Які основні функції фосфоліпідів?

Фосфоліпіди поширені в клітинах бактерій та еукаріотів. Вони являють собою молекули, виготовлені з фосфатної головки та ліпідного хвоста. Голова вважається водолюбною або гідрофільною, тоді як хвіст гідрофобний або відлякує воду. Тому фосфоліпіди називають амфіфільними. Через цю подвійну природу фосфоліпідів багато типів розташовуються у два шари у водному середовищі. Це називається фосфоліпідним бішаром. Синтез фосфоліпідів відбувається переважно в ендоплазматичній сітці. Інші області біосинтезу включають апарат Гольджі та мітохондрії. Фосфоліпіди по-різному функціонують всередині клітин.

TL; DR (занадто довгий; Не читав)

Фосфоліпіди - це молекули з гідрофільними фосфатними головками та гідрофобними ліпідними хвостами. Вони містять клітинні мембрани, регулюють певні клітинні процеси та мають як стабілізуючі, так і динамічні якості, які можуть сприяти доставці ліків.

Фосфоліпіди забезпечують бар’єри в клітинних мембранах для захисту клітини і створюють бар’єри для органел всередині цих клітин. Фосфоліпіди працюють, забезпечуючи шляхи для різних речовин через мембрани. Мембранні білки закріплюють фосфоліпідний бішар; вони реагують на клітинні сигнали або діють як ферменти або транспортні механізми для клітинної мембрани. Двошаровий фосфоліпід легко пропускає такі важливі молекули, як вода, кисень і вуглекислий газ перетинають мембрану, але дуже великі молекули не можуть потрапити в клітину таким чином або, можливо, не можуть всі. За такої комбінації фосфоліпідів і білків клітина, як кажуть, є селективно проникною, пропускаючи лише деякі речовини вільно, а інші через більш складні взаємодії.

Фосфоліпіди забезпечують структуру клітинних мембран, які, в свою чергу, підтримують органели і організовані розділений для ефективнішої роботи, але ця структура також сприяє гнучкості мембран і плинність. Деякі фосфоліпіди спричиняють негативну кривизну мембрани, тоді як інші викликають позитивну кривизну, залежно від їх складу. Білки також сприяють викривленню мембрани. Фосфоліпіди також можуть транслокуватися через мембрани, часто за допомогою спеціальних білків, таких як фліппази, флоппази та скрамблази. Фосфоліпіди також сприяють поверхневому заряду мембран. Отже, хоча фосфоліпіди сприяють стабільності, їх зростанню та розподілу, вони також допомагають у транспортуванні матеріалів та сигналів. Тому фосфоліпіди роблять мембрани високодинамічними, а не простими двошаровими бар'єрами. І хоча фосфоліпіди вносять більше, ніж спочатку думали, у різні процеси, вони залишаються стабілізаторами клітинних мембран у різних видів.

Завдяки вдосконаленим технологіям вчені можуть візуалізувати деякі фосфоліпіди в живих клітинах за допомогою флуоресцентних зондів. Інші методи для з'ясування функціональності фосфоліпідів включають використання нокаутуючих видів (таких як миші), які мають надмірно виражені ліпід-модифікуючі ферменти. Це допомагає зрозуміти більше функцій фосфоліпідів.

Фосфоліпіди беруть активну роль, крім формування двошарів. Фосфоліпіди підтримують градієнт хімічних та електричних процесів, щоб забезпечити виживання клітин. Вони також необхідні для регулювання екзоцитозу, хемотаксису та цитокінезу. Деякі фосфоліпіди відіграють певну роль у фагоцитозі, працюючи навколо частинок, утворюючи фагосоми. Фосфоліпіди також сприяють ендоцитозу, тобто утворенню вакуолей. Процес передбачає зв’язування мембрани навколо частинок, розширення і, нарешті, розщеплення. Отримані в результаті ендосоми та фагосоми, у свою чергу, мають власні ліпідні бішари.

Фосфоліпіди регулюють клітинні процеси, пов’язані з ростом, синаптичною передачею та імунним наглядом.

Ще однією функцією фосфоліпідів є складання циркулюючих ліпопротеїдів. Ці білки відіграють важливу роль транспорту ліпофільних тригліцеридів та холестеринів у крові.

Фосфоліпіди також працюють як емульгатори в організмі, наприклад, коли вони змішуються з холестеролами та жовчною кислотою в жовчному міхурі, щоб створити міцели для всмоктування жирових речовин. Фосфоліпіди також відіграють роль змочування поверхонь для таких речей, як суглоби, альвеоли та інші частини тіла, що вимагають плавного руху.

Фосфоліпіди в еукаріотів утворюються в мітохондріях, ендосомах та ендоплазматичній сітці (ER). Більшість фосфоліпідів утворюються в ендоплазматичній сітці. У ER фосфоліпіди використовуються для невезикулярного транспорту ліпідів між ER та іншими органелами. У мітохондріях фосфоліпіди відіграють численні ролі клітинного гомеостазу та функціонування мітохондрій.

Фосфоліпіди, які не утворюють двошарів, допомагають злиття та згинання мембран.

Найпоширенішими фосфоліпідами в еукаріотів є гліцерофосфоліпіди, які мають гліцеринову основу. Вони мають головну групу, гідрофобні бічні ланцюги та аліфатичні ланцюги. Основна група цих фосфоліпідів може відрізнятися за хімічним складом, що призводить до різноманітних різновидів фосфоліпідів. Структура цих фосфоліпідів варіюється від циліндричної до конічної до оберненоконічної, і як така їх функціональність відрізняється. Вони працюють з холестерином та сфінголіпідами, щоб допомогти ендоцитозу, вони складають ліпопротеїни, використовуються як поверхнево-активні речовини та є головними компонентами клітинних мембран.

Фосфатидова кислота (ПА), яку також називають фосфатидат, містить лише невеликий відсоток фосфоліпідів у клітинах. Це найосновніший фосфоліпід і служить попередником інших гліцерофосфоліпідів. Він має конічну форму і може призвести до викривлення мембран. ПА сприяє зрощенню та розподілу мітохондрій і має важливе значення для метаболізму ліпідів. Він зв’язується з білком Rac, пов’язаним із хемотаксисом. Вважається, що він також взаємодіє з багатьма іншими білками через його аніонну природу.

Фосфатидилхолін (ПК) є найбільшим фосфоліпідом, який становить до 55 відсотків від загальної кількості ліпідів. ПК - це іон, відомий як цвіттеріон, має форму циліндра і відомий утворенням двошарів. ПК служить компонентним субстратом для утворення ацетилхоліну, важливого нейромедіатора. ПК може бути перетворений в інші ліпіди, такі як сфінгомієлін. ПК також служить сурфактантом у легенях і є компонентом жовчі. Його загальна роль полягає в стабілізації мембрани.

Фосфатидилетаноламіну (PE) також досить багато, але він дещо конічний і не має тенденції утворювати двошари. Він містить до 25 відсотків фосфоліпідів. Він рясний у внутрішній мембрані мітохондрій, і його можуть утворювати мітохондрії. PE має порівняно меншу групу голів порівняно з ПК. PE відомий своєю макроавтофагією та допоміжними засобами при злитті мембран.

Кардіоліпін (CL) є конусоподібним фосфоліпідним димером і є головним нешаровим фосфоліпідом, виявленим у мітохондріях, які є єдиними органелами, що утворюють CL. Кардіоліпін міститься головним чином у внутрішній мітохондріальній мембрані та впливає на активність білка в мітохондріях. Цей багатий жирними кислотами фосфоліпід необхідний для функціонування комплексів дихальних ланцюгів мітохондрій. ХЛ складає значну кількість серцевих тканин і міститься в клітинах і тканинах, які потребують високої енергії. CL працює над залученням протонів до ферменту, який називається АТФ-синтаза. CL також допомагає сигналізувати про загибель клітин шляхом апоптозу.

Фосфатидилінозитол (ФІ) становить близько 15 відсотків фосфоліпідів, що знаходяться в клітинах. ІП міститься в численних органелах, і його голова може зазнати оборотних змін. PI працює як попередник, який допомагає у передачі повідомлень у нервовій системі, а також при обороті мембран та націлюванні на білки.

Фосфатидилсерин (PS) містить до 10 відсотків фосфоліпідів у клітинах. PS відіграє значну роль у сигналізації всередині і зовні клітин. PS допомагає нервовим клітинам функціонувати та регулює провідність нервових імпульсів. Особливості PS в апоптозі (спонтанна загибель клітин). PS також включає мембрани тромбоцитів і тому відіграє роль у згортанні крові.

Фосфатидилгліцерин (PG) є попередником біс (моноацилгліцеро) фосфату або BMP, який присутній у багатьох клітинах і потенційно необхідний для транспортування холестерину. BMP міститься головним чином у клітинах ссавців, де він становить приблизно 1 відсоток фосфоліпідів. BMP виробляється головним чином у багатозалежних тілах і, як вважають, викликає внутрішнє мембранне брунькування.

Сфінгомієлін (SM) - це ще одна форма фосфоліпідів. СМ важливі для складу мембран клітин тварин. Тоді як хребтом гліцерофосфоліпідів є гліцерин, скелетом сфінгомієлінів є сфінгозин. Двошарові фосфоліпіди SM по-різному реагують на холестерин, і вони більш стиснені, але мають проникність для води. SM включає ліпідні плоти, стабільні нанодомени в мембранах, які важливі для сортування мембран, передачі сигналу та транспорту білків.

Дисфункція фосфоліпідів призводить до ряду порушень, таких як периферична нейропатія Шарко-Марі-Зуба, синдром Скотта та патологічний катаболізм ліпідів, який пов'язаний з кількома пухлинами.

Генетичні порушення, спричинені генними мутаціями, можуть призвести до дисфункцій біосинтезу та метаболізму фосфоліпідів. Вони виявляються досить помітними при розладах, пов’язаних з мітохондріями.

У мітохондріях необхідна ефективна ліпідна мережа. Фосфоліпіди кардіоліпін, фосфатидна кислота, фосфатидилгліцерин та фосфатидилетаноламін відіграють вирішальну роль у підтримці мембрани мітохондрій. Мутації генів, які впливають на ці процеси, іноді призводять до генетичних захворювань.

При мітохондріальному Х-зчепленому захворюванні синдромі Барта (BTHS) захворювання включають слабкість скелетних м’язів, зниження ріст, втома, рухова затримка, кардіоміопатія, нейтропенія та 3-метилглутаконова ацидурія, потенційно смертельні захворювання. У цих пацієнтів виявляються дефектні мітохондрії, які мають зменшену кількість фосфоліпіду CL.

Розширена кардіоміопатія з атаксією (DCMA) проявляється з ранньою дилатаційною кардіоміопатією, атаксією головний мозок, який не є прогресивним (але що призводить до затримки руху), відмова від росту та інші умови. Ця хвороба виникає внаслідок функціональних проблем із геном, який допомагає регулювати ремоделювання CL та біогенез білка мітохондрій.

Синдром MEGDEL представляється як аутосомно-рецесивний розлад з енцефалопатією, певною формою глухоти, затримкою руху та розвитку та іншими станами. У ураженому гені фосфоліпід-попередник CL, PG, має змінений ацильний ланцюг, який, у свою чергу, змінює CL. Крім того, дефекти генів знижують рівень фосфоліпідного BMP. Оскільки BMP регулює регулювання холестерину та його торгівлю, його зменшення призводить до накопичення нестерифікованого холестерину.

Оскільки дослідники дізнаються більше про роль фосфоліпідів та їх значення, можна сподіватися, що можна буде проводити нові методи лікування для захворювань, які є наслідком їх дисфункції.

Біосумісність фосфоліпідів робить їх ідеальними кандидатами для систем доставки ліків. Їх амфіфільні (що містять як водолюбні, так і ненависні компоненти) конструкції допомагають самостійно збирати та робити більші конструкції. Фосфоліпіди часто утворюють ліпосоми, які можуть переносити наркотики. Фосфоліпіди також служать хорошими емульгаторами. Фармацевтичні компанії можуть вибирати фосфоліпіди з яєць, сої або штучно сконструйованих фосфоліпідів для сприяння доставці ліків. Штучні фосфоліпіди можуть бути виготовлені з гліцерофосфоліпідів, змінюючи групи голови або хвоста, або обидва. Ці синтетичні фосфоліпіди є більш стабільними та більш чистими, ніж природні фосфоліпіди, але їх вартість, як правило, вища. Кількість жирних кислот у природних або синтетичних фосфоліпідах впливатиме на ефективність їх інкапсуляції.

Фосфоліпіди можуть утворювати ліпосоми, спеціальні везикули, які можуть краще відповідати структурі клітинної мембрани. Потім ці ліпосоми служать носіями ліків як для гідрофільних, так і для ліпофільних препаратів, ліків з контрольованим вивільненням та інших агентів. Ліпосоми, виготовлені з фосфоліпідів, часто використовуються в протипухлинних препаратах, генній терапії та вакцинах. Ліпосоми можна зробити дуже специфічними для доставки ліків, зробивши їх схожими на клітинну мембрану, яку їм потрібно пройти. Вміст фосфоліпідів у ліпосомах може бути змінений залежно від місця цільового захворювання.

Емульгуючі властивості фосфоліпідів роблять їх ідеальними для внутрішньовенних ін’єкційних емульсій. Для цього часто використовують яєчний жовток та фосфоліпідні емульсії сої.

Якщо ліки мають низьку біодоступність, іноді природні флавоноїди можна використовувати для утворення комплексів з фосфоліпідами, що сприяє абсорбції ліків. Ці комплекси, як правило, дають стабільні ліки з більш тривалою дією.

Оскільки подальші дослідження дадуть більше інформації про все більш корисні фосфоліпіди, наука буде скористайтеся знаннями для кращого розуміння клітинних процесів та підвищення цілеспрямованості препарати.