스핑 고지 질 : 특성, 기능, 그룹, 합성 - 생물학

스핑 고리 피드는 생체막의 지질의 세 가지 주요 제품군 중 하나입니다. 글리세로 인지질 및 스테롤과 마찬가지로 친수성 극성 영역과 소수성 무극성 영역을 가진 양친 매성 분자입니다.

그들은 1884 년 Johann LW Thudichum에 의해 처음으로 기술되었으며, 그는 세 가지 다른 종류의 스핑 고지 질 (스 핑고 미엘린, 세레브로 사이드 및 세레브로 설파 타이드)에 속하는 세 가지 스핑 고지 질, 즉 포스 포 에스 핑 고지 질, 중성 및 산성 글리 코스 핑 고지 질을 설명했습니다.

Alejandro Porto, Wikimedia Commons를 통해

글리세로 인지질과 달리 스핑 고지 질은 글리세롤 3- 인산 분자를 주 골격으로하는 것이 아니라 아미드 결합으로 연결된 긴 탄화수소 사슬을 가진 아미노 알코올 인 스핑 고신에서 파생 된 화합물입니다.

복잡성과 다양성 측면에서 포유류의 스핑 고지 질에 대해 최소 5 가지 유형의 염기가 알려져 있습니다. 이러한 염기는 발생할 수있는 극성 그룹의 다양한 변화 외에도 다양한 길이와 포화도를 가진 20 가지 이상의 서로 다른 유형의 지방산으로 결합 될 수 있습니다.

생물학적 막은 약 20 %의 스핑 고지 질을 가지고 있습니다. 이들은 구조에서 신호 전달 및 다양한 셀룰러 통신 프로세스의 제어에 이르기까지 세포에서 다양하고 중요한 기능을 가지고 있습니다.

이 분자들의 분포는 그들이 발견되는 세포 기관의 기능에 따라 다르지만, 일반적으로 스핑 고지 질의 농도는 내부 단층 및 다른 구획보다 원형질막의 외부 단층에서 훨씬 더 높습니다.

인간에는 최소 60 종의 스핑 고지 질이 있습니다. 그들 중 다수는 신경 세포 막의 중요한 구성 요소이며 다른 것들은 중요한 구조적 역할을하거나 신호 전달, 인식, 세포 분화, 병인, 프로그램 된 세포 사멸 등에 참여합니다.

E 구조

스핑 고지 질의 일반적인 구조. Wikimedia Commons의 LHcheM

모든 스핑 고지 질은 L- 세린에서 파생되며, L- 세린은 장쇄 지방산과 응축되어 장쇄 염기 (LCB)라고도 알려진 스 핑고 이드 염기를 형성합니다.

가장 일반적인 염기는 스 핑가 닌과 스핑 고신으로, 스핑 고신 지방산의 탄소 4와 5 사이에 트랜스 이중 결합이있는 경우에만 서로 다릅니다.

스핑 고신의 탄소 1, 2 및 3은 글리세로 인지질의 글리세롤 탄소와 구조적으로 유사합니다. 지방산이 아미드 결합을 통해 스핑 고신의 탄소 2에 부착되면 디아 실 글리세롤과 매우 유사한 분자이며 가장 단순한 스핑 고지 질을 나타내는 세라마이드가 생성됩니다.

이러한 지질의 소수성 영역을 구성하는 장쇄 지방산은 매우 다양 할 수 있습니다. 길이는 일반적으로 탄소 4와 5 사이에 다른 포화도를 가질 수있는 탄소 원자 14 개에서 22 개까지 다양합니다.

위치 4 또는 6에서 그들은 다른 위치 또는 심지어 메틸기와 같은 분지에 히드 록 실기와 이중 결합을 가질 수 있습니다.

형질

아미드 결합에 의해 세라마이드에 연결된 지방산 사슬은 일반적으로 포화되어 있으며 생물학적 활성에 중요한 것으로 보이는 글리세로 인지질에서 발견되는 것보다 긴 경향이 있습니다.

스핑 고지 질 골격의 특징은 지질 분자 중에서 드물게 중성 pH에서 순 양전하를 가질 수 있다는 것입니다.

그러나, 아미노 그룹의 pK a는 7-8 사이의 단순한 아민에 비해 낮기 때문에 분자의 일부가 생리적 pH에서 충전되지 않아 이들 사이의 "자유로운"이동을 설명 할 수 있습니다. 이중층.

스핑 고지 질의 전통적인 분류는 특히 극성 헤드 그룹의 치환과 관련하여 세라마이드 분자가 겪을 수있는 여러 변형에서 발생합니다.

풍모

스핑 고지 질은 동물, 식물, 균류는 물론 일부 원핵 생물 및 바이러스에 필수적입니다.

-구조적 기능

스핑 고지 질은 유동성, 두께 및 곡률을 포함하여 멤브레인의 물리적 특성을 조절합니다. 이러한 특성을 조절하면 막 단백질의 공간 구성에 직접적인 영향을 미칩니다.

지질 "뗏목"에서

생물학적 막에서는 콜레스테롤과 지질 뗏목이라고하는 스핑 고지 질 분자로 구성된 유동성이 적은 동적 마이크로 도메인을 감지 할 수 있습니다.

이러한 구조는 자연적으로 발생하며 통합 단백질, 세포 표면 수용체 및 신호 전달 단백질, 수송 체 및 글리코 실 포스파티딜 이노시톨 (GPI) 앵커가있는 기타 단백질과 밀접한 관련이 있습니다.

-사이 니지 기능

그들은 두 번째 메신저 또는 세포 표면 수용체에 대한 분비 리간드로 작용하는 신호 분자로서의 기능을 가지고 있습니다.

2 차 메신저로서 그들은 칼슘 항상성 조절, 세포 성장, 종양 형성 및 세포 자멸사 억제에 참여할 수 있습니다. 또한, 많은 통합 및 말초 막 단백질의 활성은 스핑 고지 질과의 연관성에 달려 있습니다.

세포와 세포와 그 환경 사이의 많은 상호 작용은 원형질막의 외부 표면에 대한 다른 극성 스핑 고지 질 그룹의 노출에 달려 있습니다.

글리 코스 핑 고지 질과 렉틴의 결합은 미엘린과 축삭 돌기의 연관성, 호중구가 내피에 부착하는 데 중요합니다.

신진 대사의 부산물

가장 중요한 신호 전달 스핑 고지 질은 장쇄 염기 또는 스핑 고신과 세라마이드, 그리고 스핑 고신 1- 포스페이트와 같은 인산화 유도체입니다.

많은 스핑 고지 질의 대사 산물은 성장, 분화 및 세포 사멸과 같은 복잡한 세포 행동을 제어하는 여러 하류 표적 (단백질 키나제, 인 단백질 인산 분해 효소 등)을 활성화하거나 억제합니다.

-막의 수용체로서

일부 병원체는 글리 코스 핑 고지 질을 수용체로 사용하여 숙주 세포로의 진입을 매개하거나 독성 인자를 전달합니다.

스핑 고지 질은 분비, 세포 내 이입, 화학 주성, 신경 전달, 혈관 신생 및 염증과 같은 여러 세포 사건에 참여하는 것으로 나타났습니다.

그들은 또한 막 밀매에 관여하여 수용체 내재화, 순서, 이동 및 다른 자극에 대한 반응으로 분비 소포의 융합에 영향을 미칩니다.

스핑 고지 질 그룹

스핑 고지 질에는 세 가지 하위 부류가 있으며, 모두 세라마이드에서 파생되고 극성 그룹, 즉 스 핑고 미엘린, 당지질 및 강글리오사이드에 의해 서로 다릅니다.

스 핑고 미엘린

스핑 고마 일린. 블랙 : 스핑 고신. 빨간색 : 포스 포 콜린. 파란색 : 지방산.

이들은 포스 포 콜린 또는 포스 포 에탄올 아민을 극성 헤드 그룹으로 포함하므로 글리세로 인지질과 함께 인지질로 분류됩니다. 물론 그들은 극성 머리에 전하가 없기 때문에 3 차원 구조와 일반적인 특성에서 포스파티딜콜린과 유사합니다.

그들은 동물 세포의 원형질막에 존재하며 특히 일부 뉴런의 축삭을 둘러싸고 절연하는 덮개 인 미엘린에 풍부합니다.

중성 당지질 또는 당지질 (무료)

당지질 Wikimedia Commons의 Wpcrosson

그들은 주로 원형질막의 바깥면에서 발견되며 세라마이드 부분의 탄소 1의 하이드 록실에 직접 부착 된 극성 헤드 그룹으로서 하나 이상의 당을 가지고 있습니다. 그들은 인산염 그룹이 없습니다. pH 7에서는 전하가 없기 때문에 중성 당지질이라고합니다.

Cerebrosides는 세라마이드에 단일 당 분자가 부착되어 있습니다. 갈락토스를 포함하는 것은 비 신경 조직 세포의 원형질막에서 발견됩니다. Globosides는 일반적으로 D- 포도당, D- 갈락토오스 또는 N- 아세틸 -D- 갈 락토 사민과 같은 2 개 이상의 당이있는 글리 코스 핑 고지 질입니다.

산성 gangliosides 또는 glycosphingolipids

강글리오사이드 GM1의 구조

이들은 가장 복잡한 스핑 고지 질입니다. 그들은 극성 헤드 그룹으로 올리고당과 시알 산이라고도하는 하나 이상의 말단 N- 아세틸 무라 민산 잔기를 가지고 있습니다. 시알 산은 중성 당지질과 구별되는 pH 7에서 강글리오사이드에 음전하를 부여합니다.

이 부류의 스핑 고지 질의 명명법은 극성 헤드의 올리고당 부분에 존재하는 시알 산 잔기의 양에 따라 달라집니다.

합성

장쇄 염기 분자 또는 스핑 고신은 소포체 (ER)에서 합성되며 이러한 지질의 머리에 극성 그룹이 추가되는 것은 나중에 골지 복합체에서 발생합니다. 포유류에서는 스핑 고지 질의 일부 합성이 미토콘드리아에서도 발생할 수 있습니다.

골지 복합체에서 합성을 완료 한 후 스핑 고지 질은 소포 매개 메커니즘을 통해 다른 세포 구획으로 운반됩니다.

스핑 고지 질의 생합성은 장쇄 염기의 합성, 아미드 결합을 통한 지방산 결합에 의한 세라마이드의 생합성, 그리고 마지막으로 다음을 통한 복합 스핑 고지 질의 형성의 세 가지 기본 이벤트로 구성됩니다. 스 핑고 이드 염기의 탄소 1에있는 극성 그룹의 결합.

드 노보 합성 외에도 스핑 고지 질은 스핑 고지 질 풀에 공급할 수있는 장쇄 염기 및 세라마이드의 전환 또는 재활용에 의해 형성 될 수 있습니다.

세라마이드 골격의 합성

스핑 고지 질의 중추 인 세라마이드의 생합성은 팔미 토일 -CoA 분자와 L- 세린의 탈 탄산 축합으로 시작됩니다. 반응은 피리 독살 포스페이트에 의존하는 이종이 량체 세린 팔미 토일 전이 효소 (SPT)에 의해 촉매되며 생성물은 3- 케토 디 히드로스 핑 고신이다.

이 효소는 β- 할로 -L- 알라닌과 L- 시클로 세린에 의해 억제됩니다. 효모에서는 두 개의 유전자에 의해 암호화되는 반면 포유류에서는이 효소에 대한 세 가지 유전자가 있습니다. 활성 부위는 소포체의 세포질 측면에 있습니다.

이 첫 번째 효소의 역할은 연구 된 모든 유기체에서 보존됩니다. 그러나 효소의 세포 하 위치와 관련이있는 분류군 사이에는 약간의 차이가 있습니다. 박테리아는 세포질이고, 효모, 식물 및 동물은 소포체에 있습니다.

3- 케 토핑가 닌은 이후 NADPH 의존성 3- 케 토핑가 닌 환원 효소에 의해 감소되어 스 핑가 닌을 생성합니다. Dihydroceramide synthase (sphinganine N-acyl transferase)는 스 핑가 닌을 아세틸 화하여 dihydroceramide를 생성합니다. 세라마이드는 4-5 번 위치에 트랜스 이중 결합을 삽입하는 디 하이드로 세라마이드 불포화 효소 / 리덕 타제에 의해 형성됩니다.

포유류에는 세라마이드 신타 제의 수많은 동형이 있으며, 각각은 특정 사슬의 지방산을 장쇄 염기에 결합합니다. 따라서 세라마이드 신타 제 및 기타 효소 인 연장 효소는 스핑 고지 질의 지방산에 대한 주요 다양성 원천을 제공합니다.

특정 스핑 고지 질 형성

스 핑고 미엘린은 포스파티딜콜린에서 세라마이드로 포스 포 콜린이 전달되어 디아 실 글리세롤을 방출함으로써 합성됩니다. 반응은 스핑 고지 질과 글리세로 인지질 신호 경로를 연결합니다.

포스 포 에탄올 아민 세라마이드는 포스파티딜 에탄올 아민과 세라마이드로부터 스 핑고 미엘린 합성과 유사한 반응으로 합성되며 일단 형성되면 스 핑고 미엘린으로 메틸화 될 수 있습니다. 이노시톨 포스페이트 세라마이드는 포스파티딜 이노시톨로부터 에스테르 교환에 의해 형성됩니다.

Glycosphingolipids는 주로 Golgi 복합체에서 변형되며, 특정 glycosyltransferase 효소가 세라마이드 골격의 친수성 영역에 올리고당 사슬을 추가하는 데 참여합니다.

대사

스핑 고지 질의 분해는 글루코 가수 분해 효소와 스핑 고미 엘리나 아제에 의해 수행되며, 이는 극성기의 변형을 제거하는 역할을합니다. 반면 세라 미다 제는 세라마이드에서 장쇄 염기를 재생합니다.

강글리오사이드는 당 단위의 단계별 제거를 촉매하는 일련의 리소좀 효소에 의해 분해되어 결국 세라마이드를 생성합니다.

또 다른 분해 경로는 원형질막으로 다시 보내지거나 특정 산 가수 분해 효소에 의해 분해되는 리소좀으로 운반되는 내포성 소포에서 스핑 고지 질의 내재화로 구성됩니다.

모든 장쇄 염기가 재활용되는 것은 아니며, 소포체에는 말단 분해 경로가 있습니다. 이 분해 메커니즘은 LCB의 아 실화 대신 인산화로 구성되어 LCB- 인산을 절단하여 아실로 알데히드와 포스 포 에탄올 아민을 생성하는 용해 효소에 대한 가용성 기질이 될 수있는 신호 분자를 생성합니다.

규제

이러한 지질의 대사는 다양한 수준에서 조절되며, 그중 하나는 합성을 담당하는 효소의 대사, 번역 후 변형 및 알로 스테 릭 메커니즘입니다.

일부 조절 메커니즘은 세포가 생성되는 순간을 제어하거나 특정 신호에 대한 반응으로 세포 특이 적입니다.

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