Quais são as funções primárias dos fosfolipídios?

Os fosfolipídios são prevalentes nas células de bactérias e eucariotos. Eles são moléculas feitas de uma cabeça de fosfato e uma cauda de lipídeo. A cabeça é considerada hidrofílica ou hidrofílica, enquanto a cauda é hidrofóbica ou repelente à água. Os fosfolipídios são, portanto, chamados anfifílicos. Por causa dessa natureza dupla dos fosfolipídios, muitos tipos se organizam em duas camadas em um ambiente aquoso. Isso é chamado de bicamada fosfolipídica. A síntese de fosfolipídios ocorre principalmente no retículo endoplasmático. Outras áreas de biossíntese incluem o aparelho de Golgi e as mitocôndrias. Os fosfolipídios funcionam de várias maneiras dentro das células.

TL; DR (muito longo; Não li)

Fosfolipídios são moléculas com cabeças de fosfato hidrofílicas e caudas de lipídios hidrofóbicas. Eles compreendem membranas celulares, regulam certos processos celulares e possuem qualidades estabilizadoras e dinâmicas que podem auxiliar na administração de drogas.

Os fosfolipídios fornecem barreiras nas membranas celulares para proteger a célula e fazem barreiras para as organelas dentro dessas células. Os fosfolipídios funcionam para fornecer caminhos para várias substâncias através das membranas. As proteínas da membrana estudam a bicamada fosfolipídica; estes respondem aos sinais celulares ou atuam como enzimas ou mecanismos de transporte para a membrana celular. A bicamada de fosfolipídios permite prontamente que moléculas essenciais, como água, oxigênio e dióxido de carbono atravessam a membrana, mas moléculas muito grandes não podem entrar na célula desta forma ou podem não ser capazes de tudo. Com essa combinação de fosfolipídios e proteínas, diz-se que a célula é seletivamente permeável, permitindo que apenas certas substâncias entrem livremente e outras por meio de interações mais complexas.

Os fosfolipídios fornecem estrutura para as membranas celulares, que por sua vez mantêm as organelas organizadas e dividido para trabalhar de forma mais eficiente, mas essa estrutura também auxilia na flexibilidade das membranas e fluidez. Alguns fosfolipídios induzem curvatura negativa de uma membrana, enquanto outros induzem curvatura positiva, dependendo de sua composição. As proteínas também contribuem para a curvatura da membrana. Os fosfolipídios também podem se translocar através das membranas, frequentemente por proteínas especiais, como flippases, floppases e scramblases. Os fosfolipídios também contribuem para a carga superficial das membranas. Assim, embora os fosfolipídios contribuam para a estabilidade, sua fusão e sua fissão, eles também auxiliam no transporte de materiais e sinais. Os fosfolipídios, portanto, tornam as membranas altamente dinâmicas, em vez de simples barreiras de bicamada. E embora os fosfolipídios contribuam mais do que se pensava originalmente para vários processos, eles permanecem os estabilizadores das membranas celulares entre as espécies.

Com uma tecnologia melhor, os cientistas são capazes de visualizar alguns fosfolipídios dentro das células vivas por meio de sondas fluorescentes. Outros métodos para elucidar a funcionalidade de fosfolipídios incluem o uso de espécies knockout (como camundongos) que possuem enzimas modificadoras de lipídios superexpressas. Isso ajuda a compreender mais funções para os fosfolipídios.

Os fosfolipídios desempenham um papel ativo além da formação de bicamadas. Os fosfolipídios mantêm um gradiente de processos químicos e elétricos para garantir a sobrevivência das células. Eles também são essenciais para regular a exocitose, quimiotaxia e citocinese. Alguns fosfolipídeos desempenham um papel na fagocitose, trabalhando para envolver as partículas para formar os fagossomos. Os fosfolipídios também contribuem para a endocitose, que é a geração de vacúolos. O processo envolve a ligação da membrana em torno das partículas, extensão e finalmente cisão. Os endossomos e fagossomas resultantes, por sua vez, possuem suas próprias bicamadas lipídicas.

Os fosfolipídios regulam os processos celulares relacionados ao crescimento, transmissão sináptica e vigilância imunológica.

Outra função dos fosfolipídios é reunir as lipoproteínas circulantes. Essas proteínas desempenham o papel essencial de transporte de triglicerídeos lipofílicos e colesteróis no sangue.

Os fosfolipídios também funcionam como emulsificantes no corpo, como quando são misturados com colesteróis e ácido biliar na vesícula biliar para formar micelas para absorção de substâncias gordurosas. Os fosfolipídios também desempenham o papel de umedecer as superfícies de articulações, alvéolos e outras partes do corpo que requerem movimentos suaves.

Os fosfolipídios em eucariotos são produzidos nas mitocôndrias, endossomos e retículo endoplasmático (RE). A maioria dos fosfolipídios é produzida no retículo endoplasmático. No RE, os fosfolipídios são usados ​​no transporte não vesicular de lipídios entre o RE e outras organelas. Na mitocôndria, os fosfolipídios desempenham vários papéis na homeostase celular e no funcionamento mitocondrial.

Fosfolipídios que não formam bicamadas auxiliam na fusão e flexão da membrana.

Os fosfolipídios mais prevalentes em eucariotos são os glicerofosfolipídios, que possuem uma estrutura de glicerol. Eles têm um grupo principal, cadeias laterais hidrofóbicas e cadeias alifáticas. O grupo principal desses fosfolipídios pode variar em composição química, levando a diversas variedades de fosfolipídios. As estruturas desses fosfolipídios variam de cilíndricas a cônicas a inversamente cônicas e, como tal, sua funcionalidade difere. Eles trabalham com colesterol e esfingolipídeos para auxiliar na endocitose, eles formam lipoproteínas, são usados ​​como surfactantes e são os principais componentes das membranas celulares.

O ácido fosfatídico (PA), também chamado de fosfatidato, compreende apenas uma pequena porcentagem de fosfolipídios nas células. É o fosfolipídio mais básico e serve como precursor de outros glicerofosfolipídios. Possui formato cônico e pode resultar no encurvamento das membranas. O PA promove a fusão e fissão mitocondrial e é essencial para o metabolismo lipídico. Ele se liga à proteína Rac, associada à quimiotaxia. Acredita-se também que ele interaja com muitas outras proteínas devido à sua natureza aniônica.

A fosfatidilcolina (PC) é o fosfolipídio em maior abundância, constituindo até 55% dos lipídios totais. O PC é um íon conhecido como zwitterion, tem um formato cilíndrico e é conhecido por formar bicamadas. O PC serve como um substrato componente para a geração de acetilcolina, um neurotransmissor crucial. O PC pode ser convertido em outros lipídios, como esfingomielinas. O PC também atua como surfactante nos pulmões e é um componente da bile. Seu papel geral é o de estabilização da membrana.

A fosfatidiletanolamina (PE) também é bastante abundante, mas é um tanto cônica e não tende a formar bicamadas. Compreende até 25 por cento dos fosfolipídios. É abundante na membrana interna das mitocôndrias e pode ser produzido pelas mitocôndrias. PE possui um grupo de cabeças relativamente menor em comparação com PC. PE é conhecido por macroautofagia e auxilia na fusão da membrana.

A cardiolipina (CL) é um dímero de fosfolipídeo em forma de cone e é o principal fosfolipídeo não bicamada encontrado nas mitocôndrias, que são as únicas organelas que produzem CL. A cardiolipina é encontrada principalmente na membrana mitocondrial interna e afeta a atividade das proteínas nas mitocôndrias. Este fosfolipídio rico em ácidos graxos é necessário para a funcionalidade dos complexos da cadeia respiratória mitocondrial. CL constitui uma quantidade significativa de tecidos cardíacos e é encontrado em células e tecidos que requerem alta energia. CL funciona para atrair prótons para uma enzima chamada ATP sintase. CL também auxilia na sinalização de morte celular por apoptose.

O fosfatidilinositol (PI) constitui até 15 por cento dos fosfolipídios encontrados nas células. O PI é encontrado em numerosas organelas e seu grupo principal pode sofrer alterações reversíveis. O PI funciona como um precursor que auxilia na transmissão de mensagens no sistema nervoso, bem como no tráfego de membrana e no direcionamento de proteínas.

A fosfatidilserina (PS) compreende até 10 por cento dos fosfolipídios nas células. PS desempenha um papel significativo na sinalização dentro e fora das células. PS ajuda as células nervosas a funcionar e regula a condução dos impulsos nervosos. PS apresenta-se na apoptose (morte celular espontânea). PS também compreende membranas plaquetárias e, portanto, desempenha um papel na coagulação.

O fosfatidilglicerol (PG) é um precursor do bis (monoacilglicero) fosfato ou BMP, que está presente em muitas células e é potencialmente necessário para o transporte do colesterol. O BMP é encontrado principalmente nas células de mamíferos, onde constitui cerca de 1% dos fosfolipídios. A BMP é produzida principalmente em corpos multivesiculares e acredita-se que induza o brotamento da membrana interna.

A esfingomielina (SM) é outra forma de fosfolipídeo. Os SMs são importantes para a composição das membranas celulares dos animais. Enquanto a espinha dorsal dos glicerofosfolipídeos é o glicerol, a espinha dorsal das esfingomielinas é a esfingosina. Bicamadas de fosfolipídios SM reagem de maneira diferente ao colesterol e são mais altamente comprimidos, embora tenham diminuído a permeabilidade à água. SM compreende jangadas de lipídios, nanodomínios estáveis ​​em membranas que são importantes para a classificação de membrana, transdução de sinal e transporte de proteínas.

A disfunção fosfolipídica leva a uma série de distúrbios, como neuropatia periférica de Charcot-Marie-Tooth, síndrome de Scott e catabolismo lipídico anormal, que está associado a vários tumores.

Desordens genéticas causadas por mutações genéticas podem levar a disfunções na biossíntese e metabolismo de fosfolipídios. Estes se mostram bastante marcantes nos distúrbios relacionados às mitocôndrias.

Uma rede lipídica eficiente é necessária na mitocôndria. Os fosfolipídios cardiolipina, ácido fosfatídico, fosfatidilglicerol e fosfatidiletanolamina desempenham um papel crucial na manutenção da membrana da mitocôndria. Mutações de genes que afetam esses processos às vezes levam a doenças genéticas.

Na doença mitocondrial ligada ao X, síndrome de Barth (BTHS), as condições incluem fraqueza dos músculos esqueléticos, redução crescimento, fadiga, atraso motor, cardiomiopatia, neutropenia e acidúria 3-metilglutacônica, um fator potencialmente fatal doença. Esses pacientes apresentam mitocôndrias defeituosas, que possuem quantidades diminuídas do fosfolipídeo CL.

A cardiomiopatia dilatada com ataxia (DCMA) se apresenta com cardiomiopatia dilatada de início precoce, ataxia do cérebro que não é progressivo (mas que resulta em atrasos motores), falha de crescimento e outras condições. Esta doença resulta de problemas funcionais com um gene que auxilia na regulação da remodelação CL e biogênese da proteína mitocondrial.

A síndrome MEGDEL se apresenta como um transtorno autossômico recessivo com encefalopatia, uma certa forma de surdez, atrasos motores e de desenvolvimento e outras condições. No gene afetado, o fosfolipídeo precursor de CL, PG, possui uma cadeia de acila alterada, que por sua vez altera o CL. Além disso, os defeitos do gene reduzem os níveis do fosfolipídeo BMP. Como o BMP regula a regulação e o tráfico do colesterol, sua redução leva ao acúmulo de colesterol não esterificado.

À medida que os pesquisadores aprendem mais sobre as funções dos fosfolipídios e sua importância, espera-se que novas terapias possam ser feitas para tratar doenças que resultam de sua disfunção.

A biocompatibilidade dos fosfolipídios os torna candidatos ideais para sistemas de distribuição de drogas. Sua construção anfifílica (contendo componentes que adoram e odeiam água) ajuda na automontagem e na construção de estruturas maiores. Os fosfolipídios freqüentemente formam lipossomas que podem transportar drogas. Os fosfolipídios também atuam como bons emulsionantes. As empresas farmacêuticas podem escolher fosfolipídios de ovos, soja ou fosfolipídios construídos artificialmente para auxiliar na entrega de medicamentos. Os fosfolipídios artificiais podem ser feitos a partir de glicerofosfolipídios alterando os grupos da cabeça ou cauda, ​​ou ambos. Esses fosfolipídios sintéticos são mais estáveis ​​e mais puros do que os fosfolipídios naturais, mas seu custo tende a ser mais alto. A quantidade de ácidos graxos nos fosfolipídios naturais ou sintéticos afetará sua eficiência de encapsulação.

Os fosfolipídios podem formar lipossomas, vesículas especiais que podem se adequar melhor à estrutura da membrana celular. Estes lipossomas servem então como transportadores de fármacos para fármacos hidrofílicos ou lipofílicos, fármacos de libertação controlada e outros agentes. Os lipossomas feitos de fosfolipídios são freqüentemente usados ​​em medicamentos contra o câncer, terapia genética e vacinas. Os lipossomas podem ser feitos para serem altamente específicos para a entrega de drogas, tornando-os semelhantes à membrana celular que precisam ser atravessados. O conteúdo de fosfolipídios dos lipossomas pode ser alterado com base no local da doença-alvo.

As propriedades emulsificantes dos fosfolipídios os tornam ideais para emulsões de injeção intravenosa. Emulsões de gema de ovo e fosfolipídios de soja são freqüentemente utilizadas para esse propósito.

Se os medicamentos têm baixa biodisponibilidade, às vezes os flavonóides naturais podem ser usados ​​para formar complexos com os fosfolipídios, auxiliando na absorção do medicamento. Esses complexos tendem a produzir drogas estáveis ​​com ação mais longa.

À medida que a pesquisa contínua produz mais informações sobre os fosfolipídios cada vez mais úteis, a ciência beneficiar-se do conhecimento para entender melhor os processos celulares e torná-los mais altamente direcionados medicação.