SPHINGOMYELIN: STRUKTUR, FUNGSI, SINTESIS DAN METABOLISME - BIOLOGI - 2024

The sphingomyelin adalah yang paling sphingolipids melimpah di jaringan hewan: diketahui terjadi di semua membran sel dipelajari untuk saat ini. Ia memiliki kemiripan struktural dengan fosfatidilkolin dalam hal gugus kepala kutub, sehingga juga diklasifikasikan sebagai fosfolipid (fosfosfingolipid).

Pada tahun 1880-an, ilmuwan Johann Thudichum mengisolasi komponen lipid yang larut dalam eter dari jaringan otak dan menamakannya sphingomyelin. Kemudian, pada tahun 1927, struktur sfingolipid ini dilaporkan sebagai N-asil-sfingosin-1-fosfokolin.

Struktur sphingomyelin (Sumber: Jag123 di Wikipedia bahasa Inggris, melalui Wikimedia Commons)

Seperti sphingolipid lainnya, sphingomyelin memiliki fungsi pensinyalan struktural dan sel, dan terutama berlimpah di jaringan saraf, khususnya mielin, selubung yang menutupi dan mengisolasi akson neuron tertentu.

Distribusinya telah dipelajari melalui percobaan fraksinasi subseluler dan degradasi enzimatik dengan sfingomielinase, dan hasilnya menunjukkan bahwa lebih dari separuh sfingomielin dalam sel eukariotik ditemukan di membran plasma. Namun, ini tergantung pada jenis selnya. Dalam fibroblas, misalnya, itu menyumbang hampir 90% dari total lipid.

Disregulasi proses sintesis dan metabolisme lipid ini menyebabkan perkembangan patologi kompleks atau lipidosis. Contohnya adalah penyakit Niemann-Pick herediter, yang ditandai dengan hepatosplenomegali dan disfungsi neurologis progresif.

Struktur

Sphingomyelin adalah molekul amphipathic yang terdiri dari kepala kutub dan dua ekor apolar. Kelompok kepala kutub adalah molekul fosfokolin, sehingga mungkin tampak mirip dengan gliserofosfolipid fosfatidilkolin (PC). Namun, ada perbedaan substansial mengenai daerah antarmuka dan hidrofobik antara kedua molekul ini.

Basa yang paling umum dalam molekul sphingomyelin mamalia adalah ceramide, terdiri dari sphingosine (1,3-dihydroxy-2-amino-4-octadecene), yang memiliki ikatan rangkap trans antara karbon pada posisi 4 dan 5 dari rantai hidrokarbon. Turunan jenuhnya, sphinganine, juga umum, tetapi ditemukan pada tingkat yang lebih rendah.

Panjang ekor hidrofobik sfingomielin berkisar antara 16 hingga 24 atom karbon dan komposisi asam lemak bervariasi tergantung pada jaringan.

Sfingomielin dalam materi putih otak manusia, misalnya, memiliki asam saraf, materi abu-abu terutama mengandung asam stearat, dan bentuk umum dalam trombosit adalah arakidonat.

Umumnya ada perbedaan panjang antara dua rantai asam lemak sfingomielin, yang tampaknya mendukung fenomena "interdigitasi" antara hidrokarbon dalam lapisan tunggal yang berlawanan. Ini memberi membran stabilitas khusus dan sifat khusus dibandingkan dengan membran lain yang lebih buruk dalam sfingolipid ini.

Di daerah antarmuka molekul, sfingomielin memiliki gugus amida dan hidroksil bebas pada karbon 3, yang dapat berfungsi sebagai donor dan akseptor ikatan hidrogen untuk ikatan intra dan antarmolekul, penting dalam definisi domain samping dan interaksi. dengan berbagai jenis molekul.

fitur

-Sinyalan

Produk metabolisme sphingosine -ceramide, sphingosine, sphingosine 1-phosphate dan diacylglycerol-, adalah efektor seluler yang penting dan memberikan peran dalam beberapa fungsi seluler, seperti apoptosis, perkembangan dan penuaan, pensinyalan sel, antara lain.

-Struktur

Berkat struktur tiga dimensi "silinder" dari sfingomielin, lipid ini dapat membentuk domain membran yang lebih padat dan teratur, yang memiliki implikasi fungsional penting dari sudut pandang protein, karena dapat membentuk domain spesifik untuk beberapa protein membran integral.

Dalam lipid "rakit" dan caveolae

Rakit lipid, fase membran atau domain mikro tersusun dari sphingolipid seperti sphingomyelin, beberapa gliserofosfolipid, dan kolesterol, mewakili platform stabil untuk asosiasi protein membran dengan berbagai fungsi (reseptor, transporter, dll.).

Caveolae adalah invaginasi membran plasma yang merekrut protein dengan jangkar GPI dan juga kaya akan sfingomielin.

Tentang kolesterol

Kolesterol, karena kekakuan strukturalnya, secara signifikan mempengaruhi struktur membran sel, terutama dalam aspek yang berkaitan dengan fluiditas, oleh karena itu kolesterol dianggap sebagai elemen esensial.

Karena sfingomielin memiliki donor dan akseptor ikatan hidrogen, diyakini bahwa mereka mampu membentuk interaksi yang lebih "stabil" dengan molekul kolesterol. Untuk alasan inilah dikatakan bahwa terdapat korelasi positif antara kadar kolesterol dan sphingomyelin pada membran.

Perpaduan

Sintesis sfingomielin terjadi di kompleks Golgi, di mana ceramide yang diangkut dari retikulum endoplasma (ER) dimodifikasi dengan transfer molekul fosfokolin dari fosfatidilkolin, dengan pelepasan molekul diasilgliserol secara bersamaan. Reaksi ini dikatalisis oleh sintase SM (ceramide: phosphatidylcholine phosphocholine transferase).

Ada juga jalur produksi sphingomyelin lain yang dapat terjadi dengan transfer fosfoetanolamina dari phosphatidylethanolamine (PE) ke ceramide, dengan metilasi fosfoetanolamina berikutnya. Ini dianggap sangat penting di beberapa jaringan saraf kaya PE.

Sintase sfingomielin ditemukan di sisi luminal membran kompleks Golgi, yang konsisten dengan lokasi sfingomielin ekstrasitoplasma di sebagian besar sel.

Karena karakteristik kelompok polar dari sphingomyelin dan tidak adanya translocase spesifik, orientasi topologi dari lipid ini bergantung pada enzim sintase.

Metabolisme

Degradasi sfingomielin dapat terjadi pada membran plasma dan lisosom. Hidrolisis lisosom menjadi ceramide dan fosfokolin bergantung pada sfingomielinase asam, glikoprotein lisosom terlarut yang aktivitasnya memiliki pH optimum sekitar 4,5.

Hidrolisis di membran plasma dikatalisis oleh sphingomyelinase yang bekerja pada pH 7,4 dan membutuhkan magnesium divalen atau ion mangan untuk operasinya. Enzim lain yang terlibat dalam metabolisme dan daur ulang sphingomyelin ditemukan di berbagai organel yang terhubung satu sama lain melalui jalur transportasi vesikuler.

Referensi

1. Barenholz, Y., & Thompson, TE (1999). Sphingomyelin: aspek biofisik. Kimia dan Fisika Lipid, 102, 29–34.
2. Kanfer, J., & Hakomori, S. (1983). Biokimia Sphingolipid. (D. Hanahan, Ed.), Handbook of Lipid Research 3 (edisi ke-1st). Pleno Press.
3. Koval, M., & Pagano, R. (1991). Transpor intraseluler dan metabolisme sphingomyelin. Biochimic, 1082, 113-125.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (edisi ke-5th). Freeman, WH & Company.
5. Millat, G., Chikh, K., Naureckiene, S., Sleat, DE, Fensom, AH, Higaki, K.,… Vanier, MT (2001). Penyakit Pilih Niemann Tipe C: Spektrum Mutasi HE1 dan Korelasi Genotipe / Fenotipe di Grup NPC2. Am J. Hum. Genet. , 69, 1013-1021.
6. Ramstedt, B., & Slotte, P. (2002). Sifat membran sphingomyelins. FEBS Letters, 531, 33–37.
7. Slotte, P. (1999). Sphingomyelin - interaksi kolesterol dalam membran biologis dan model. Kimia dan Fisika Lipid, 102, 13–27.
8. Vance, JE, & Vance, DE (2008). Biokimia lipid, lipoprotein dan membran. Dalam New Comprehensive Biochemistry Vol. 36 (edisi ke-4th). Elsevier.