SFINGOLIPID: KARAKTERISTIK, FUNGSI, KELOMPOK, SINTESIS - BIOLOGI - 2025

The sphingolipids adalah salah satu dari tiga keluarga besar lipid dalam membran biologis. Seperti gliserofosfolipid dan sterol, mereka adalah molekul amphipathic dengan daerah kutub hidrofilik dan daerah apolar hidrofobik.

Mereka pertama kali dijelaskan pada tahun 1884 oleh Johann LW Thudichum, yang mendeskripsikan tiga sphingolipid (sphingomyelin, cerebrosides, dan cerebrosulfatide) yang termasuk dalam tiga kelas berbeda yang dikenal: fosfoesphingolipids, netral dan glikosphingolipid asam.

Alejandro Porto, melalui Wikimedia Commons

Tidak seperti gliserofosfolipid, sfingolipid tidak dibangun di atas molekul gliserol 3-fosfat sebagai tulang punggung utama, tetapi merupakan senyawa yang diturunkan dari sfingosin, alkohol amino dengan rantai hidrokarbon panjang yang dihubungkan oleh ikatan amida.

Dalam hal kompleksitas dan keragaman, setidaknya ada 5 jenis basa yang dikenal untuk sphingolipid pada mamalia. Basa-basa ini dapat bergabung dengan lebih dari 20 jenis asam lemak, dengan panjang dan derajat kejenuhan yang bervariasi, di samping banyak variasi dalam gugus kutub yang dapat terjadi.

Membran biologis memiliki sekitar 20% sfingolipid. Ini memiliki fungsi yang bervariasi dan penting dalam sel, dari struktural hingga transduksi sinyal, dan kontrol proses komunikasi seluler yang berbeda.

Distribusi molekul-molekul ini bervariasi tergantung pada fungsi organel di mana mereka ditemukan, tetapi biasanya konsentrasi sfingolipid jauh lebih tinggi di lapisan luar membran plasma daripada di lapisan tunggal bagian dalam dan kompartemen lainnya.

Pada manusia setidaknya terdapat 60 spesies sphingolipids. Banyak dari mereka adalah komponen penting dari membran sel saraf, sementara yang lain memainkan peran struktural penting atau berpartisipasi dalam transduksi sinyal, pengenalan, diferensiasi sel, patogenesis, kematian sel terprogram, dan lain-lain.

E structura

Struktur umum sfingolipid. LHcheM, dari Wikimedia Commons

Semua sfingolipid berasal dari serin-L, yang dipadatkan dengan asam lemak rantai panjang untuk membentuk basa sfingoid, juga dikenal sebagai basa rantai panjang (LCB).

Basa yang paling umum adalah sfinganin dan sfingosin, yang berbeda satu sama lain hanya dengan adanya ikatan rangkap trans antara karbon 4 dan 5 dari asam lemak sfingosin.

Karbon 1, 2, dan 3 dari sfingosin secara struktural analog dengan karbon gliserol dari gliserofosfolipid. Ketika asam lemak terikat pada karbon 2 dari sfingosin melalui ikatan amida, sebuah ceramide diproduksi, yang merupakan molekul yang sangat mirip dengan diasilgliserol dan mewakili sfingolipid paling sederhana.

Asam lemak rantai panjang yang menyusun daerah hidrofobik lipid ini bisa sangat beragam. Panjangnya bervariasi dari 14 hingga 22 atom karbon yang dapat memiliki derajat kejenuhan yang berbeda, biasanya antara karbon 4 dan 5.

Di posisi 4 atau 6 mereka dapat memiliki gugus hidroksil dan ikatan rangkap di posisi lain atau bahkan cabang seperti gugus metil.

karakteristik

Rantai asam lemak yang dihubungkan oleh ikatan amida ke ceramide biasanya jenuh, dan cenderung lebih panjang daripada rantai yang ditemukan di gliserofosfolipid, yang tampaknya penting untuk aktivitas biologisnya.

Ciri khas kerangka sfingolipid adalah bahwa mereka dapat memiliki muatan positif bersih pada pH netral, jarang terjadi di antara molekul lipid.

Namun, pKa gugus amino lebih rendah dibandingkan dengan amina sederhana, antara 7 dan 8, sehingga sebagian molekul tidak bermuatan pada pH fisiologis, yang dapat menjelaskan pergerakan "bebas" ini antara bilayers.

Klasifikasi tradisional sphingolipid muncul dari beberapa modifikasi yang dapat dilakukan oleh molekul ceramide, terutama dalam hal substitusi gugus kepala kutub.

fitur

Sfingolipid sangat penting pada hewan, tumbuhan, dan jamur, serta pada beberapa organisme dan virus prokariotik.

-Fungsi struktural

Sfingolipid memodulasi sifat fisik membran, termasuk fluiditas, ketebalan, dan kelengkungannya. Memodulasi sifat-sifat ini juga memberikan pengaruh langsung pada organisasi spasial protein membran.

Dalam "rakit" lipid

Dalam membran biologis, domain mikro dinamis dengan sedikit fluiditas dapat dideteksi, terdiri dari molekul kolesterol dan sphingolipid yang disebut rakit lipid.

Struktur ini terjadi secara alami dan terkait erat dengan protein integral, reseptor permukaan sel dan protein pemberi sinyal, transporter, dan protein lain dengan jangkar glycosylphosphatidylinositol (GPI).

-Fungsi tanda

Mereka memiliki fungsi sebagai molekul pemberi sinyal yang bertindak sebagai pembawa pesan kedua atau sebagai ligan yang disekresikan untuk reseptor permukaan sel.

Sebagai pembawa pesan sekunder, mereka dapat berpartisipasi dalam pengaturan homeostasis kalsium, pertumbuhan sel, tumorigenesis, dan penekanan apoptosis. Selanjutnya, aktivitas dari banyak protein membran integral dan perifer bergantung pada hubungannya dengan sfingolipid.

Banyak interaksi antara sel dan sel dengan lingkungannya bergantung pada pemaparan berbagai kelompok kutub dari sphingolipid ke permukaan luar membran plasma.

Pengikatan glikosphingolipid dan lektin sangat penting untuk hubungan mielin dengan akson, adhesi neutrofil ke endotel, dll.

Produk sampingan metabolisme Anda

Sfingolipid pensinyalan yang paling penting adalah basa rantai panjang atau sfingosin dan seramida, serta turunannya yang terfosforilasi, seperti sfingosin 1-fosfat.

Produk metabolisme dari banyak sfingolipid mengaktifkan atau menghambat beberapa target hilir (protein kinase, fosfoprotein fosfatase, dan lainnya), yang mengontrol perilaku seluler kompleks seperti pertumbuhan, diferensiasi, dan apoptosis.

-Sebagai reseptor pada membran

Beberapa patogen menggunakan glikosphingolipid sebagai reseptor untuk memediasi masuknya mereka ke dalam sel inang atau untuk mengirimkan faktor virulensi kepada mereka.

Sfingolipid telah terbukti berpartisipasi dalam berbagai kejadian seluler seperti sekresi, endositosis, kemotaksis, neurotransmisi, angiogenesis, dan peradangan.

Mereka juga terlibat dalam perdagangan membran, sehingga mempengaruhi internalisasi reseptor, pemesanan, pergerakan dan fusi vesikula sekretori sebagai respons terhadap rangsangan yang berbeda.

Kelompok sfingolipid

Ada tiga subclass dari sfingolipid, semuanya berasal dari ceramide dan dibedakan satu sama lain berdasarkan gugus polar, yaitu sfingomielin, glikolipid, dan gangliosida.

Sphingomyelins

Sphingomilein. Hitam: sphingosine. Merah: fosfokolin. Biru: asam lemak.

Ini mengandung fosfokolin atau fosfoetanolamina sebagai gugus kepala kutub, jadi mereka diklasifikasikan sebagai fosfolipid bersama dengan gliserofosfolipid. Mereka menyerupai, tentu saja, fosfatidilkolin dalam struktur tiga dimensi dan sifat umum karena tidak ada muatan di kepala kutubnya.

Mereka hadir dalam membran plasma sel hewan dan terutama berlimpah di mielin, selubung yang mengelilingi dan mengisolasi akson dari beberapa neuron.

Glikolipid netral atau glikosphingolipid (tanpa biaya)

Glikolipid Wpcrosson, dari Wikimedia Commons

Mereka ditemukan terutama di permukaan luar membran plasma dan memiliki satu atau lebih gula sebagai gugus kepala kutub yang terikat langsung ke hidroksil karbon 1 dari bagian ceramide. Mereka tidak memiliki gugus fosfat. Karena pada pH 7 mereka tidak memiliki muatan, mereka disebut glikolipid netral.

Cerebrosides memiliki satu molekul gula yang terikat pada ceramide. Mereka yang mengandung galaktosa ditemukan di membran plasma sel jaringan non-saraf. Globosida adalah glikosphingolipid dengan dua atau lebih gula, biasanya D-glukosa, D-galaktosa, atau N-asetil-D-galaktosamin.

Gangliosida asam atau glikosphingolipid

Struktur gangliosida GM1

Ini adalah sphingolipid paling kompleks. Mereka memiliki oligosakarida sebagai gugus kepala kutub dan satu atau lebih residu asam N-asetilmuramat terminal, juga disebut asam sialat. Asam sialat memberi gangliosida muatan negatif pada pH 7, yang membedakannya dari glikosphingolipid netral.

Nomenklatur kelas sfingolipid ini bergantung pada jumlah residu asam sialat yang ada di bagian oligosakarida dari kepala kutub.

Perpaduan

Molekul basa rantai panjang, atau sphingosine, disintesis di retikulum endoplasma (ER) dan penambahan gugus kutub ke kepala lipid ini terjadi kemudian di kompleks Golgi. Pada mamalia, beberapa sintesis sphingolipids juga dapat terjadi di mitokondria.

Setelah menyelesaikan sintesisnya di kompleks Golgi, sfingolipid diangkut ke kompartemen seluler lain melalui mekanisme yang dimediasi vesikel.

Biosintesis sfingolipid terdiri dari tiga peristiwa mendasar: sintesis basa rantai panjang, biosintesis ceramide dengan penyatuan asam lemak melalui ikatan amida, dan terakhir, pembentukan sfingolipid kompleks melalui dari penyatuan kelompok kutub pada karbon 1 dari basis sfingoid.

Selain sintesis de novo, sfingolipid juga dapat dibentuk oleh pergantian atau daur ulang basa rantai panjang dan ceramide, yang dapat memberi makan kumpulan sfingolipid.

Sintesis kerangka ceramide

Biosintesis ceramide, tulang punggung sphingolipid, dimulai dengan kondensasi dekarboksilatif dari molekul palmitoyl-CoA dan L-serine. Reaksi tersebut dikatalisis oleh heterodimeric serine palmitoyl transferase (SPT), bergantung pada piridoksal fosfat dan produknya adalah 3-keto dihidrosphingosine.

Enzim ini dihambat oleh β-halo-L-alanine dan L-cycloserines. Dalam ragi itu dikodekan oleh dua gen, sedangkan pada mamalia ada tiga gen untuk enzim ini. Situs aktif terletak di sisi sitoplasma retikulum endoplasma.

Peran enzim pertama ini dipertahankan di semua organisme yang dipelajari. Namun, ada beberapa perbedaan antara taksa yang berkaitan dengan lokasi subseluler enzim: bahwa bakteri berada di sitoplasma, ragi, tumbuhan, dan hewan berada dalam retikulum endoplasma.

3-ketosfinganin kemudian direduksi oleh reduktase 3-ketosfinganin yang bergantung pada NADPH untuk menghasilkan sfinganin. Sintase dihidrokeramida (sphinganine N-asil transferase) kemudian mengasetilasi sphinganine untuk menghasilkan dihidrokeramida. Ceramide kemudian dibentuk oleh dihydroceramide desaturase / reductase, yang menyisipkan ikatan rangkap trans pada posisi 4-5.

Pada mamalia ada banyak isoform sintase ceramide, masing-masing mengikat rantai asam lemak tertentu ke basa rantai panjang. Oleh karena itu, sintase ceramide dan enzim lainnya, elongase, menyediakan sumber utama keanekaragaman asam lemak dalam sfingolipid.

Pembentukan sphingolipid spesifik

Sfingomielin disintesis dengan transfer fosfokolin dari fosfatidilkolin ke ceramide, melepaskan diasilgliserol. Reaksi ini menghubungkan jalur pensinyalan sfingolipid dan gliserofosfolipid.

Phosphoethanolamine ceramide disintesis dari phosphatidylethanolamine dan ceramide dalam reaksi yang mirip dengan sintesis sphingomyelin, dan setelah terbentuk dapat dimetilasi menjadi sphingomyelin. Ceramides fosfat inositol dibentuk oleh transesterifikasi dari fosfatidylinositol.

Glikosphingolipid dimodifikasi terutama di kompleks Golgi, di mana enzim glikosiltransferase tertentu berpartisipasi dalam penambahan rantai oligosakarida di wilayah hidrofilik kerangka seramida.

Metabolisme

Degradasi sfingolipid dilakukan oleh enzim glukohidrolase dan sfingomielinase, yang bertanggung jawab untuk menghilangkan modifikasi dari gugus kutub. Di sisi lain, ceramidase meregenerasi basis rantai panjang dari ceramide.

Gangliosida terdegradasi oleh satu set enzim lisosom yang mengkatalisis eliminasi unit gula secara bertahap, yang akhirnya menghasilkan ceramide.

Jalur degradasi lain terdiri dari internalisasi sfingolipid dalam vesikula endositik yang dikirim kembali ke membran plasma atau diangkut ke lisosom di mana mereka didegradasi oleh hidrolase asam tertentu.

Tidak semua basa rantai panjang didaur ulang, retikulum endoplasma memiliki rute degradasi terminalnya. Mekanisme degradasi ini terdiri dari fosforilasi dan bukan asilasi LCB, sehingga menimbulkan molekul pensinyalan yang dapat menjadi substrat larut untuk enzim liase yang membelah LCBs-fosfat untuk menghasilkan asilaldehida dan fosfoetanolamina.

Peraturan

Metabolisme lipid ini diatur pada berbagai tingkat, salah satunya adalah enzim yang bertanggung jawab untuk sintesis, modifikasi pasca-translasi dan mekanisme alosteriknya.

Beberapa mekanisme pengaturan bersifat spesifik sel, baik untuk mengontrol momen perkembangan sel di mana mereka diproduksi atau sebagai respons terhadap sinyal tertentu.

Referensi

1. Bartke, N., & Hannun, Y. (2009). Sphingolipid Bioaktif: Metabolisme dan Fungsi. Jurnal Penelitian Lipid, 50, 19.
2. Breslow, DK (2013). Homeostasis Sphingolipid di Retikulum Endoplasma dan Selebihnya. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 5 (4), a013326.
3. Futerman, AH, & Hannun, YA (2004). Kehidupan kompleks sphingolipid sederhana. Laporan EMBO, 5 (8), 777-782.
4. Harrison, PJ, Dunn, T., & Campopiano, DJ (2018). Biosintesis sphingolipid pada manusia dan mikroba. Laporan Produk Alami, 35 (9), 921-954.
5. Lahiri, S., & Futerman, AH (2007). Metabolisme dan fungsi sfingolipid dan glikosphingolipid. Ilmu Kehidupan Seluler dan Molekuler, 64 (17), 2270–2284.
6. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (edisi ke-5th). Freeman, WH & Company.
7. Luckey, M. (2008). Biologi struktur membran: dengan dasar biokimia dan biofisik. Cambridge University Press. Diambil dari www.cambridge.org/9780521856553
8. Merrill, AH (2011). Jalur metabolisme sfingolipid dan glikospingolipid di era sfingolipidomik. Ulasan Kimia, 111 (10), 6387-6422.
9. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Prinsip Lehninger Biokimia. Omega Editions (edisi ke-5).
10. Vance, JE, & Vance, DE (2008). Biokimia lipid, lipoprotein dan membran. Dalam New Comprehensive Biochemistry Vol. 36 (edisi ke-4th). Elsevier.