Care sunt funcțiile primare ale fosfolipidelor?

Fosfolipidele sunt răspândite în celulele bacteriilor și eucariotelor. Sunt molecule formate dintr-un cap de fosfat și o coadă lipidică. Capul este considerat iubitor de apă sau hidrofil, în timp ce coada este hidrofobă sau repelentă la apă. Fosfolipidele sunt, prin urmare, numite amfifile. Datorită acestei duble naturi a fosfolipidelor, multe tipuri se dispun în două straturi într-un mediu apos. Aceasta se numește bistrat fosfolipidic. Sinteza fosfolipidelor apare în primul rând în reticulul endoplasmatic. Alte domenii ale biosintezei includ aparatul Golgi și mitocondriile. Fosfolipidele funcționează în diferite moduri în interiorul celulelor.

TL; DR (Prea lung; Nu am citit)

Fosfolipidele sunt molecule cu capete de fosfat hidrofil și cozi lipidice hidrofobe. Acestea cuprind membrane celulare, reglează anumite procese celulare și posedă atât calități stabilizatoare, cât și dinamice care pot ajuta la eliberarea medicamentelor.

Fosfolipidele oferă bariere în membranele celulare pentru a proteja celula și fac bariere pentru organitele din acele celule. Fosfolipidele acționează pentru a oferi căi pentru diferite substanțe de-a lungul membranelor. Proteinele de membrană studiază bistratul fosfolipidic; acestea răspund la semnalele celulare sau acționează ca enzime sau mecanisme de transport pentru membrana celulară. Stratul bifolipidic permite cu ușurință moleculelor esențiale, cum ar fi apa, oxigenul și dioxidul de carbon traversează membrana, dar molecule foarte mari nu pot pătrunde în celulă în acest fel sau s-ar putea să nu poată toate. Cu această combinație de fosfolipide și proteine, se spune că celula este permeabilă selectiv, permițând doar anumite substanțe în mod liber și altele prin interacțiuni mai complexe.

Fosfolipidele asigură structura membranelor celulare, care la rândul lor mențin organele organizate și împărțit pentru a funcționa mai eficient, dar această structură ajută și la flexibilitatea membranelor și fluiditate. Unele fosfolipide vor induce o curbură negativă a unei membrane, în timp ce altele induc o curbură pozitivă, în funcție de machiajul lor. Proteinele contribuie, de asemenea, la curbura membranei. Fosfolipidele se pot transloca și pe membrane, adesea prin proteine ​​speciale, cum ar fi flippazele, floppazele și scramblazele. Fosfolipidele contribuie și la încărcarea de suprafață a membranelor. Deci, în timp ce fosfolipidele contribuie la stabilitate, fuziunea și fisiunea lor, ele ajută și la transportul materialelor și semnalelor. Prin urmare, fosfolipidele fac membranele extrem de dinamice, mai degrabă decât simple bariere bistratificate. Și, în timp ce fosfolipidele contribuie mai mult decât se credea inițial la diferite procese, ele rămân stabilizatorii membranelor celulare între specii.

Cu o tehnologie mai bună, oamenii de știință sunt capabili să vizualizeze unele fosfolipide din celulele vii prin intermediul sondelor fluorescente. Alte metode pentru a elucida funcționalitatea fosfolipidelor includ utilizarea speciilor knockout (cum ar fi șoarecii) care posedă enzime modificatoare de lipide supra-exprimate. Acest lucru ajută la înțelegerea mai multor funcții pentru fosfolipide.

Fosfolipidele iau un rol activ în afară de formarea straturilor bistratice. Fosfolipidele mențin un gradient al proceselor chimice și electrice pentru a asigura supraviețuirea celulelor. De asemenea, sunt esențiale pentru reglarea exocitozei, chimiotaxiei și citokinezei. Unele fosfolipide joacă un rol în fagocitoză, acționând pentru a înconjura particulele pentru a forma fagozomi. Fosfolipidele contribuie, de asemenea, la endocitoza, care este generarea de vacuole. Procesul implică legarea membranei în jurul particulelor, extinderea și în cele din urmă scisiunea. Endosomii și fagozomii rezultați posedă, la rândul lor, propriile lor straturi lipidice.

Fosfolipidele reglează procesele celulare legate de creștere, transmisie sinaptică și supraveghere imună.

O altă funcție a fosfolipidelor este aceea de asamblare a lipoproteinelor circulante. Aceste proteine ​​joacă rolul esențial al transportului trigliceridelor lipofile și colesterolilor din sânge.

Fosfolipidele funcționează, de asemenea, ca emulsifianți în organism, cum ar fi atunci când sunt amestecați cu colesteroli și acid biliar în vezica biliară pentru a produce micele pentru absorbția substanțelor grase. Fosfolipidele joacă, de asemenea, rolul de a uda suprafețele pentru lucruri precum articulațiile, alveolele și alte părți ale corpului care necesită mișcare lină.

Fosfolipidele din eucariote se produc în mitocondrii, endosomi și reticul endoplasmatic (ER). Majoritatea fosfolipidelor se produc în reticulul endoplasmatic. În ER, fosfolipidele sunt utilizate în transportul lipidic nevezicular între ER și alte organite. În mitocondrii, fosfolipidele joacă numeroase roluri pentru homeostazia celulară și funcționarea mitocondrială.

Fosfolipidele care nu formează bistraturi ajută la fuziunea și îndoirea membranei.

Cele mai răspândite fosfolipide din eucariote sunt glicerofosfolipidele, care posedă o coloană vertebrală de glicerol. Au un grup de cap, lanțuri laterale hidrofobe și lanțuri alifatice. Grupul principal al acestor fosfolipide poate varia în compoziția chimică, ducând la diverse varietăți de fosfolipide. Structurile acestor fosfolipide variază de la cilindrice la conice la invers conice și, ca atare, funcționalitatea lor diferă. Lucrează cu colesterolul și sfingolipidele pentru a ajuta la endocitoză, alcătuiesc lipoproteinele, sunt utilizate ca agenți tensioactivi și sunt componentele principale ale membranelor celulare.

Acidul fosfatidic (PA), numit și fosfatidat, cuprinde doar un procent mic de fosfolipide din celule. Este cel mai bazic fosfolipid și servește ca precursor al altor glicerofosfolipide. Are o formă conică și poate duce la curbarea membranelor. PA promovează fuziunea și fisiunea mitocondrială și este esențială pentru metabolismul lipidelor. Se leagă de proteina Rac, asociată cu chimiotaxie. De asemenea, se crede că interacționează cu multe alte proteine ​​datorită naturii sale anionice.

Fosfatidilcolina (PC) este fosfolipidul cu cea mai mare abundență, reprezentând până la 55% din totalul lipidelor. PC-ul este un ion cunoscut sub numele de zwitterion, are o formă de cilindru și este cunoscut pentru formarea straturilor bilaterale. PC servește ca substrat component pentru generarea de acetilcolină, un neurotransmițător crucial. PC-ul poate fi convertit în alte lipide, cum ar fi sfingomieline. PC servește și ca agent tensioactiv în plămâni și este o componentă a bilei. Rolul său general este acela de stabilizare a membranei.

Fosfatidiletanolamina (PE) este, de asemenea, destul de abundentă, dar este oarecum conică și nu are tendința de a forma bistraturi. Cuprinde până la 25% din fosfolipide. Este abundent în membrana interioară a mitocondriilor și poate fi produs de mitocondrii. PE are un grup de cap relativ mai mic în comparație cu PC. PE este cunoscut pentru macroautofagie și ajută la fuziunea membranei.

Cardiolipina (CL) este un dimer fosfolipidic în formă de con și este principalul fosfolipid non-stratificat găsit în mitocondrii, care sunt singurele organite care produc CL. Cardiolipina se găsește în primul rând pe membrana mitocondrială internă și afectează activitatea proteinelor din mitocondrii. Acest fosfolipid bogat în acizi grași este necesar pentru funcționalitatea complexelor lanțului respirator mitocondrial. CL alcătuiește o cantitate semnificativă de țesuturi cardiace și se găsește în celule și țesuturi care necesită energie ridicată. CL acționează pentru a atrage protoni către o enzimă numită ATP sintază. CL ajută, de asemenea, la semnalizarea morții celulare prin apoptoză.

Fosfatidilinozitolul (PI) reprezintă până la 15% din fosfolipidele găsite în celule. PI se găsește în numeroase organite, iar grupul său de cap poate suferi modificări reversibile. PI funcționează ca un precursor care ajută la transmiterea mesajelor în sistemul nervos, precum și la traficul de membrane și la direcționarea proteinelor.

Fosfatidilserina (PS) cuprinde până la 10% din fosfolipide din celule. PS joacă un rol semnificativ în semnalizarea în interiorul și în exteriorul celulelor. PS ajută celulele nervoase să funcționeze și reglează conducerea impulsului nervos. Caracteristicile PS în apoptoză (moarte celulară spontană). PS cuprinde, de asemenea, membrane trombocitare și, prin urmare, joacă un rol în coagulare.

Fosfatidilglicerolul (PG) este un precursor al bis (monoacilglicero) fosfatului sau BMP, care este prezent în multe celule și potențial necesar pentru transportul colesterolului. BMP se găsește în principal în celulele mamiferelor, unde reprezintă aproximativ 1% din fosfolipide. BMP se produce în principal în corpuri multivesiculare și se crede că induce înmugurirea membranei interioare.

Sfingomielina (SM) este o altă formă de fosfolipid. SM sunt importante pentru alcătuirea membranelor celulare animale. În timp ce coloana vertebrală a glicerofosfolipidelor este glicerina, coloana vertebrală a sfingomielinelor este sfingozina. Straturile bilaterale de fosfolipide SM reacționează diferit la colesterol și sunt mai puternic comprimate, dar au o permeabilitate scăzută la apă. SM cuprinde plute lipidice, nanodomenii stabile în membrane care sunt importante pentru sortarea membranelor, transducția semnalului și transportul proteinelor.

Disfuncția fosfolipidică duce la o serie de tulburări, cum ar fi neuropatia periferică Charcot-Marie-Tooth, sindromul Scott și catabolismul lipidic anormal, care este asociat cu mai multe tumori.

Tulburările genetice cauzate de mutații genetice pot duce la disfuncții în biosinteza fosfolipidelor și în metabolism. Acestea se dovedesc a fi destul de marcate în tulburările legate de mitocondrii.

Este necesară o rețea eficientă de lipide în mitocondrii. Fosfolipidele cardiolipină, acidul fosfatidic, fosfatidilglicerolul și fosfatidiletanolamina joacă un rol crucial în menținerea membranei mitocondriilor. Mutațiile genelor care afectează aceste procese duc uneori la boli genetice.

În boala mitocondrială legată de X sindromul Barth (BTHS), condițiile includ slăbiciunea mușchilor scheletici, reducerea creșterea, oboseala, întârzierea motorie, cardiomiopatia, neutropenia și aciduria 3-metilglutaconică, un potențial fatal boală. Acești pacienți prezintă mitocondrii defecte, care posedă cantități reduse de fosfolipid CL.

Cardiomiopatia dilatată cu ataxie (DCMA) prezintă cardiomiopatie dilatată cu debut precoce, ataxia cerebrul care nu este progresiv (dar care are ca rezultat întârzieri motorii), eșec de creștere și alte afecțiuni. Această boală rezultă din probleme funcționale cu o genă care ajută la reglarea remodelării CL și a biogenezei proteinelor mitocondriale.

Sindromul MEGDEL se prezintă ca o tulburare autosomală recesivă cu encefalopatie, o anumită formă de surditate, întârzieri motorii și de dezvoltare și alte afecțiuni. În gena afectată, precursorul fosfolipidului CL, PG, posedă un lanț acilic modificat, care la rândul său modifică CL. În plus, defectele genei reduc nivelurile de fosfolipid BMP. Deoarece BMP reglementează reglarea și traficul colesterolului, reducerea acestuia duce la acumularea de colesterol neesterificat.

Pe măsură ce cercetătorii află mai multe despre rolurile fosfolipidelor și despre importanța acestora, se speră că se pot face noi terapii pentru tratarea bolilor care rezultă din disfuncționalitatea lor.

Biocompatibilitatea fosfolipidelor îi face să fie candidați ideali pentru sistemele de administrare a medicamentelor. Construcția lor amfifilică (care conține atât componente care iubesc apa, cât și care urăște apa) ajută la auto-asamblare și la realizarea unor structuri mai mari. Fosfolipidele formează adesea lipozomi care pot transporta medicamente. Fosfolipidele servesc și ca buni emulgatori. Companiile farmaceutice pot alege fosfolipide din ouă, soia sau fosfolipide construite artificial pentru a ajuta la livrarea medicamentelor. Fosfolipidele artificiale pot fi obținute din glicerofosfolipide prin modificarea grupelor de cap sau coadă sau ambele. Aceste fosfolipide sintetice sunt mai stabile și mai pure decât fosfolipidele naturale, dar costul lor tinde să fie mai mare. Cantitatea de acizi grași din fosfolipide naturale sau sintetice le va afecta eficiența încapsulării.

Fosfolipidele pot produce lipozomi, vezicule speciale care se pot potrivi mai bine cu structura membranei celulare. Acești lipozomi servesc apoi ca purtători de medicamente fie pentru medicamente hidrofile sau lipofile, medicamente cu eliberare controlată și alți agenți. Lipozomii din fosfolipide sunt adesea folosiți în medicamentele împotriva cancerului, terapia genică și vaccinurile. Lipozomii pot fi foarte specifici pentru administrarea medicamentului, făcându-i să semene cu membrana celulară pe care trebuie să o traverseze. Conținutul de fosfolipide al lipozomilor poate fi modificat pe baza locului bolii vizate.

Proprietățile emulsionante ale fosfolipidelor le fac ideale pentru emulsii injectabile intravenos. Emulsiile de gălbenuș de ou și fosfolipide de soia sunt adesea utilizate în acest scop.

Dacă medicamentele au o biodisponibilitate slabă, uneori flavonoidele naturale pot fi utilizate pentru a forma complexe cu fosfolipide, ajutând absorbția medicamentelor. Aceste complexe tind să producă medicamente stabile cu acțiune mai lungă.

Pe măsură ce cercetarea continuă oferă mai multe informații despre fosfolipidele din ce în ce mai utile, știința o va face beneficiați de cunoștințe pentru a înțelege mai bine procesele celulare și pentru a face mai bine direcționate medicamente.