Struttura cardiolipina, sintesi, funzioni

IL Cardiolipina, Conosciuto anche come defatidilglicerolo, è un lipide della famiglia di glyceoposfolipidi e del gruppo di poliglifosfolipidi. Si trova nella membrana mitocondriale degli organismi eucariotici, nella membrana plasmatica di molti batteri e anche in alcuni archi.

Fu scoperto da Pangborn nel 1942 dall'analisi dei lipidi di membrana del tessuto cardiaco di un bovino. La sua struttura fu proposta nel 1956 e la sintesi chimica ebbe luogo circa 10 anni dopo.

Struttura cardiolipina (fonte: Edgar181 [dominio pubblico] via Wikimedia Commons)

Alcuni autori ritengono che la loro presenza sia limitata alle membrane che producono ATP, come nel caso dei mitocondri negli eucarioti, membrane plasmatiche nei batteri e idrogenosomi (organelli di tipo Mmitocondri) in alcuni protisti).

Il fatto che la cardiolipina sia nei mitocondri e nella membrana plasmatica dei batteri è stato usato per rafforzare le basi della teoria endosimbiotica, il che stabilisce che i mitocondri sono sorti nelle cellule progenitrici degli eucarioti mediante fagocitosi di un batterio, che è diventato poi dipendente da la cella e viceversa.

La sua via biosintetica negli animali è stata descritta tra il 1970 e il 1972 e successivamente è stato dimostrato che è la stessa via che si verifica in piante, lieviti, funghi e invertebrati. Non è un lipide molto abbondante, ma le cellule richiedono che funzionino correttamente.

L'importanza di questo fosfolipide per i mitocondri e, quindi, per il metabolismo cellulare, è evidente quando il funzionamento difettoso delle rotte metaboliche associate produce una patologia umana nota come sindrome di Barth (miopatia cardiooscheletrica).

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Struttura

Cardiolipina o defospatidilglicerolo è composto da due acidi fosfatidi (più semplice fosfolipide) collegati tra loro attraverso una molecola di glicerolo.

L'acido fosfatidico, uno degli intermediari comuni sulle rotte biosintetiche di altri fosfolipidi, è costituito da una molecola di glicerolo 3-fosfato, a cui due catene di acidi grassi sono esterificate nelle posizioni dei carboni 1 e 2, quindi è noto anche come 1.2 -Diacilglicerolo 3-fosfato.

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Pertanto, la cardiolipina è composta da tre molecole di glicerolo: un glicerolo centrale, insieme a un gruppo di fosfato nel carbonio 1, un altro gruppo di fosfato nel carbonio 3 e un gruppo idrossile nel carbonio 2; e due gliceroli "laterali".

Le due molecole di glicerolo "laterale" si legano alla molecola centrale mediante "ponti glicerolo" attraverso i loro carboni in posizione 3. Nei carboni delle posizioni 1 e 2, due catene di acidi grassi e saturazione variabile hanno esterificato.

La cardiolipina è un lipide che può o meno formare bicapas, a seconda della presenza o dell'assenza di cationi divalenti. Ciò è correlato al fatto che si tratta di una molecola simmetrica, che la rende importante nelle membrane che sono responsabili dei processi di trasduzione dell'energia.

Come gli altri lipidi del gruppo di poliglifosfolipidi, la cardiolipina ha diversi gruppi idrossilici che possono servire per l'unione di acidi grassi. Pertanto, ha più stereoisomeri posizionali.

I suoi acidi grassi

Diversi studi hanno determinato che gli acidi grassi attaccati alle molecole di glicerolo laterale della cardiolipina sono tipicamente insaturi, ma il grado di insaturazione non è stato determinato.

Quindi, tali acidi grassi possono avere tra 14 e 22 carboni di lunghezza e da 0 a 6 doppi legami. Questo e il fatto che la cardiolipina abbia quattro molecole di grasso legate, implica che potrebbero esserci più variabili e combinazioni di questo fosfolipide.

Sintesi

La biosintesi della cardiolipina, come prevedibile, inizia con la sintesi di acido fosfatidico o 1,2-diacilglicerolo 3-fosfato da glicerolo 3-fosfato e acidi grassi e acidi grassi. Questo processo si verifica nei mitocondri degli eucarioti e nella membrana plasmatica dei batteri.

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Sintesi negli eucarioti

Dopo la formazione, l'acido fosfatidico reagisce con una molecola ad alta energia analoga all'ATP: CTP. Quindi un intermediario, anch'esso di alta energia, è noto come fosfatidil-CMP. Il gruppo di fosfatidili attivato viene trasferito al gruppo idrossilico nella posizione C1 della molecola di glicerolo centrale che funge da scheletro.

Questo processo risulta. Ciò riceve un altro gruppo fosfatidilico attivato da un'altra molecola fosfatidil-CMP, una reazione catalizzata da una fosfatidiltransferasi nota anche come cardiolipina sintasi.

L'enzima cardiolipina sintasi si trova nella membrana mitocondriale interna e sembra formare un grande complesso, almeno nei lieviti. Il suo gene è espresso in grandi quantità in tessuti ricchi nei mitocondri come il cuore, il fegato e il muscolo scheletrico dei vertebrati.

La regolazione della sua attività dipende, in larga misura, dagli stessi fattori di trascrizione e dai fattori endocrini che modulano la biogenesi mitocondriale.

Una volta sintetizzata nella membrana mitocondriale interna, la cardiolipina deve essere traslocata verso la membrana mitocondriale esterna in modo che vengano riportate una serie di processi topologici nella membrana e altri elementi strutturali degli stessi siano sistemati.

Sintesi in procarioti

Il contenuto di cardiolipina nei batteri può essere molto variabile e dipende principalmente dallo stato fisiologico delle cellule: di solito è meno abbondante nella fase esponenziale della crescita e più abbondante quando c'è una riduzione (nella fase stazionaria, ad esempio).

La sua via biosintetica può essere percorsa da diversi stimoli stressanti come il deficit energetico o lo stress osmotico.

Fino alla formazione di fosfatidilglicerolo, il processo negli eucarioti e sui procarioti è equivalente, ma nei procarioti il ​​fosfatidilglicerolo riceve, mediante transcessterificazione, un gruppo di fosfatidilico da un'altra molecola di fosfatidilglicerololole. Questa reazione è catalizzata da un enzima fosfolipasi D anche noto come cardiolipina sintasi.

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Questa reazione è nota come reazione di "transfatidilazione" (dall'inglese "Transposphatidilazione "), Dove uno dei fosfatidilgliceroli funge da donatore del gruppo di fosfatidili e l'altro come accettore.

Funzioni

Le caratteristiche fisiche delle molecole di cardiolipina apparentemente consentono alcune interazioni che svolgono importanti funzioni nell'organizzazione strutturale delle membrane in cui si trovano.

Tra queste funzioni ci sono la discriminazione di alcuni domini di membrana, interazione o "sincronizzazione incrociata" con proteine ​​transmarket o i loro sottodomini, tra gli altri.

Grazie alle sue caratteristiche fisico -chimiche, la cardiolipina è riconosciuta come un lipide che non forma Bápara, ma la cui funzione può essere la stabilizzazione e "accogliere" delle proteine ​​trasmembrane nei bicapas lipidici.

Le sue caratteristiche elettriche, in particolare, offrono funzioni nei processi di trasferimento di protoni che si svolgono nei mitocondri.

Sebbene le cellule possano sopravvivere senza questo fosfolipide, alcuni studi hanno determinato che è necessario per il funzionamento ottimale di essi.

Riferimenti

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