Каковы основные функции фосфолипидов?

Фосфолипиды преобладают в клетках бактерий и эукариот. Это молекулы, состоящие из фосфатной головки и липидного хвоста. Голова считается водолюбивой или гидрофильной, а хвост гидрофобной или водоотталкивающей. Поэтому фосфолипиды называют амфифильными. Из-за этой двойной природы фосфолипидов многие типы фосфолипидов располагаются в двух слоях в водянистой среде. Это называется бислоем фосфолипидов. Синтез фосфолипидов происходит в основном в эндоплазматическом ретикулуме. Другие области биосинтеза включают аппарат Гольджи и митохондрии. Фосфолипиды по-разному действуют внутри клеток.

TL; DR (слишком длинный; Не читал)

Фосфолипиды - это молекулы с гидрофильными фосфатными головками и гидрофобными липидными хвостами. Они включают клеточные мембраны, регулируют определенные клеточные процессы и обладают как стабилизирующими, так и динамическими качествами, которые могут помочь в доставке лекарств.

Фосфолипиды создают барьеры в клеточных мембранах для защиты клетки, и они создают барьеры для органелл внутри этих клеток. Фосфолипиды обеспечивают проход различных веществ через мембраны. Мембранные белки исследуют фосфолипидный бислой; они реагируют на клеточные сигналы или действуют как ферменты или механизмы транспортировки клеточной мембраны. Двухслойный фосфолипид легко позволяет незаменимым молекулам, таким как вода, кислород и углекислый газ, проникать внутрь. пересекают мембрану, но очень большие молекулы не могут проникнуть в клетку таким образом или могут быть не в состоянии все. С такой комбинацией фосфолипидов и белков клетка считается избирательно проницаемой, позволяя свободно проникать только одним веществам, а другим - посредством более сложных взаимодействий.

Фосфолипиды обеспечивают структуру клеточных мембран, которые, в свою очередь, поддерживают организацию органелл и разделены для более эффективной работы, но эта структура также способствует гибкости мембран и текучесть. Некоторые фосфолипиды вызывают отрицательную кривизну мембраны, в то время как другие вызывают положительную кривизну, в зависимости от их состава. Белки также способствуют искривлению мембраны. Фосфолипиды также могут перемещаться через мембраны, часто с помощью специальных белков, таких как флиппазы, флоппазы и скрамблазы. Фосфолипиды также вносят вклад в поверхностный заряд мембран. Таким образом, хотя фосфолипиды способствуют стабильности, их слиянию и делению, они также помогают в транспортировке материалов и сигналов. Таким образом, фосфолипиды делают мембраны очень динамичными, а не простыми двухслойными барьерами. И хотя фосфолипиды вносят больший, чем первоначально предполагалось, вклад в различные процессы, они остаются стабилизаторами клеточных мембран у разных видов.

С помощью более совершенных технологий ученые могут визуализировать некоторые фосфолипиды в живых клетках с помощью флуоресцентных зондов. Другие методы выяснения функциональности фосфолипидов включают использование видов с нокаутом (таких как мыши), которые обладают сверхэкспрессированными ферментами, модифицирующими липиды. Это помогает понять больше функций фосфолипидов.

Помимо образования бислоев, фосфолипиды играют активную роль. Фосфолипиды поддерживают градиент химических и электрических процессов, чтобы гарантировать выживание клеток. Они также необходимы для регулирования экзоцитоза, хемотаксиса и цитокинеза. Некоторые фосфолипиды играют роль в фагоцитозе, работая, чтобы окружать частицы с образованием фагосом. Фосфолипиды также способствуют эндоцитозу, то есть образованию вакуолей. Процесс влечет за собой связывание мембраны вокруг частиц, растяжение и, наконец, разрыв. Полученные эндосомы и фагосомы, в свою очередь, обладают собственными липидными бислоями.

Фосфолипиды регулируют клеточные процессы, связанные с ростом, синаптической передачей и иммунным надзором.

Другая функция фосфолипидов - сборка циркулирующих липопротеинов. Эти белки играют важную роль в транспортировке липофильных триглицеридов и холестерина в крови.

Фосфолипиды также действуют как эмульгаторы в организме, например, когда они смешиваются с холестерином и желчной кислотой в желчном пузыре для образования мицелл для абсорбции жирных веществ. Фосфолипиды также играют роль смачивания поверхностей, таких как суставы, альвеолы ​​и другие части тела, требующие плавного движения.

Фосфолипиды у эукариот образуются в митохондриях, эндосомах и эндоплазматическом ретикулуме (ER). Большинство фосфолипидов вырабатываются в эндоплазматическом ретикулуме. В ER фосфолипиды используются для невезикулярного транспорта липидов между ER и другими органеллами. В митохондриях фосфолипиды играют многочисленные роли в клеточном гомеостазе и функционировании митохондрий.

Фосфолипиды, которые не образуют бислоев, способствуют слиянию и изгибу мембран.

Наиболее распространенными фосфолипидами у эукариот являются глицерофосфолипиды, которые имеют глицериновую основу. У них есть головная группа, гидрофобные боковые цепи и алифатические цепи. Головная группа этих фосфолипидов может различаться по химическому составу, что приводит к разнообразным разновидностям фосфолипидов. Структура этих фосфолипидов варьируется от цилиндрической до конической и обратно-конической, и поэтому их функциональность различается. Они работают с холестерином и сфинголипидами, способствуя эндоцитозу, они составляют липопротеины, используются в качестве поверхностно-активных веществ и являются главными компонентами клеточных мембран.

Фосфатидная кислота (PA), также называемая фосфатидатом, содержит лишь небольшой процент фосфолипидов в клетках. Это самый основной фосфолипид, который служит предшественником других глицерофосфолипидов. Он имеет коническую форму и может привести к искривлению мембран. PA способствует слиянию и делению митохондрий и важен для метаболизма липидов. Он связывается с белком Rac, связанным с хемотаксисом. Также считается, что он взаимодействует со многими другими белками из-за своей анионной природы.

Фосфатидилхолин (PC) - это самый распространенный фосфолипид, составляющий до 55 процентов от общего количества липидов. PC представляет собой ион, известный как цвиттерион, имеет цилиндрическую форму и известен тем, что он формирует бислои. ПК служит компонентным субстратом для выработки ацетилхолина, важнейшего нейромедиатора. PC может превращаться в другие липиды, такие как сфингомиелины. ПК также выполняет роль сурфактанта в легких и является компонентом желчи. Его основная роль заключается в стабилизации мембраны.

Фосфатидилэтаноламин (ПЭ) также довольно распространен, но имеет несколько коническую форму и не склонен к образованию бислоев. Он состоит из 25 процентов фосфолипидов. Он богат внутренней мембраной митохондрий и может вырабатываться митохондриями. PE имеет относительно меньшую головную группу по сравнению с PC. PE известен макроавтофагией и способствует слиянию мембран.

Кардиолипин (CL) представляет собой димер фосфолипидов в форме конуса и является основным недвислойным фосфолипидом, обнаруженным в митохондриях, которые являются единственными органеллами, производящими CL. Кардиолипин находится в основном на внутренней митохондриальной мембране и влияет на активность белка в митохондриях. Этот богатый жирными кислотами фосфолипид необходим для функционирования комплексов митохондриальной дыхательной цепи. ХЛ составляет значительную часть сердечных тканей и содержится в клетках и тканях, которым требуется большая энергия. CL работает, чтобы привлечь протоны к ферменту, называемому АТФ-синтазой. CL также помогает сигнализировать о гибели клеток в результате апоптоза.

Фосфатидилинозит (PI) составляет до 15 процентов фосфолипидов, обнаруженных в клетках. PI содержится во многих органеллах, и его головная группа может претерпевать обратимые изменения. ИП работает как предшественник, который помогает в передаче сообщений в нервной системе, а также в мембранном переносе и нацеливании на белок.

Фосфатидилсерин (PS) составляет до 10 процентов фосфолипидов в клетках. PS играет важную роль в передаче сигналов внутри и вне клеток. PS помогает нервным клеткам функционировать и регулирует проведение нервных импульсов. Особенности ФС в апоптозе (спонтанной гибели клеток). PS также включает мембраны тромбоцитов и, следовательно, играет роль в свертывании.

Фосфатидилглицерин (PG) является предшественником бис (моноацилглицеро) фосфата или BMP, который присутствует во многих клетках и потенциально необходим для транспортировки холестерина. BMP находится в основном в клетках млекопитающих, где он составляет примерно 1 процент фосфолипидов. BMP вырабатывается в основном в мультивезикулярных телах и, как полагают, вызывает отрастание внутренней мембраны.

Сфингомиелин (SM) - еще одна форма фосфолипидов. SM важны для состава мембран клеток животных. В то время как основу глицерофосфолипидов составляет глицерин, основой сфингомиелинов является сфингозин. Двухслойные фосфолипиды SM по-разному реагируют на холестерин и более сильно сжаты, но имеют пониженную проницаемость для воды. SM включает липидные рафты, стабильные нанодомены в мембранах, которые важны для сортировки мембран, передачи сигналов и транспорта белков.

Дисфункция фосфолипидов приводит к ряду заболеваний, таких как периферическая невропатия Шарко-Мари-Тута, синдром Скотта и аномальный катаболизм липидов, который связан с несколькими опухолями.

Генетические нарушения, вызванные мутациями генов, могут привести к дисфункциям биосинтеза и метаболизма фосфолипидов. Они оказываются весьма выраженными при нарушениях, связанных с митохондриями.

В митохондриях необходима эффективная липидная сеть. Фосфолипиды кардиолипин, фосфатидная кислота, фосфатидилглицерин и фосфатидилэтаноламин играют решающую роль в поддержании мембраны митохондрий. Мутации генов, влияющих на эти процессы, иногда приводят к генетическим заболеваниям.

При синдроме Барта митохондриальной Х-сцепленной болезни (BTHS) состояния включают слабость скелетных мышц, снижение рост, утомляемость, задержка моторики, кардиомиопатия, нейтропения и 3-метилглутаконовая ацидурия, потенциально смертельные болезнь. У этих пациентов обнаруживаются дефектные митохондрии, которые обладают пониженным содержанием фосфолипидного ХЛ.

Дилатационная кардиомиопатия с атаксией (DCMA) проявляется ранним началом дилатационной кардиомиопатии, атаксией головной мозг, который не прогрессирует (но приводит к задержке моторики), нарушение роста и другие состояния. Это заболевание возникает из-за функциональных проблем с геном, который помогает регулировать ремоделирование ХЛ и биогенез митохондриальных белков.

Синдром MEGDEL представляет собой аутосомно-рецессивное заболевание с энцефалопатией, определенной формой глухоты, задержкой моторики и развития и другими состояниями. В пораженном гене фосфолипид-предшественник CL, PG, обладает измененной ацильной цепью, которая, в свою очередь, изменяет CL. Кроме того, дефекты гена снижают уровни фосфолипида BMP. Поскольку BMP регулирует регуляцию и транспорт холестерина, его снижение приводит к накоплению неэтерифицированного холестерина.

По мере того как исследователи узнают больше о роли фосфолипидов и их важности, есть надежда, что можно будет разработать новые методы лечения заболеваний, являющихся результатом их дисфункции.

Биосовместимость фосфолипидов делает их идеальными кандидатами для систем доставки лекарств. Их амфифильные (содержащие как водолюбивые, так и ненавидящие воду компоненты) конструкция помогает при самостоятельной сборке и создании более крупных структур. Фосфолипиды часто образуют липосомы, которые могут нести лекарства. Фосфолипиды также служат хорошими эмульгаторами. Фармацевтические компании могут выбирать фосфолипиды из яиц, соевых бобов или искусственно созданных фосфолипидов для доставки лекарств. Искусственные фосфолипиды могут быть получены из глицерофосфолипидов путем изменения головной или хвостовой групп или обеих групп. Эти синтетические фосфолипиды более стабильны и более чисты, чем природные фосфолипиды, но их стоимость обычно выше. Количество жирных кислот в природных или синтетических фосфолипидах влияет на их эффективность инкапсуляции.

Фосфолипиды могут образовывать липосомы, особые везикулы, которые могут лучше соответствовать структуре клеточной мембраны. Эти липосомы затем служат в качестве носителей для гидрофильных или липофильных лекарств, лекарств с контролируемым высвобождением и других агентов. Липосомы из фосфолипидов часто используются в противораковых препаратах, генной терапии и вакцинах. Липосомы можно сделать высокоспецифичными для доставки лекарств, сделав их похожими на клеточную мембрану, которую они должны пересечь. Содержание фосфолипидов в липосомах может быть изменено в зависимости от локализации целевого заболевания.

Эмульгирующие свойства фосфолипидов делают их идеальными для эмульсий для внутривенных инъекций. Для этой цели часто используются эмульсии яичного желтка и фосфолипидов сои.

Если у лекарств низкая биодоступность, иногда можно использовать натуральные флавоноиды для образования комплексов с фосфолипидами, способствующих всасыванию лекарства. Эти комплексы имеют тенденцию давать стабильные препараты с более длительным действием.

По мере того, как продолжающиеся исследования дают больше информации о все более полезных фосфолипидах, наука будет извлекать пользу из знаний, чтобы лучше понимать клеточные процессы и делать более целенаправленные лекарства.