CARDIOLIPIN: CẤU TRÚC, TỔNG HỢP, CHỨC NĂNG - SINH HỌC - 2025

Các cardiolipin, còn được gọi là diphosphatidylglycerol, là một gia đình glicerofosfolípidos lipid và nhóm của poliglicerofosfolípidos. Nó được tìm thấy trong màng ti thể của sinh vật nhân thực, trong màng sinh chất của nhiều vi khuẩn và cả ở một số vi khuẩn cổ.

Nó được phát hiện bởi Pangborn vào năm 1942 từ việc phân tích màng lipid của mô tim của một con bò. Cấu trúc của nó được đề xuất vào năm 1956 và quá trình tổng hợp hóa học diễn ra khoảng 10 năm sau đó.

Cấu trúc của Cardiolipin (Nguồn: Edgar181 qua Wikimedia Commons)

Một số tác giả cho rằng sự hiện diện của nó bị hạn chế đối với các màng sản xuất ATP, chẳng hạn như trong trường hợp của ti thể ở sinh vật nhân chuẩn, màng sinh chất ở vi khuẩn và hydrogensomes (bào quan giống như ty thể) ở một số nguyên sinh chất.

Thực tế là cardiolipin được tìm thấy trong ti thể và trong màng sinh chất của vi khuẩn đã được sử dụng để củng cố cơ sở của thuyết nội cộng sinh, trong đó nói rằng ti thể hình thành trong tế bào tiền thân của sinh vật nhân chuẩn bằng cách thực bào của vi khuẩn, thì nó trở nên phụ thuộc vào ô và ngược lại.

Con đường sinh tổng hợp của nó ở động vật được mô tả từ năm 1970 đến năm 1972 và sau đó người ta chỉ ra rằng nó là con đường tương tự xảy ra ở thực vật, nấm men, nấm và động vật không xương sống. Nó không phải là một loại lipid quá dồi dào, nhưng các tế bào yêu cầu nó hoạt động bình thường.

Tầm quan trọng của phospholipid này đối với ty thể và do đó, đối với sự trao đổi chất của tế bào, được thể hiện rõ khi sự trục trặc của các con đường trao đổi chất liên quan đến nó tạo ra một bệnh lý ở người được gọi là hội chứng Barth (bệnh cơ tim-xương).

Kết cấu

Cardiolipin hoặc diphosphatidylglycerol được tạo thành từ hai phân tử axit phosphatidic (phospholipid đơn giản nhất) liên kết với nhau thông qua một phân tử glycerol.

Axit photphatidic, một trong những chất trung gian phổ biến trong con đường sinh tổng hợp của các photpholipit khác, bao gồm một phân tử 3-photphat glyxerol, mà hai chuỗi axit béo được este hóa ở vị trí của nguyên tử 1 và 2, vì vậy nó còn được gọi là 1,2-diacylglycerol 3-phosphate.

Do đó, cardiolipin được cấu tạo bởi ba phân tử glycerol: một glycerol trung tâm, gắn với một nhóm phosphate ở carbon 1, một nhóm phosphate khác ở carbon 3, và một nhóm hydroxyl ở carbon 2; và hai glixerol "bên".

Hai phân tử glycerol "bên" được gắn vào phân tử trung tâm bằng "cầu glycerol" thông qua các nguyên tử của chúng ở vị trí 3. Tại các nguyên tử ở vị trí 1 và 2, hai chuỗi axit béo có độ dài và độ no được este hóa. Biến đổi.

Cardiolipin là một lipid có thể có hoặc không tạo thành hai lớp, tùy thuộc vào sự hiện diện hoặc không có của các cation hóa trị hai. Điều này liên quan đến thực tế là nó là một phân tử đối xứng, điều này làm cho nó quan trọng trong các màng chịu trách nhiệm cho các quá trình truyền năng lượng.

Giống như các lipid khác của nhóm polyglycerophospholipid, cardiolipin có một số nhóm hydroxyl có thể phục vụ cho việc liên kết các axit béo. Do đó, nó có nhiều đồng phân lập thể vị trí.

Axit béo của bạn

Các nghiên cứu khác nhau đã xác định rằng các axit béo gắn vào các phân tử glycerol bên của cardiolipin thường không bão hòa, nhưng mức độ không bão hòa vẫn chưa được xác định.

Vì vậy, các axit béo như vậy có thể có chiều dài 14-22 nguyên tử cacbon và 0-6 liên kết đôi. Điều này và thực tế là cardiolipin có bốn phân tử axit béo được liên kết, ngụ ý rằng có thể có nhiều biến số và sự kết hợp của phospholipid này.

Tổng hợp

Sinh tổng hợp cardiolipin, như dự kiến, bắt đầu bằng việc tổng hợp axit phosphatidic hoặc 1,2-diacylglycerol 3-phosphate từ glycerol 3-phosphate và các axit béo. Quá trình này xảy ra trong ti thể của sinh vật nhân thực và trong màng sinh chất của vi khuẩn.

Tổng hợp ở sinh vật nhân chuẩn

Sau khi được hình thành, axit phosphatidic phản ứng với một phân tử năng lượng cao tương tự như ATP: CTP. Sau đó, một chất trung gian, cũng có năng lượng cao, được gọi là phosphatidyl-CMP được hình thành. Nhóm phosphatidyl hoạt hóa được chuyển sang nhóm hydroxyl ở vị trí C1 của phân tử glycerol trung tâm đóng vai trò là xương sống.

Quá trình này dẫn đến một phân tử được gọi là phosphatidylglycerophosphat, được thủy phân để tạo ra phosphatidylglycerol. Điều này nhận được một nhóm phosphatidyl khác được kích hoạt từ một phân tử phosphatidyl-CMP khác, một phản ứng được xúc tác bởi một phosphatidyltransferase còn được gọi là tổng hợp cardiolipin.

Enzyme cardiolipin synthase cư trú ở màng trong ty thể và dường như tạo thành một phức hợp lớn, ít nhất là ở nấm men. Gen của nó được biểu hiện với số lượng lớn trong các mô giàu ti thể như tim, gan và cơ xương của động vật có xương sống.

Sự điều hòa hoạt động của nó phụ thuộc một cách rộng rãi vào các yếu tố phiên mã giống nhau và các yếu tố nội tiết điều hòa quá trình sinh học ty thể.

Sau khi được tổng hợp ở màng trong ti thể, cardiolipin phải được chuyển vị trí về phía màng ngoài ty thể để một loạt các quá trình tôpô diễn ra trong màng và các thành phần cấu trúc khác của cùng một nơi được chứa.

Tổng hợp ở sinh vật nhân sơ

Hàm lượng cardiolipin trong vi khuẩn có thể thay đổi rất nhiều và phụ thuộc chủ yếu vào trạng thái sinh lý của tế bào: nó thường ít dồi dào hơn trong giai đoạn tăng trưởng theo cấp số nhân và dồi dào hơn khi có sự giảm sút (ví dụ như trong giai đoạn tĩnh).

Con đường sinh tổng hợp của nó có thể được kích hoạt bởi các kích thích căng thẳng khác nhau như thiếu hụt năng lượng hoặc căng thẳng thẩm thấu.

Cho đến khi hình thành phosphatidylglycerol, quá trình này ở sinh vật nhân thực và sinh vật nhân sơ là tương đương nhau, nhưng ở sinh vật nhân sơ, phosphatidylglycerol nhận được, bằng cách chuyển hóa, một nhóm phosphatidyl từ một phân tử phosphatidylglycerol khác. Phản ứng này được xúc tác bởi một enzym loại D phospholipase còn được gọi là enzym tổng hợp cardiolipin.

Phản ứng này được gọi là phản ứng “transphosphatidyl hóa” (từ tiếng Anh “transphosphatidylation”), trong đó một trong các phosphatidylglycerol đóng vai trò là chất cho nhóm phosphatidyl và chất kia là chất nhận.

Đặc trưng

Các đặc điểm vật lý của phân tử cardiolipin dường như cho phép một số tương tác nhất định đóng vai trò quan trọng trong tổ chức cấu trúc của màng nơi chúng được tìm thấy.

Trong số các chức năng này là sự phân biệt của một số miền màng, tương tác hoặc "giao nhau" với các protein xuyên màng hoặc miền con của chúng, trong số những miền khác.

Nhờ các đặc điểm hóa lý của nó, cardiolipin được công nhận là một lipid không tạo thành lớp kép, nhưng chức năng của nó có thể là ổn định và "chứa" các protein xuyên màng trong lớp kép lipid.

Đặc biệt, đặc tính điện của nó cung cấp cho nó các chức năng trong quá trình chuyển proton diễn ra trong ti thể.

Mặc dù các tế bào có thể tồn tại mà không có phospholipid này, một số nghiên cứu đã xác định rằng nó cần thiết cho hoạt động tối ưu của chúng.

Người giới thiệu

1. Harayama, T., & Riezman, H. (2018). Tìm hiểu sự đa dạng của thành phần lipid màng. Nhận xét Tự nhiên về Sinh học Tế bào Phân tử, 19 (5), 281–296.
2. Luckey, M. (2008). Sinh học cấu trúc màng: với các cơ sở lý hóa và lý sinh. Nhà xuất bản Đại học Cambridge.
3. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Hóa sinh minh họa của Harper (ấn bản thứ 28). McGraw-Hill y tế.
4. van Meer, G., Voelker, DR, & Feigenson, GW (2008). Màng lipid: chúng ở đâu và hoạt động như thế nào. Nhận xét về bản chất, 9, 112-124.
5. Vance, JE và Vance, DE (2008). Hóa sinh của lipid, lipoprotein và màng. Trong Hóa sinh Toàn diện Mới Tập 36 (xuất bản lần thứ 4). Elsevier.