Das Cardiolipin, auch bekannt als Diphosphatidylglycerin, ist eine Lipid-Glicerofosfolípidos-Familie und die Gruppe der Poliglicerofosfolípidos. Es kommt in der Mitochondrienmembran eukaryotischer Organismen, in der Plasmamembran vieler Bakterien und auch in einigen Archaeen vor.
Es wurde von Pangborn 1942 aus der Analyse der Membranlipide des Herzgewebes eines Rindes entdeckt. Seine Struktur wurde 1956 vorgeschlagen und die chemische Synthese fand etwa 10 Jahre später statt.
Struktur von Cardiolipin (Quelle: Edgar181 über Wikimedia Commons)
Einige Autoren sind der Ansicht, dass seine Anwesenheit auf ATP-produzierende Membranen beschränkt ist, wie im Fall von Mitochondrien in Eukaryoten, Plasmamembranen in Bakterien und Wasserstoffsomen (mitochondrienähnliche Organellen) in bestimmten Protisten.
Die Tatsache, dass Cardiolipin in den Mitochondrien und in der Plasmamembran von Bakterien gefunden wird, wurde verwendet, um die Grundlagen der endosymbiotischen Theorie zu verstärken, die besagt, dass Mitochondrien in den Vorläuferzellen von Eukaryoten durch Phagozytose eines Bakteriums entstanden sind dann wurde es abhängig von der Zelle und umgekehrt.
Sein Biosyntheseweg bei Tieren wurde zwischen 1970 und 1972 beschrieben und später wurde gezeigt, dass es der gleiche Weg ist, der bei Pflanzen, Hefen, Pilzen und Wirbellosen auftritt. Es ist kein sehr häufig vorkommendes Lipid, aber Zellen benötigen es, um richtig zu funktionieren.
Die Bedeutung dieses Phospholipids für die Mitochondrien und damit für den Zellstoffwechsel wird deutlich, wenn die Fehlfunktion der damit verbundenen Stoffwechselwege eine menschliche Pathologie hervorruft, die als Barth-Syndrom (kardioskelettale Myopathie) bekannt ist.
Struktur
Cardiolipin oder Diphosphatidylglycerin besteht aus zwei Phosphatidsäuremolekülen (dem einfachsten Phospholipid), die über ein Glycerinmolekül miteinander verbunden sind.
Phosphatidsäure, eines der häufigsten Zwischenprodukte in den Biosynthesewegen anderer Phospholipide, besteht aus einem Glycerin-3-phosphat-Molekül, zu dem zwei Fettsäureketten an den Positionen der Kohlenstoffe 1 und 2 verestert sind Es ist auch als 1,2-Diacylglycerin-3-phosphat bekannt.
Daher besteht Cardiolipin aus drei Glycerinmolekülen: einem zentralen Glycerin, das an eine Phosphatgruppe an Kohlenstoff 1 gebunden ist, einer weiteren Phosphatgruppe an Kohlenstoff 3 und einer Hydroxylgruppe an Kohlenstoff 2; und zwei "Seiten" -Glycerine.
Die zwei "seitlichen" Glycerinmoleküle sind durch "Glycerinbrücken" durch ihre Kohlenstoffe an Position 3 an das Zentralmolekül gebunden. An den Kohlenstoffen an den Positionen 1 und 2 sind zwei Fettsäureketten mit Länge und Sättigung verestert. Variable.
Cardiolipin ist ein Lipid, das je nach Anwesenheit oder Abwesenheit zweiwertiger Kationen Doppelschichten bilden kann oder nicht. Dies hängt mit der Tatsache zusammen, dass es sich um ein symmetrisches Molekül handelt, was es in Membranen wichtig macht, die für Energieübertragungsprozesse verantwortlich sind.
Wie die anderen Lipide der Gruppe der Polyglycerophospholipide weist Cardiolipin mehrere Hydroxylgruppen auf, die zur Bindung von Fettsäuren dienen können. Daher hat es mehrere Positionsstereoisomere.
Deine Fettsäuren
Verschiedene Studien haben festgestellt, dass die an die Seitenglycerinmoleküle von Cardiolipin gebundenen Fettsäuren typischerweise ungesättigt sind, der Grad der Ungesättigtheit wurde jedoch nicht bestimmt.
Solche Fettsäuren können also 14-22 Kohlenstoffe lang und 0-6 Doppelbindungen sein. Dies und die Tatsache, dass Cardiolipin vier verknüpfte Fettsäuremoleküle aufweist, impliziert, dass es mehrere Variablen und Kombinationen dieses Phospholipids geben kann.
Synthese
Die Cardiolipin-Biosynthese beginnt erwartungsgemäß mit der Synthese von Phosphatidsäure oder 1,2-Diacylglycerin-3-phosphat aus Glycerin-3-phosphat und Fettsäuren. Dieser Prozess findet in den Mitochondrien von Eukaryoten und in der Plasmamembran von Bakterien statt.
Synthese in Eukaryoten
Phosphatidsäure reagiert nach ihrer Bildung mit einem hochenergetischen Molekül analog zu ATP: CTP. Dann wird ein ebenfalls hochenergetisches Zwischenprodukt gebildet, das als Phosphatidyl-CMP bekannt ist. Die aktivierte Phosphatidylgruppe wird an der C1-Position des zentralen Glycerinmoleküls, das als Rückgrat dient, auf die Hydroxylgruppe übertragen.
Dieser Prozess führt zu einem Molekül namens Phosphatidylglycerophosphat, das zu Phosphatidylglycerin hydrolysiert wird. Dies erhält eine weitere Phosphatidylgruppe, die von einem anderen Phosphatidyl-CMP-Molekül aktiviert wird, eine Reaktion, die durch eine Phosphatidyltransferase katalysiert wird, die auch als Cardiolipinsynthase bekannt ist.
Das Enzym Cardiolipinsynthase befindet sich in der inneren Mitochondrienmembran und scheint zumindest in Hefen einen großen Komplex zu bilden. Sein Gen wird in großen Mengen in mitochondrienreichen Geweben wie Herz, Leber und Skelettmuskel von Wirbeltieren exprimiert.
Die Regulation seiner Aktivität hängt in hohem Maße von denselben Transkriptionsfaktoren und endokrinen Faktoren ab, die die mitochondriale Biogenese modulieren.
Nach der Synthese in der inneren Mitochondrienmembran muss Cardiolipin in Richtung der äußeren Mitochondrienmembran transloziert werden, damit eine Reihe von topologischen Prozessen in der Membran stattfinden und andere Strukturelemente derselben aufgenommen werden.
Synthese in Prokaryoten
Der Cardiolipingehalt in Bakterien kann sehr unterschiedlich sein und hängt hauptsächlich vom physiologischen Zustand der Zellen ab: Er ist in der exponentiellen Wachstumsphase normalerweise weniger häufig und in der reduzierten Phase häufiger (beispielsweise in der stationären Phase).
Sein Biosyntheseweg kann durch verschiedene Stressreize wie Energiedefizite oder osmotischen Stress ausgelöst werden.
Bis zur Bildung von Phosphatidylglycerin ist der Prozess in Eukaryoten und Prokaryoten äquivalent, aber in Prokaryoten erhält Phosphatidylglycerin durch Umesterung eine Phosphatidylgruppe von einem anderen Phosphatidylglycerinmolekül. Diese Reaktion wird durch ein Enzym vom Phospholipase D-Typ katalysiert, das auch als Cardiolipinsynthase bekannt ist.
Diese Reaktion ist als "Transphosphatidylierungs" -Reaktion (aus der englischen "Transphosphatidylierung") bekannt, bei der eines der Phosphatidylglycerine als Donor der Phosphatidylgruppe und das andere als Akzeptor fungiert.
Eigenschaften
Die physikalischen Eigenschaften von Cardiolipinmolekülen ermöglichen offenbar bestimmte Wechselwirkungen, die eine wichtige Rolle bei der strukturellen Organisation der Membranen spielen, in denen sie gefunden werden.
Zu diesen Funktionen gehören unter anderem die Unterscheidung einiger Membrandomänen, die Wechselwirkung oder "Überkreuzung" mit Transmembranproteinen oder deren Subdomänen.
Aufgrund seiner physikochemischen Eigenschaften wird Cardiolipin als Lipid erkannt, das keine Doppelschicht bildet, dessen Funktion jedoch darin bestehen kann, Transmembranproteine in Lipiddoppelschichten zu stabilisieren und "aufzunehmen".
Insbesondere seine elektrischen Eigenschaften geben ihm Funktionen bei den Protonentransferprozessen, die in den Mitochondrien stattfinden.
Obwohl Zellen ohne dieses Phospholipid überleben können, haben einige Studien festgestellt, dass es für ihre optimale Funktion erforderlich ist.
Verweise
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