Die Phosphatidsäure oder Phosphatidat , ein Phospholipid zu der Familie von Glycerophospholipiden oder Phosphoglyceride gehören, die in allen biologischen Membranen vorhanden sind. Es ist das einfachste Phospholipid und fungiert als Vorstufe für andere komplexere Glycerophospholipide, obwohl es nicht in großen Mengen gefunden wird.
In E. coli macht es beispielsweise weniger als 0,5% der gesamten Phospholipide in der Plasmamembran aus und ändert sich aufgrund seiner Rolle als biosynthetisches Zwischenprodukt schnell.
Fischers Vertretung für Phosphatidsäure (Quelle: Mzaki über Wikimedia Commons)
Dieses Vorläuferphospholipid wird durch Acylierung der Hydroxylgruppen von Glycerin-3-phosphat mit zwei aktivierten Fettsäuremolekülen gebildet und ist vermutlich in praktisch allen biologischen Membranen vorhanden.
Cardiolipin, ein wichtiges Phospholipid in der Mitochondrienmembran und der Plasmamembran von Bakterien und Archaeen, besteht aus zwei Phosphatidsäuremolekülen, die an ein Glycerinmolekül gebunden sind.
Lysophosphatidsäure, dh ein Phosphatidsäuremolekül ohne Acylgruppe, ist als Zwischenmolekül an vielen extrazellulären Signalprozessen beteiligt.
Chemische Struktur
Wie die meisten Phospholipide ist Phosphatidsäure ein amphipathisches Molekül mit zwei Enden entgegengesetzter Hydrophilie: einem hydrophilen polaren Ende und hydrophoben unpolaren Schwänzen.
Wie bereits erwähnt, ist dies das einfachste Phospholipid, da sein "Kopf" oder seine polare Gruppe ausschließlich aus der Phosphatgruppe besteht, die an Position 3 eines Glycerinmoleküls an den Kohlenstoff gebunden ist.
Ihre unpolaren Schwänze werden durch zwei Fettsäureketten gebildet, die an den Positionen 1 und 2 von Glycerin-3-phosphat zu den Kohlenstoffen verestert sind. Diese Fettsäuren haben unterschiedliche Längen und Sättigungsgrade.
Normalerweise liegt die Länge der gebundenen Fettsäuren im Bereich von 16 bis 24 Kohlenstoffatomen; und es wurde festgestellt, dass die an Kohlenstoff 2 gebundene Fettsäure normalerweise ungesättigt ist (Vorhandensein von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen), obwohl dies vom betrachteten Organismus abhängt, da es sich bei pflanzlichen Plastiden um eine gesättigte Fettsäure handelt.
Biosynthese
Die Biosynthese von Phosphatidsäure ist der Verzweigungspunkt der Synthese der anderen Glycerophospholipide. Es beginnt mit der Aktivierung von Fettsäuren durch Zugabe eines CoA-Anteils, einer Reaktion, die durch Acyl-CoA-Synthetase katalysiert wird und Acyl-CoA erzeugt.
Es gibt verschiedene Isoformen dieses Enzyms im endoplasmatischen Retikulum und in den Mitochondrien, aber die Reaktionen laufen auf die gleiche Weise ab wie bei Prokaryoten.
Der erste „festgelegte“ Schritt des Biosynthesewegs ist die Übertragung des Acyl-CoA-Moleküls auf Glycerin-3-phosphat, eine Reaktion, die durch eine Glycerin-3-phosphat-Acyltransferase katalysiert wird, die mit der äußeren Membran der Mitochondrien und dem Retikulum assoziiert ist endoplasmatisch.
Es wird angenommen, dass das Produkt dieser Reaktion, eine Lysophosphatidsäure (da sie nur eine Kohlenwasserstoffkette aufweist), von den Mitochondrien auf das endoplasmatische Retikulum übertragen wird, um die zweite Acylierungsreaktion durchzuführen.
Grafische Zusammenfassung der Synthese von Phosphatidsäure (Quelle: Krishnavedala über Wikimedia Commons)
Das Enzym, das diesen Schritt katalysiert, ist als 1-Acylglycerol-3-phosphat-Acyltransferase bekannt, die in der Membran des endoplasmatischen Retikulums reichlich vorhanden ist und spezifisch ungesättigte Fettsäuren auf den Kohlenstoff an Position 2 des 1-Acylglycerol-3-phosphat-Moleküls überträgt.
Die so gebildete Phosphatidsäure kann durch Phosphatidsäurephosphatase zu 1,2-Diacylglycerin hydrolysiert werden, das dann zur Synthese von Phosphatidylcholin und Phosphatidylethanolamin verwendet werden kann.
Andere Produktionsweisen
Ein alternativer Weg zur Herstellung von Phosphatidsäure, bei dem 1,2-Diacylglycerinmoleküle "recycelt" werden, besteht in der Beteiligung spezifischer Kinaseenzyme, die Phosphatgruppen an Position 3 von Diacylglycerin auf den Kohlenstoff übertragen.
Ein weiterer Grund ist die Hydrolyse anderer Phospholipide, die durch als Phospholipasen bekannte Enzyme katalysiert werden. Ein Beispiel für dieses Verfahren ist die Herstellung von Phosphatidsäure aus Phosphatidylcholin dank der Wirkung von Phospholipase D, die die Bindung zwischen dem Cholin und der Phosphatgruppe von 1,2-Diacylglycerin-3-phosphat hydrolysiert.
Biosynthese in Pflanzen
Die Phosphatidsäureproduktion in Pflanzen ist mit vier verschiedenen Kompartimenten von Pflanzenzellen verbunden: den Plastiden, dem endoplasmatischen Retikulum, den Mitochondrien und dem Golgi-Komplex.
Der erste Schritt auf dem Weg ist der gleiche wie zuvor beschrieben, und eine Glycerin-3-phosphat-Acyltransferase ist an jedem Kompartiment beteiligt, um die aktivierte Acyl-CoA-Gruppe auf Kohlenstoff 1 eines Glycerin-3-phosphat-Moleküls zu übertragen.
Die Synthese wird durch ein Enzym namens Lysophosphatidsäureacyltransferase nach dem Transfer einer anderen Acylgruppe in die C3-Position von Lysophosphatidsäure vervollständigt.
In Plastiden von Pflanzen überträgt dieses Enzym selektiv gesättigte Fettsäuren einer entsprechenden Länge mit 16 Kohlenstoffatomen. Dies ist ein besonderes Merkmal der in diesen Organellen synthetisierten Lipide.
Eigenschaften
Phosphatidsäure ist der Vorläufer des Phospholipids für viele Phospholipide, Galactolipide und Triglyceride in vielen Organismen. Daher ist es ein essentielles Molekül für Zellen, obwohl es keine direkten Strukturfunktionen erfüllt.
Bei Tieren wird eines der Produkte seiner enzymatischen Hydrolyse, 1,2-Diacylglycerin, zur Bildung von Triacylglyceriden oder Triglyceriden durch Umesterung mit einem dritten aktivierten Fettsäuremolekül (assoziiert mit einem CoA-Anteil) verwendet.
Triglyceride sind wichtige Energiereservemoleküle für Tiere, da die Oxidation der in ihnen vorhandenen Fettsäuren zur Freisetzung großer Energiemengen sowie von Vorläufern und Zwischenprodukten in anderen Stoffwechselwegen führt.
Ein weiteres Produkt seiner Hydrolyse, Lysophosphatidsäure, ist ein wichtiger zweiter Botenstoff in einigen extrazellulären Signalwegen, die unter anderem die Bindung an Rezeptoren auf der Oberfläche anderer Zellen beinhalten, die an Tumorentstehung, Angiogenese und Immunantworten beteiligt sind.
Seine Funktionen als Signalmolekül umfassen seine Beteiligung an der Induktion der Zellproliferation, verminderte Apoptose, Blutplättchenaggregation, Kontraktion der glatten Muskulatur, Chemotaxis, Invasion von Tumorzellen und andere.
In Bakterien ist Phosphatidsäure während eines Membranphospholipidaustauschprozesses erforderlich, der die Zelle mit "osmoprotektiven" Molekülen versorgt, die als "von der Membran abgeleitete Oligosaccharide" bekannt sind.
Verweise
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