SPHINGOLIPIDS: ĐẶC ĐIỂM, CHỨC NĂNG, NHÓM, TỔNG HỢP - SINH HỌC - 2026

Các sphingolipids là một trong ba gia đình chủ yếu của chất béo trong màng sinh học. Giống như glycerophospholipid và sterol, chúng là các phân tử lưỡng tính có vùng cực ưa nước và vùng cực kỵ nước.

Chúng được mô tả lần đầu tiên vào năm 1884 bởi Johann LW Thudichum, người đã mô tả ba sphingolipid (sphingomyelin, cerebrosides và cerebrosulfatide) thuộc ba lớp khác nhau đã biết: phosphoesphingolipids, glycosphingolipid trung tính và có tính axit.

Alejandro Porto, qua Wikimedia Commons

Không giống như glycerophospholipid, sphingolipid không được xây dựng dựa trên phân tử glycerol 3-phosphate làm xương sống chính, mà là các hợp chất có nguồn gốc từ sphingosine, một rượu amin có chuỗi hydrocacbon dài được liên kết bằng liên kết amit.

Xét về mức độ phức tạp và đa dạng, ít nhất 5 loại cơ sở khác nhau được biết đến đối với sphingolipids ở động vật có vú. Các bazơ này có thể được tham gia bởi hơn 20 loại axit béo khác nhau, với độ dài và mức độ bão hòa khác nhau, ngoài ra có thể xảy ra nhiều biến thể trong các nhóm phân cực.

Màng sinh học có khoảng 20% ​​sphingolipid. Chúng có các chức năng khác nhau và quan trọng trong tế bào, từ cấu trúc đến truyền tín hiệu và kiểm soát các quá trình giao tiếp tế bào khác nhau.

Sự phân bố của các phân tử này khác nhau tùy thuộc vào chức năng của bào quan nơi chúng được tìm thấy, nhưng thông thường nồng độ của sphingolipid ở lớp đơn lớp ngoài của màng sinh chất cao hơn nhiều so với lớp đơn lớp bên trong và các ngăn khác.

Ở người có ít nhất 60 loài sphingolipid. Nhiều người trong số họ là thành phần quan trọng của màng tế bào thần kinh, trong khi những người khác đóng vai trò cấu trúc quan trọng hoặc tham gia vào quá trình truyền tín hiệu, nhận biết, biệt hóa tế bào, sinh bệnh, chết tế bào theo chương trình, trong số những người khác.

E structura

Cấu trúc chung của sphingolipid. LHcheM, từ Wikimedia Commons

Tất cả các sphingolipid đều có nguồn gốc từ L-serine, được ngưng tụ với một axit béo chuỗi dài để tạo thành gốc sphingoid, còn được gọi là gốc chuỗi dài (LCB).

Các bazơ phổ biến nhất là sphinganin và sphingosine, chúng chỉ khác nhau ở chỗ có liên kết đôi trans giữa cacbon 4 và 5 của axit béo sphingosine.

Các cacbon 1, 2 và 3 của sphingosine có cấu trúc tương tự như các cacbon glycerol của glycerophospholipid. Khi một axit béo được gắn vào cacbon 2 của sphingosine thông qua các liên kết amide, ceramide được tạo ra, là một phân tử rất giống với diacylglycerol và đại diện cho sphingolipid đơn giản nhất.

Các axit béo chuỗi dài tạo nên các vùng kỵ nước của các lipid này có thể rất đa dạng. Độ dài thay đổi từ 14 đến 22 nguyên tử cacbon có thể có các mức độ bão hòa khác nhau, thường là giữa nguyên tử cacbon 4 và 5.

Ở vị trí 4 hoặc 6, chúng có thể có nhóm hydroxyl và liên kết đôi ở các vị trí khác hoặc thậm chí các nhánh như nhóm metyl.

nét đặc trưng

Các chuỗi axit béo được liên kết bằng liên kết amide với ceramide thường bão hòa và có xu hướng dài hơn chuỗi axit béo được tìm thấy trong glycerophospholipid, điều này dường như rất quan trọng đối với hoạt động sinh học của chúng.

Một đặc điểm khác biệt của bộ xương sphingolipid là chúng có thể có điện tích dương thuần ở pH trung tính, hiếm gặp trong số các phân tử lipid.

Tuy nhiên, pK a của nhóm amin thấp so với một amin đơn giản, từ 7 đến 8, do đó một phần của phân tử không được tích điện ở pH sinh lý, điều này có thể giải thích sự chuyển động "tự do" của các amin này giữa song sắt.

Sự phân loại truyền thống của sphingolipid phát sinh từ nhiều biến đổi mà phân tử ceramide có thể trải qua, đặc biệt là về sự thay thế của các nhóm đầu phân cực.

Đặc trưng

Sphingolipid rất cần thiết cho động vật, thực vật và nấm, cũng như trong một số sinh vật nhân sơ và vi rút.

-Các chức năng cấu trúc

Sphingolipid điều chỉnh các đặc tính vật lý của màng, bao gồm tính lưu động, độ dày và độ cong của chúng. Điều chỉnh các đặc tính này cũng làm cho chúng ảnh hưởng trực tiếp đến tổ chức không gian của protein màng.

Trong "bè" lipid

Trong màng sinh học, có thể phát hiện ra các vùng vi mô động với độ lưu động kém hơn, được tạo thành từ các phân tử cholesterol và sphingolipid được gọi là bè lipid.

Những cấu trúc này xảy ra tự nhiên và có liên quan chặt chẽ với các protein tích hợp, các thụ thể bề mặt tế bào và các protein truyền tín hiệu, các chất vận chuyển và các protein khác có neo glycosylphosphatidylinositol (GPI).

-Chức năng cân

Chúng có chức năng như các phân tử tín hiệu hoạt động như sứ giả thứ hai hoặc như các phối tử được tiết ra cho các thụ thể bề mặt tế bào.

Là sứ giả thứ cấp, chúng có thể tham gia vào quá trình điều chỉnh cân bằng nội môi canxi, tăng trưởng tế bào, hình thành khối u và ức chế quá trình chết rụng. Hơn nữa, hoạt động của nhiều protein màng tích hợp và ngoại vi phụ thuộc vào sự liên kết của chúng với sphingolipid.

Nhiều tương tác giữa tế bào và tế bào với môi trường của nó phụ thuộc vào sự tiếp xúc của các nhóm phân cực khác nhau của sphingolipid với mặt ngoài của màng sinh chất.

Sự liên kết của glycosphingolipid và lectin là rất quan trọng đối với sự liên kết của myelin với sợi trục, sự kết dính của bạch cầu trung tính với nội mô, v.v.

Sản phẩm phụ của quá trình trao đổi chất của bạn

Các sphingolipid truyền tín hiệu quan trọng nhất là các gốc chuỗi dài hoặc sphingosine và ceramide, cũng như các dẫn xuất phosphoryl hóa của chúng, chẳng hạn như sphingosine 1-phosphate.

Các sản phẩm chuyển hóa của nhiều sphingolipid kích hoạt hoặc ức chế nhiều mục tiêu hạ nguồn (protein kinaza, phosphoprotein phosphatase, và những chất khác), kiểm soát các hành vi phức tạp của tế bào như tăng trưởng, biệt hóa và apoptosis.

-Là các thụ thể trong màng

Một số mầm bệnh sử dụng glycosphingolipid làm thụ thể để làm trung gian cho sự xâm nhập của chúng vào tế bào vật chủ hoặc cung cấp các yếu tố độc lực cho chúng.

Sphingolipid đã được chứng minh là tham gia vào nhiều sự kiện tế bào như bài tiết, nội bào, điều hòa hóa học, dẫn truyền thần kinh, hình thành mạch và viêm.

Chúng cũng tham gia vào quá trình vận chuyển qua màng, do đó ảnh hưởng đến nội tại của thụ thể, sắp xếp, di chuyển và hợp nhất các túi tiết để đáp ứng với các kích thích khác nhau.

Nhóm Sphingolipid

Có ba phân lớp của sphingolipid, tất cả đều có nguồn gốc từ ceramide và khác nhau bởi các nhóm phân cực, đó là: sphingomyelins, glycolipid và ganglioside.

Sphingomyelins

Sphingomilein. Đen: sphingosine. Màu đỏ: phosphocholine. Màu xanh lam: axit béo.

Chúng chứa phosphocholine hoặc phosphoethanolamine như một nhóm đầu phân cực, vì vậy chúng được phân loại là phospholipid cùng với glycerophospholipid. Tất nhiên, chúng giống với phosphatidylcholine về cấu trúc không gian ba chiều và các đặc tính chung vì chúng không có điện tích trên đầu phân cực.

Chúng có trong màng sinh chất của tế bào động vật và đặc biệt có nhiều trong myelin, một lớp vỏ bao quanh và cách nhiệt các sợi trục của một số tế bào thần kinh.

Glycolipid trung tính hoặc glycosphingolipid (miễn phí)

Glycolipid Wpcrosson, từ Wikimedia Commons

Chúng được tìm thấy chủ yếu ở mặt ngoài của màng sinh chất và có một hoặc nhiều đường ở dạng nhóm đầu phân cực gắn trực tiếp với hydroxyl của cacbon 1 của phần ceramide. Chúng không có nhóm photphat. Vì ở pH 7, chúng không có điện tích nên được gọi là glycolipid trung tính.

Cerebrosit có một phân tử đường đơn gắn với ceramide. Những chất có chứa galactose được tìm thấy trong màng plasma của các tế bào mô không thần kinh. Globoside là glycosphingolipid có hai hoặc nhiều đường, thường là D-glucose, D-galactose, hoặc N-acetyl-D-galactosamine.

Axit ganglioside hoặc glycosphingolipid

Cấu trúc của ganglioside GM1

Đây là những sphingolipid phức tạp nhất. Chúng có oligosaccharid là nhóm đầu phân cực và một hoặc nhiều gốc axit N-acetylmuramic ở đầu tận cùng, còn được gọi là axit sialic. Axit xialic tạo cho ganglioside điện tích âm ở pH 7, giúp phân biệt chúng với glycosphingolipid trung tính.

Danh pháp của loại sphingolipid này phụ thuộc vào lượng dư axit sialic có trong phần oligosaccharide của đầu phân cực.

Tổng hợp

Phân tử cơ sở chuỗi dài, hoặc sphingosine, được tổng hợp trong lưới nội chất (ER) và việc bổ sung nhóm phân cực vào đầu của các lipid này xảy ra muộn hơn trong phức hợp Golgi. Ở động vật có vú, một số tổng hợp sphingolipid cũng có thể xảy ra trong ti thể.

Sau khi hoàn thành quá trình tổng hợp trong phức hợp Golgi, các sphingolipid được vận chuyển đến các ngăn tế bào khác thông qua cơ chế trung gian túi.

Quá trình sinh tổng hợp sphingolipid bao gồm ba sự kiện cơ bản: sự tổng hợp các bazơ chuỗi dài, sự sinh tổng hợp các ceramide bằng sự liên kết của một axit béo thông qua một liên kết amit, và cuối cùng là sự hình thành các sphingolipid phức tạp thông qua sự liên kết của các nhóm phân cực trên cacbon 1 của bazơ sphingoid.

Ngoài sự tổng hợp de novo, sphingolipid cũng có thể được hình thành bằng cách luân chuyển hoặc tái chế các base và ceramide chuỗi dài, có thể nuôi sống nhóm sphingolipid.

Tổng hợp khung xương ceramide

Quá trình sinh tổng hợp ceramide, xương sống của sphingolipid, bắt đầu bằng sự ngưng tụ khử carboxylative của phân tử palmitoyl-CoA và L-serine. Phản ứng được xúc tác bởi một heterase palmitoyl transferase (SPT) dị phân tử, phụ thuộc vào pyridoxal phosphat và sản phẩm là 3-keto dihydrosphingosine.

Enzyme này bị ức chế bởi β-halo-L-alanines và L-cycloserines. Ở nấm men, nó được mã hóa bởi hai gen, trong khi ở động vật có vú có ba gen cho loại enzym này. Vị trí hoạt động nằm ở phía tế bào chất của lưới nội chất.

Vai trò của enzym đầu tiên này được bảo tồn trong tất cả các sinh vật được nghiên cứu. Tuy nhiên, có một số điểm khác biệt giữa các đơn vị phân loại liên quan đến vị trí dưới tế bào của enzyme: vi khuẩn là tế bào chất, của nấm men, thực vật và động vật nằm trong lưới nội chất.

3-ketosphinganine sau đó bị khử bởi 3-ketosphinganine reductase phụ thuộc NADPH để tạo ra sphinganine. Dihydroceramide synthase (sphinganine N-acyl transferase) sau đó acetylate hóa sphinganine để tạo ra dihydroceramide. Sau đó ceramide được tạo thành bởi dihydroceramide desaturase / reductase, chất này chèn liên kết đôi trans ở vị trí 4-5.

Ở động vật có vú, có rất nhiều dạng đồng phân tổng hợp ceramide, mỗi dạng liên kết một chuỗi axit béo cụ thể với các bazơ chuỗi dài. Do đó, ceramide synthase và các enzym khác, kéo dài, cung cấp nguồn chính của sự đa dạng cho các axit béo trong sphingolipid.

Sự hình thành sphingolipid cụ thể

Sphingomyelin được tổng hợp bằng cách chuyển một phosphocholine từ phosphatidylcholine thành ceramide, giải phóng diacylglycerol. Phản ứng liên kết các con đường tín hiệu sphingolipid và glycerophospholipid.

Phosphoethanolamine ceramide được tổng hợp từ phosphatidylethanolamine và ceramide trong một phản ứng tương tự như phản ứng tổng hợp sphingomyelin, và sau khi hình thành, nó có thể được methyl hóa thành sphingomyelin. Inositol phosphate ceramides được hình thành bằng cách chuyển hóa từ phosphatidylinositol.

Glycosphingolipid được biến đổi chủ yếu trong phức hợp Golgi, nơi các enzym glycosyltransferase cụ thể tham gia vào việc bổ sung chuỗi oligosaccharide trong vùng ưa nước của khung ceramide.

Sự trao đổi chất

Sự phân hủy của sphingolipid được thực hiện bởi các enzym glucohydrolase và sphingomyelinase, chịu trách nhiệm loại bỏ các biến đổi của các nhóm phân cực. Mặt khác, ceramid tái tạo các cơ sở chuỗi dài từ ceramides.

Ganglioside bị phân hủy bởi một tập hợp các enzym lysosome xúc tác quá trình loại bỏ từng bước các đơn vị đường, cuối cùng tạo ra ceramide.

Một con đường thoái hóa khác bao gồm sự hình thành các sphingolipid trong các túi nội bào được gửi trở lại màng sinh chất hoặc được vận chuyển đến các lysosome nơi chúng bị phân hủy bởi các hydrolase axit cụ thể.

Không phải tất cả các cơ sở chuỗi dài đều được tái chế, mạng lưới nội chất có một lộ trình cho quá trình thoái hóa cuối của chúng. Cơ chế phân hủy này bao gồm quá trình phosphoryl hóa thay vì acyl hóa LCB, làm phát sinh các phân tử tín hiệu có thể là cơ chất hòa tan cho các enzym lyase phân cắt LCBs-phosphate để tạo ra acyloaldehyt và phosphoethanolamine.

Quy định

Sự chuyển hóa của các lipid này được điều chỉnh ở nhiều mức độ khác nhau, một trong số đó là của các enzym phụ trách tổng hợp, các biến đổi sau dịch mã và cơ chế dị ứng của chúng.

Một số cơ chế điều hòa dành riêng cho tế bào, để kiểm soát thời điểm phát triển tế bào mà chúng được tạo ra hoặc để phản ứng với các tín hiệu cụ thể.

Người giới thiệu

1. Bartke, N., & Hannun, Y. (2009). Sphingolipids hoạt tính sinh học: Chuyển hóa và Chức năng. Tạp chí Nghiên cứu Lipid, 50, 19.
2. Breslow, DK (2013). Sphingolipid Cân bằng nội môi trong lưới nội chất và ngoài. Các quan điểm của Cold Spring Harbor trong Sinh học, 5 (4), a013326.
3. Futerman, AH, & Hannun, YA (2004). Cuộc sống phức tạp của sphingolipids đơn giản. Báo cáo EMBO, 5 (8), 777-782.
4. Harrison, PJ, Dunn, T., & Campopiano, DJ (2018). Sinh tổng hợp sphingolipid ở người và vi khuẩn. Báo cáo Sản phẩm Tự nhiên, 35 (9), 921–954.
5. Lahiri, S., & Futerman, AH (2007). Sự chuyển hóa và chức năng của sphingolipid và glycosphingolipid. Khoa học Sự sống Tế bào và Phân tử, 64 (17), 2270–2284.
6. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Sinh học tế bào phân tử (xuất bản lần thứ 5). Freeman, WH & Công ty.
7. Luckey, M. (2008). Sinh học cấu trúc màng: với các cơ sở lý hóa và lý sinh. Nhà xuất bản Đại học Cambridge. Lấy từ www.cambridge.org/9780521856553
8. Merrill, AH (2011). Con đường chuyển hóa sphingolipid và glycosphingolipid trong kỷ nguyên sphingolipidomics. Nhận xét về Hóa chất, 111 (10), 6387-6422.
9. Nelson, DL & Cox, MM (2009). Các nguyên tắc của Lehninger về Hóa sinh. Omega Editions (ấn bản thứ 5).
10. 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.