The phosphatidylethanolamine (PE) adalah gliserofosfolipid berlimpah dalam membran plasma prokariota. Sebaliknya, dalam membran sel eukariotik, ini adalah gliserofosfolipid paling melimpah kedua di permukaan dalam membran plasma setelah fosfatidilkolin.
Meskipun fosfatidylethanolamine melimpah, kelimpahannya tidak hanya bergantung pada jenis sel tetapi juga pada kompartemen dan momen siklus hidup sel tertentu yang dipertimbangkan.
Molekul fosfatidletanolamina
Membran biologis adalah penghalang yang menentukan organisme seluler. Mereka tidak hanya memiliki fungsi perlindungan dan isolasi, tetapi juga merupakan kunci pembentukan protein yang membutuhkan lingkungan hidrofobik agar berfungsi optimal.
Baik eukariota dan prokariota memiliki membran yang terutama terdiri dari gliserofosfolipid dan pada tingkat yang lebih rendah sfingolipid dan sterol.
Gliserofosfolipid adalah molekul amphipathic yang terstruktur pada tulang punggung L-gliserol yang diesterifikasi pada posisi sn-1 dan sn-2 oleh dua asam lemak dengan panjang dan derajat kejenuhan yang bervariasi. Dalam hidroksil dari posisi sn-3 itu diesterifikasi oleh gugus fosfat, yang pada gilirannya berbagai jenis molekul dapat dilampirkan yang menimbulkan berbagai kelas gliserofosfolipid.
Di dunia seluler terdapat berbagai macam gliserofosfolipid, namun yang paling melimpah adalah phosphatidylcholine (PC), phosphatidylethanolamine (PE), phosphatidylserine (PS), phosphatidylinositol (PI), phosphatidic acid (PA), phosphatidylglycerol (PG) and kardiolipin (CL).
Struktur
Struktur fosfatidiletanolamina ditemukan oleh Baer dkk. Pada tahun 1952. Sebagaimana telah ditentukan secara eksperimental untuk semua gliserofosfolipid, fosfatidiletanolamina terdiri dari molekul gliserol yang diesterifikasi pada posisi sn-1 dan sn-2 dengan rantai asam berlemak dengan antara 16 dan 20 atom karbon.
Asam lemak yang diesterifikasi dalam sn-1 hidroksil umumnya jenuh (tanpa ikatan rangkap) dengan panjang maksimum 18 atom karbon, sedangkan rantai yang terhubung pada posisi sn-2 lebih panjang dan dengan satu atau lebih ketidakjenuhan ( ikatan ganda).
Tingkat kejenuhan rantai ini berkontribusi pada elastisitas membran, yang memiliki pengaruh besar pada penyisipan dan sekuestrasi protein dalam lapisan ganda.
Phosphatidylethanolamine dianggap sebagai gliserofosfolipid non-lamelar, karena memiliki bentuk geometris kerucut. Bentuk ini diberikan oleh ukuran kecil dari kelompok polar atau "kepala", dalam kaitannya dengan rantai asam lemak yang membentuk "ekor" hidrofobik.
"Kepala" atau gugus kutub fosfatidiletanolamina memiliki karakter zwitterionik, yaitu memiliki gugus yang dapat bermuatan positif dan negatif pada kondisi pH tertentu.
Karakteristik ini memungkinkannya untuk ikatan hidrogen dengan sejumlah besar residu asam amino dan distribusi muatannya merupakan penentu penting untuk topologi domain dari banyak protein membran integral.
Biosintesis
Dalam sel eukariotik, sintesis lipid struktural dibatasi secara geografis, situs biosintesis utama adalah retikulum endoplasma (ER) dan pada tingkat yang lebih rendah aparatus Golgi.
Ada empat jalur biosintetik independen untuk produksi fosfatidylethanolamine: (1) jalur CDP-ethanolamine, juga dikenal sebagai jalur Kennedy; (2) jalur PSD untuk dekarboksilasi fosfatidilserin (PS); (3) asilasi lyso-PE dan (4) reaksi perubahan basa gugus kutub gliserofosfolipid lain.
Rute Kennedy
Biosintesis fosfatidylethanolamine melalui jalur ini terbatas pada ER dan telah ditunjukkan bahwa dalam sel hati hamster merupakan jalur produksi utama. Ini terdiri dari tiga langkah enzimatik berturut-turut yang dikatalisasi oleh tiga enzim berbeda.
Pada langkah pertama, fosfoetanolamina dan ADP diproduksi berkat aksi etanolamina kinase, yang mengkatalisis fosforilasi etanolamina yang bergantung pada ATP.
Tidak seperti tumbuhan, baik mamalia maupun ragi tidak mampu menghasilkan substrat ini, sehingga harus dikonsumsi dalam makanan atau diperoleh dari degradasi molekul fosfatidylethanolamine atau sphingosine yang sudah ada sebelumnya.
Phosphoethanolamine digunakan oleh CTP: phosphoethanolamine cytidyltransferase (ET) untuk membentuk senyawa berenergi tinggi CDP: ethanolamine dan anorganic phosphate.
1,2-Diacylglycerol ethanolamine phosphotransferase (ETP) menggunakan energi yang terkandung dalam ikatan CDP-ethanolamine untuk mengikat ethanolamine secara kovalen ke molekul diacylglycerol yang disisipkan membran, sehingga menimbulkan fosfatidylethanolamine.
Rute PSD
Rute ini beroperasi baik pada prokariota maupun pada ragi dan mamalia. Pada bakteri itu terjadi di membran plasma, tetapi pada eukariota terjadi di area retikulum endoplasma yang terkait erat dengan membran mitokondria.
Pada mamalia, jalur tersebut dikatalisis oleh enzim tunggal, phosphatidylserine decarboxylase (PSD1p), yang tertanam di membran mitokondria, yang gennya dikodekan oleh nukleus. Reaksi melibatkan dekarboksilasi PS menjadi fosfatidiletanolamina.
Dua jalur yang tersisa (asilasi PE-lyso dan pertukaran kalsium yang bergantung pada gugus kutub) terjadi di retikulum endoplasma, tetapi tidak berkontribusi secara signifikan terhadap total produksi fosfatidiletanolamina dalam sel eukariotik.
fitur
Gliserofosfolipid memiliki tiga fungsi utama dalam sel, di antaranya adalah fungsi struktural, penyimpanan energi, dan pensinyalan sel.
Phosphatidylethanolamine dikaitkan dengan penahan, stabilisasi, dan pelipatan beberapa protein membran, serta perubahan konformasi yang diperlukan untuk fungsi banyak enzim.
Ada bukti eksperimental yang mengusulkan phosphatidylethanolamine sebagai gliserofosfolipid penting dalam tahap akhir telofase, selama pembentukan cincin kontraktil dan pembentukan fragmoplas yang memungkinkan pembelahan membran dua sel anak.
Ini juga memiliki peran penting dalam semua proses fusi dan fisi (penyatuan dan pemisahan) membran retikulum endoplasma dan aparat Golgi.
Dalam E. coli telah ditunjukkan bahwa fosfatidylethanolamine diperlukan untuk melipat dan fungsi enzim laktosa permease yang benar, oleh karena itu telah disarankan bahwa ia berperan sebagai "pendamping" molekuler.
Phosphatidylethanolamine adalah donor utama molekul ethanolamine yang diperlukan untuk modifikasi pasca-translasi berbagai protein, seperti jangkar GPI.
Gliserofosfolipid ini adalah prekursor banyak molekul dengan aktivitas enzimatik. Lebih lanjut, molekul yang diturunkan dari metabolisme, serta diasilgliserol, asam fosfatidat dan beberapa asam lemak, dapat bertindak sebagai pembawa pesan kedua. Selain itu, ini merupakan substrat penting untuk produksi fosfatidilkolin.
Referensi
- Brouwers, JFHM, Vernooij, EAAM, Tielens, AGM, & van Golde, LMG (1999). Pemisahan cepat dan identifikasi spesies molekul fosfatidletanolamina. Jurnal Penelitian Lipid, 40 (1), 164–169. Dipulihkan dari jlr.org
- Calzada, E., McCaffery, JM, & Claypool, SM (2018). Phosphatidylethanolamine yang diproduksi di membran mitokondria bagian dalam sangat penting untuk fungsi kompleks sitokrom bc1 ragi 3. BioRxiv, 1, 46.
- Calzada, E., Onguka, O., & Claypool, SM (2016). Metabolisme Phosphatidylethanolamine dalam Kesehatan dan Penyakit. Ulasan Internasional Biologi Sel dan Molekuler (Vol. 321). Elsevier Inc.
- Gibellini, F., & Smith, TK (2010). Sintesis fosfatidylethanolamine dan fosfatidilkolin jalur Kennedy-de novo. IUBMB Life, 62 (6), 414–428.
- 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. Cambrudge University Press. Dipulihkan dari cambrudge.org
- Seddon, JM, Cevc, G., Kaye, RD, & Marsh, D. (1984). Studi Difraksi Sinar-X dari Polimorfisme Diasil- dan Dialkylphosphatidylethanolamines Terhidrasi. Biokimia, 23 (12), 2634-2644.
- Sendecki, AM, Poyton, MF, Baxter, AJ, Yang, T., & Cremer, PS (2017). Lapisan Ganda Lipid yang Didukung dengan Phosphatidylethanolamine sebagai Komponen Utama. Langmuir, 33 (46), 13423–13429.
- van Meer, G., Voelker, DR, & Feignenson, GW (2008). Lipid membran: di mana mereka berada dan bagaimana perilakunya. Ulasan Alam, 9, 112-124.
- Vance, JE (2003). Biologi Molekuler dan Sel Metabolisme Phosphatidylserine dan Phosphatidylethanolamine. Dalam K. Moldave (Ed.), Progress Nucleic Acid Research and Molecular Biology (pp. 69-111). Pers Akademik.
- Vance, JE (2008). Phosphatidylserine dan phosphatidylethanolamine dalam sel mamalia: dua aminofosfolipid yang terkait secara metabolik. Jurnal Penelitian Lipid, 49 (7), 1377-1387.
- Vance, JE, & Tasseva, G. (2013). Pembentukan dan fungsi phosphatidylserine dan phosphatidylethanolamine dalam sel mamalia. Biochimica et Biophysica Acta - Molekul dan Biologi Sel Lipid, 1831 (3), 543–554.
- Watkins, SM, Zhu, X., & Zeisel, SH (2003). Aktivitas Phosphatidylethanolamine-N-methyltransferase dan diet choline mengatur fluks lipid plasma hati dan metabolisme asam lemak esensial pada tikus. The Journal of Nutrition, 133 (11), 3386-3391.