un žultsskābi, lai iegūtu micellas taukvielu absorbcijai. Fosfolipīdi spēlē arī virsmu mitrināšanas lomu tādām lietām kā locītavas, alveolas un citas ķermeņa daļas, kurām nepieciešama vienmērīga kustība.

Fosfolipīdi eikariotos tiek veidoti mitohondrijos, endosomās un endoplazmatiskajā tīklā (ER). Lielākā daļa fosfolipīdu tiek izgatavoti endoplazmatiskajā tīklā. ER fosfolipīdus izmanto nonvezikulāros lipīdu pārvadājumos starp ER un citiem organoīdiem. Mitohondrijos fosfolipīdiem ir daudz lomu šūnu homeostāzē un mitohondriju darbībā.

Fosfolipīdi, kas neveido divslāņus, palīdz membrānas saplūšanā un locīšanā.

Eukariotos visizplatītākie fosfolipīdi ir glicerofosfolipīdi, kuriem ir glicerīna mugurkauls. Viņiem ir galvas grupa, hidrofobiskas sānu ķēdes un alifātiskas ķēdes. Šo fosfolipīdu galvas grupa var atšķirties pēc ķīmiskā sastāva, izraisot dažādas fosfolipīdu šķirnes. Šo fosfolipīdu struktūra svārstās no cilindriskas līdz koniskai līdz apgriezti koniskai, un tāpēc to funkcionalitāte atšķiras. Viņi strādā ar holesterīnu un sfingolipīdiem, lai veicinātu endocitozi, tie veido lipoproteīnus, tiek izmantoti kā virsmaktīvās vielas un ir galvenie šūnu membrānu komponenti.

Fosfatīnskābe (PA), saukta arī par fosfatidātu, šūnās satur tikai nelielu daudzumu fosfolipīdu. Tas ir visvienkāršākais fosfolipīds un kalpo kā citu glicerofosfolipīdu priekšgājējs. Tam ir koniska forma, un tas var izraisīt membrānu izliekumu. PA veicina mitohondriju saplūšanu un skaldīšanu, un tā ir būtiska lipīdu metabolismam. Tas saistās ar Rac olbaltumvielu, kas saistīts ar ķīmotaksi. Tiek uzskatīts, ka tā mijiedarbojas ar daudzām citām olbaltumvielām tā anjonu rakstura dēļ.

Fosfatidilholīns (PC) ir fosfolipīds vislielākajā skaitā, veidojot 55 procentus no kopējā lipīdu daudzuma. PC ir jons, kas pazīstams kā zwitterion, tam ir cilindra forma un tas ir pazīstams kā divslāņu veidošanās. Dators kalpo kā sastāvdaļu substrāts acetilholīna, izšķiroša neirotransmitera, radīšanai. PC var pārveidot par citiem lipīdiem, piemēram, sfingomielīniem. PC arī kalpo kā virsmaktīvā viela plaušās un ir žults sastāvdaļa. Tās vispārējā loma ir membrānas stabilizācija.

Fosfatidiletanolamīns (PE) ir arī diezgan bagātīgs, taču ir nedaudz konisks un nemēdz veidot divslāņus. Tas satur 25 procentus fosfolipīdu. Tas ir bagātīgs mitohondriju iekšējā membrānā, un to var izgatavot mitohondriji. PE ir salīdzinoši mazāka galvas grupa salīdzinājumā ar datoru. PE ir pazīstama ar makroautofāgiju un palīglīdzekļiem membrānas saplūšanā.

Kardiolipīns (CL) ir konusa formas fosfolipīdu dimērs, un tas ir galvenais divslāņu fosfolipīds, kas atrodams mitohondrijos, kas ir vienīgie organoīdi, kas ražo CL. Kardiolipīns galvenokārt atrodas uz iekšējās mitohondriju membrānas un ietekmē olbaltumvielu aktivitāti mitohondrijos. Šis ar taukskābēm bagātais fosfolipīds ir nepieciešams mitohondriju elpošanas ķēžu kompleksu funkcionalitātei. CL veido ievērojamu daudzumu sirds audu un atrodams šūnās un audos, kuriem nepieciešama liela enerģija. CL darbojas, lai piesaistītu protonus fermentam, ko sauc par ATP sintāzi. CL palīdz arī signalizēt šūnu nāvi ar apoptozi.

Fosfatidilinozitols (PI) veido pat 15 procentus šūnās atrodamo fosfolipīdu. PI ir sastopams daudzos organoīdos, un tā galvas grupā var notikt atgriezeniskas izmaiņas. PI darbojas kā priekštecis, kas veicina ziņu pārraidi nervu sistēmā, kā arī membrānu tirdzniecību un olbaltumvielu mērķēšanu.

Fosfatidilserīns (PS) šūnās satur līdz pat 10 procentiem fosfolipīdu. PS spēlē nozīmīgu lomu signālu sniegšanā šūnu iekšienē un ārpusē. PS palīdz nervu šūnām darboties un regulē nervu impulsu vadīšanu. PS pazīmes apoptozē (spontāna šūnu nāve). PS satur arī trombocītu membrānas, un tāpēc tam ir nozīme recēšanā.

Fosfatidilglicerīns (PG) ir bis (monoacilglicerola) fosfāta vai BMP prekursors, kas ir daudzās šūnās un potenciāli nepieciešams holesterīna transportēšanai. BMP galvenokārt atrodas zīdītāju šūnās, kur tas veido aptuveni 1 procentu fosfolipīdu. BMP galvenokārt tiek izgatavots multivesikulāros ķermeņos, un tiek uzskatīts, ka tas ierosina iekšējo membrānu pumpurēšanu.

Sfingomielīns (SM) ir vēl viena fosfolipīda forma. SM ir svarīgi dzīvnieku šūnu membrānu sastāvam. Tā kā glicerofosfolipīdu mugurkauls ir glicerīns, sfingomielīnu mugurkauls ir sfingozīns. SM fosfolipīdu divslāņi atšķirīgi reaģē uz holesterīnu un ir vairāk saspiesti, tomēr tiem ir samazināta ūdens caurlaidība. SM sastāv no lipīdu plostiem, stabiliem nanodomēniem membrānās, kas ir svarīgi membrānu šķirošanai, signāla pārnešanai un olbaltumvielu transportēšanai.

Fosfolipīdu disfunkcija izraisa vairākus traucējumus, piemēram, Charcot-Marie-Tooth perifēro neiropātiju, Skota sindromu un patoloģisku lipīdu katabolismu, kas saistīts ar vairākiem audzējiem.

Ģenētiskie traucējumi, ko izraisa gēnu mutācijas, var izraisīt fosfolipīdu biosintēzes un metabolisma disfunkcijas. Tie izrādās diezgan izteikti ar mitohondrijiem saistītos traucējumos.

Mitohondrijos ir nepieciešama efektīva lipīdu tīklošana. Fosfolipīdiem kardiolipīnam, fosfatidīnskābei, fosfatidilglicerīnam un fosfatidiletanolamīnam ir izšķiroša loma mitohondriju membrānas uzturēšanā. Gēnu mutācijas, kas ietekmē šos procesus, dažkārt izraisa ģenētiskas slimības.

Mitohondriju ar X saistītās slimības Barth sindromā (BTHS) nosacījumi ietver skeleta muskuļu vājumu, samazinātu augšana, nogurums, motora kavēšanās, kardiomiopātija, neitropēnija un 3-metilglutakonskābes acidūrija, kas var būt letāla slimība. Šiem pacientiem ir defekti mitohondriji, kuriem ir samazināts fosfolipīda CL daudzums.

Paplašināta kardiomiopātija ar ataksiju (DCMA) izpaužas ar agrīni sāktu dilatētu kardiomiopātiju, smadzenītes, kas nav progresējošas (bet kuras rezultātā rodas motoru kavēšanās), augšanas mazspēja un citi apstākļi. Šī slimība rodas funkcionālu problēmu dēļ ar gēnu, kas palīdz regulēt CL pārveidošanu un mitohondriju olbaltumvielu bioģenēzi.

MEGDEL sindroms izpaužas kā autosomāli recesīvs traucējums ar encefalopātiju, noteiktu kurluma formu, motoru un attīstības kavēšanos un citiem apstākļiem. Ietekmētajā gēnā CL prekursoram fosfolipīdam PG ir mainīta acilķēde, kas savukārt maina CL. Turklāt gēnu defekti samazina fosfolipīdu BMP līmeni. Tā kā BMP regulē holesterīna regulēšanu un tirdzniecību, tā samazināšana noved pie neesterificēta holesterīna uzkrāšanās.

Kad pētnieki uzzina vairāk par fosfolipīdu lomu un to nozīmi, ir cerība, ka var veikt jaunas terapijas, lai ārstētu slimības, kas rodas viņu disfunkcijas dēļ.

Fosfolipīdu bioloģiskā saderība padara tos par ideāliem kandidātiem zāļu piegādes sistēmām. Viņu amfifiliskie (satur gan ūdeni mīlošus, gan ienīstošus komponentus) konstrukcijas palīglīdzekļi ar pašsapulcēšanos un lielāku konstrukciju izgatavošanu. Fosfolipīdi bieži veido liposomas, kas var pārvadāt narkotikas. Fosfolipīdi kalpo arī kā labi emulgatori. Farmaceitiskie uzņēmumi var izvēlēties fosfolipīdus no olām, sojas pupām vai mākslīgi uzbūvētiem fosfolipīdiem, lai palīdzētu zāļu piegādē. Mākslīgos fosfolipīdus var izgatavot no glicerofosfolipīdiem, mainot galvas vai astes grupas vai abus. Šie sintētiskie fosfolipīdi ir stabilāki un tīrāki nekā dabiskie fosfolipīdi, taču to izmaksas mēdz būt lielākas. Taukskābju daudzums dabiskos vai sintētiskos fosfolipīdos ietekmēs to iekapsulēšanas efektivitāti.

Fosfolipīdi var veidot liposomas, īpašas pūslīšus, kas var labāk saskaņot šūnu membrānas struktūru. Tad šīs liposomas kalpo kā zāļu nesēji hidrofiliem vai lipofiliem medikamentiem, kontrolētas darbības zālēm un citiem līdzekļiem. No fosfolipīdiem izgatavotas liposomas bieži lieto vēža medikamentos, gēnu terapijā un vakcīnās. Var padarīt liposomas ļoti specifiskas zāļu piegādei, padarot tās līdzīgas šūnas membrānai, kas tām jāšķērso. Liposomu fosfolipīdu saturu var mainīt, pamatojoties uz mērķētās slimības vietu.

Fosfolipīdu emulgējošās īpašības padara tos ideāli piemērotus intravenozām injekciju emulsijām. Šim nolūkam bieži izmanto olu dzeltenumu un sojas fosfolipīdu emulsijas.

Ja zāļu biopieejamība ir slikta, dažreiz var izmantot dabiskos flavonoīdus, lai izveidotu kompleksus ar fosfolipīdiem, veicinot zāļu uzsūkšanos. Šie kompleksi parasti dod stabilas zāles ar ilgāku darbību.

Tā kā turpinātie pētījumi dod vairāk informācijas par arvien noderīgākajiem fosfolipīdiem, zinātne to darīs gūt labumu no zināšanām, lai labāk izprastu šūnu procesus un būtu mērķtiecīgāki zāles.