The cardiolipin, juga dikenal sebagai diphosphatidylglycerol, adalah glicerofosfolípidos lipid keluarga dan kelompok poliglicerofosfolípidos. Ini ditemukan di membran mitokondria organisme eukariotik, di membran plasma banyak bakteri, dan juga di beberapa archaea.
Ini ditemukan oleh Pangborn pada tahun 1942 dari analisis lipid membran jaringan jantung sapi. Strukturnya diusulkan pada tahun 1956 dan sintesis kimiawi terjadi sekitar 10 tahun kemudian.
Struktur Cardiolipin (Sumber: Edgar181 via Wikimedia Commons)
Beberapa penulis menganggap bahwa keberadaannya terbatas pada membran penghasil ATP, seperti dalam kasus mitokondria pada eukariota, membran plasma pada bakteri, dan hidrogensom (organel mirip mitokondria) pada protista tertentu.
Fakta bahwa kardiolipin ditemukan di mitokondria dan di membran plasma bakteri telah digunakan untuk memperkuat dasar teori endosimbiotik, yang menyatakan bahwa mitokondria muncul dalam sel progenitor eukariota melalui fagositosis suatu bakteri, yang mana kemudian menjadi tergantung pada sel dan sebaliknya.
Jalur biosintesisnya pada hewan dijelaskan antara 1970 dan 1972 dan kemudian ditunjukkan bahwa jalur yang sama terjadi pada tumbuhan, ragi, jamur dan invertebrata. Ini bukan lipid yang sangat melimpah, tetapi sel membutuhkannya untuk berfungsi dengan baik.
Pentingnya fosfolipid ini untuk mitokondria dan, oleh karena itu, untuk metabolisme sel, terbukti ketika kerusakan jalur metabolisme yang terkait dengannya menghasilkan patologi manusia yang dikenal sebagai sindrom Barth (miopati kardio-skeletal).
Struktur
Cardiolipin atau diphosphatidylglycerol terdiri dari dua molekul asam fosfatidat (fosfolipid paling sederhana) yang dihubungkan bersama melalui molekul gliserol.
Asam fosfatidat, salah satu zat antara yang umum dalam jalur biosintesis fosfolipid lain, terdiri dari molekul gliserol 3-fosfat, di mana dua rantai asam lemak diesterifikasi pada posisi karbon 1 dan 2, jadi itu juga dikenal sebagai 1,2-diasilgliserol 3-fosfat.
Oleh karena itu, kardiolipin terdiri dari tiga molekul gliserol: gliserol pusat, terikat pada gugus fosfat pada karbon 1, gugus fosfat lain pada karbon 3, dan gugus hidroksil pada karbon 2; dan dua gliserol "samping".
Dua molekul gliserol "samping" terikat pada molekul pusat oleh "jembatan gliserol" melalui karbonnya pada posisi 3. Pada karbon pada posisi 1 dan 2, dua rantai asam lemak dengan panjang dan saturasi diesterifikasi. variabel.
Cardiolipin adalah lipid yang mungkin atau mungkin tidak membentuk lapisan ganda, tergantung pada ada atau tidaknya kation divalen. Ini terkait dengan fakta bahwa ini adalah molekul simetris, yang membuatnya penting dalam membran yang bertanggung jawab untuk proses transduksi energi.
Seperti lipid lain dari golongan poligliserofosfolipid, kardiolipin memiliki beberapa gugus hidroksil yang dapat berfungsi untuk pengikatan asam lemak. Oleh karena itu, ia memiliki beberapa stereoisomer posisi.
Asam lemak Anda
Penelitian yang berbeda telah menentukan bahwa asam lemak yang menempel pada molekul gliserol samping kardiolipin biasanya tidak jenuh, tetapi tingkat ketidakjenuhannya belum ditentukan.
Jadi, asam lemak tersebut dapat memiliki panjang 14-22 karbon dan 0-6 ikatan rangkap. Ini dan fakta bahwa kardiolipin memiliki empat molekul asam lemak yang terkait, menyiratkan bahwa terdapat banyak variabel dan kombinasi dari fosfolipid ini.
Perpaduan
Biosintesis kardiolipin, seperti yang diharapkan, dimulai dengan sintesis asam fosfatidat atau 1,2-diasilgliserol 3-fosfat dari gliserol 3-fosfat dan asam lemak. Proses ini terjadi di mitokondria eukariota dan di membran plasma bakteri.
Sintesis pada eukariota
Setelah terbentuk, asam fosfatidat bereaksi dengan molekul berenergi tinggi yang dianalogikan dengan ATP: CTP. Kemudian zat antara, juga berenergi tinggi, yang dikenal sebagai fosfatidil-CMP terbentuk. Gugus fosfatidil teraktivasi dipindahkan ke gugus hidroksil pada posisi C1 dari molekul gliserol pusat yang berfungsi sebagai tulang punggung.
Proses ini menghasilkan molekul yang disebut fosfatidilgliserofosfat, yang dihidrolisis untuk menghasilkan fosfatidilgliserol. Ini menerima gugus fosfatidil lain yang diaktifkan dari molekul fosfatidil-CMP lain, reaksi yang dikatalisis oleh fosfatidiltransferase yang juga dikenal sebagai sintase kardiolipin.
Enzim kardiolipin sintase berada di membran mitokondria bagian dalam dan tampaknya membentuk kompleks yang besar, setidaknya dalam ragi. Gennya diekspresikan dalam jumlah besar di jaringan yang kaya mitokondria seperti jantung, hati, dan otot rangka vertebrata.
Pengaturan aktivitasnya sebagian besar bergantung pada faktor transkripsi dan faktor endokrin yang sama yang memodulasi biogenesis mitokondria.
Setelah disintesis di membran mitokondria bagian dalam, kardiolipin harus ditranslokasi ke arah membran mitokondria luar sehingga serangkaian proses topologi berlangsung di membran dan elemen struktural lain yang sama diakomodasi.
Sintesis dalam prokariota
Kandungan kardiolipin dalam bakteri bisa sangat bervariasi dan terutama bergantung pada keadaan fisiologis sel: biasanya kurang melimpah pada fase pertumbuhan eksponensial dan lebih melimpah bila ada reduksi (pada fase diam, misalnya).
Jalur biosintesisnya dapat dipicu oleh berbagai rangsangan stres seperti defisit energi atau stres osmotik.
Sampai pembentukan fosfatidilgliserol, proses pada eukariota dan prokariota setara, tetapi pada prokariota, fosfatidilgliserol menerima, melalui transesterifikasi, gugus fosfatidil dari molekul fosfatidilgliserol lain. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim tipe fosfolipase D yang juga dikenal sebagai sintase kardiolipin.
Reaksi ini dikenal sebagai reaksi "transphosphatidylation" (dari bahasa Inggris "transphosphatidylation"), di mana salah satu fosfatidilgliserol bertindak sebagai donor gugus fosfatidil dan yang lainnya sebagai akseptor.
fitur
Karakteristik fisik molekul kardiolipin tampaknya memungkinkan interaksi tertentu yang memainkan peran penting dalam organisasi struktural membran tempat mereka ditemukan.
Di antara fungsi-fungsi ini adalah perbedaan antara beberapa domain membran, interaksi atau "persilangan" dengan protein transmembran atau subdomainnya, antara lain.
Berkat karakteristik fisikokimianya, kardiolipin dikenali sebagai lipid yang tidak membentuk lapisan ganda, tetapi yang fungsinya mungkin untuk menstabilkan dan "menampung" protein transmembran dalam lapisan ganda lipid.
Karakteristik listriknya, khususnya, memberikan fungsinya dalam proses transfer proton yang terjadi di mitokondria.
Meskipun sel dapat bertahan hidup tanpa fosfolipid ini, beberapa penelitian telah menentukan bahwa itu diperlukan untuk fungsi optimal mereka.
Referensi
- Harayama, T., & Riezman, H. (2018). Memahami keanekaragaman komposisi lipid membran. Ulasan Alam Biologi Sel Molekuler, 19 (5), 281-296.
- Luckey, M. (2008). Biologi struktur membran: dengan dasar biokimia dan biofisik. Cambridge University Press.
- Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Harper's Illustrated Biochemistry (edisi ke-28). McGraw-Hill Medical.
- van Meer, G., Voelker, DR, & Feigenson, GW (2008). Lipid membran: di mana mereka berada dan bagaimana perilakunya. Ulasan Alam, 9, 112-124.
- Vance, JE, & Vance, DE (2008). Biokimia lipid, lipoprotein dan membran. Dalam New Comprehensive Biochemistry Vol. 36 (edisi ke-4th). Elsevier.