FOSFATIDYLINOSITOL: STRUCTUUR, VORMING, FUNCTIES - BIOLOGIE - 2026

De fosfatidylinositol is een fosfolipidenfamilie van glycerofosfolipiden of fosfoglyceriden, die aanwezig zijn in biologische membranen. Het maakt ongeveer 10% uit van het totale fosfolipidengehalte in een gemiddelde cel.

Het komt veel voor aan de binnenkant van het plasmamembraan van veel eukaryoten en prokaryoten. Bij zoogdieren en andere gewervelde dieren verrijkt het vooral de membranen van hersencellen; en het was in deze weefsels dat het voor het eerst werd waargenomen door Folch en Wooley in 1942.

Klassieke weergave van fosfatidylinositol (Bron: NEUROtiker via Wikimedia Commons)

De chemische structuur, evenals die van sommige van zijn gefosforyleerde derivaten, werd tussen 1959 en 1961 bepaald door de onderzoeksgroep van Ballou.

Het heeft belangrijke structurele functies, gerelateerd aan zijn overvloed aan membranen, maar het is ook een belangrijke bron van tweede boodschappers die belangrijke implicaties hebben in de cellulaire signaalprocessen die worden geactiveerd door talrijke en diverse speciale stimuli.

Zijn geglycosyleerde vorm draagt ​​bij aan de covalente modificatie van eiwitten waardoor ze zich aan membranen kunnen binden via lipidestructuren die GPI (glycosylfosfatidylinositol) "ankers" worden genoemd.

Structuur

Net als de meeste membraanlipiden is fosfatidylinositol een amfipatisch molecuul, dat wil zeggen dat het een molecuul is met een hydrofiel polair uiteinde en een hydrofoob niet-polair uiteinde.

De algemene structuur is gebaseerd op een 1,2-diacylglycerol-3-fosfaat-ruggengraat, waarbij de twee vetzuurketens veresterd op de koolstofatomen op posities 1 en 2 de apolaire staarten vertegenwoordigen, en de fosfaatgroep, gehecht aan de groep " hoofd ”, vertegenwoordigt het poolgebied.

Hoofdgroep: inositol

Een inositolmolecuul gehecht via een fosfodiesterbinding aan de fosfaatgroep op de koolstof op positie 3 van het glycerolmolecuul vertegenwoordigt de "kop" -groep van dit fosfolipide.

Inositol is een derivaat van cyclohexaan waarvan alle koolstofatomen (6) elk zijn gekoppeld aan een hydroxylgroep. Het kan afkomstig zijn van voedsel dat in de voeding wordt geconsumeerd, van de de novo syntheseroute of van zijn eigen recycling. Hersencellen, maar ook andere weefsels in mindere mate, produceren het uit glucose-6-fosfaat.

De structuur van veel van de fosfatidylinositol-derivaten is niets meer dan een fosfatidylinositol-molecuul waaraan fosfaatgroepen zijn toegevoegd in sommige van de hydroxylgroepen van het inositolgedeelte.

Apolaire staarten

De koolwaterstofketens van de apolaire staarten kunnen verschillende lengtes hebben van 16 tot plus of min 24 koolstofatomen, afhankelijk van het organisme in kwestie.

Deze ketens kunnen verzadigd zijn (koolstof-koolstof enkele bindingen) of onverzadigd (koolstof-koolstof dubbele bindingen; enkelvoudig onverzadigd of meervoudig onverzadigd) en, net als andere fosfolipiden afgeleid van fosfatidinezuur, die van het vetzuur op de C2-positie van glycerol-3-fosfaat het is meestal onverzadigd.

Deze lipiden hebben gewoonlijk vetzuurketens die overeenkomen met stearinezuur en arachidonzuur, met 18 en 20 koolstofatomen, de ene verzadigd en de andere onverzadigd.

Opleiding

Fosfatidylinositol wordt, net als andere fosfolipiden, gevormd uit fosfatidinezuur, een eenvoudige fosfolipide waarvan de structuur wordt gekenmerkt door twee apolaire staarten en een polaire kop die alleen bestaat uit de fosfaatgroep die op positie 3 van glycerol aan de koolstof is gehecht.

De novo synthese

Voor de de novo vorming van fosfatidylinositol, reageert fosfatidinezuur met CTP (cytidinetrifosfaat), een hoogenergetisch molecuul analoog aan ATP, en vormt het CDP-diacylglycerol, dat een veel voorkomende precursor is in de fosfatidylinositolroute en zijn derivaten, van fosfatidylglycerol en difosfatidylglycerol of cardiolipine.

De reactie in kwestie wordt gekatalyseerd door het enzym CDP-diacylglycerolsynthase, dat een dubbele subcellulaire locatie heeft waarbij de microsomale fractie en het binnenste mitochondriale membraan betrokken zijn.

Fosfatidylinositol ontstaat vervolgens uit een condensatiereactie tussen een inositolmolecuul en een CDP-diacylglycerolmolecuul resulterend uit de vorige stap.

Deze stap wordt gekatalyseerd door een fosfatidylinositolsynthase (CDP-diacylglycerol: myoinositol 3-fosfatidyltransferase), een enzym dat is geassocieerd met het membraan van het endoplasmatisch reticulum van zoogdiercellen.

De reactie die de beperkende stap van dit proces vertegenwoordigt, is eigenlijk de vorming van inositol uit glucose-6-fosfaat, dat "stroomopwaarts" van de biosyntheseroute moet plaatsvinden.

Synthese van zijn derivaten

De gefosforyleerde derivaten van fosfatidylinositol worden geproduceerd door een groep enzymen genaamd fosfatidylinositolkinases, die verantwoordelijk zijn voor het binden van fosfaatgroepen aan de hydroxylgroepen van het inositolgedeelte van het oorspronkelijke lipide.

Kenmerken

Structureel

Net als fosfatidylserine en fosfatidylglycerol heeft fosfatidylinositol meerdere functies. Het heeft belangrijke structurele implicaties, aangezien het deel uitmaakt van de lipidedubbellagen die de verschillende en multifunctionele biologische membranen vormen.

Veel eiwitten "binden" aan celmembranen via zogenaamde "GPI-ankers", die niets meer zijn dan geglycosyleerde derivaten van fosfatidylinositol die eiwitten voorzien van een hydrofoob "anker" dat ze ondersteunt op het oppervlak van de cel. membraan.

Sommige eiwitten van het cytoskelet binden aan gefosforyleerde derivaten van fosfatidylinositol, en dit type lipide dient ook als een kern voor de vorming van eiwitcomplexen die betrokken zijn bij exocytose.

Bij celsignalering

De derivaten ervan zijn bijvoorbeeld tweede boodschappers in veel hormoongerelateerde signaleringsprocessen bij zoogdieren.

Twee van de belangrijkste secundaire boodschappers die zijn afgeleid van wat wordt genoemd "het hormoongevoelige fosfatidylinositolsysteem" zijn inositol 1,4,5-trifosfaat (IP3 of inositoltrifosfaat) en diacylglycerol, die verschillende functies vervullen. naar beneden ”op de waterval.

IP3 is betrokken bij de hormoonsignaleringscascade die wordt gebruikt door second messenger-systemen zoals adrenaline.

Inositol is een oplosbare boodschapper die zijn functies uitoefent in het cytosol, terwijl diacylglycerol vetoplosbaar is en gebonden blijft in het membraan, waar het ook als boodschapper fungeert.

Op dezelfde manier is in planten vastgesteld dat gefosforyleerde derivaten van fosfatidylinositol ook belangrijke functies hebben in celsignalerende cascades.

Referenties

1. Antonsson, B. (1997). Fosfatidylinositolsynthase uit zoogdierweefsels. Biochimica et Biophysica Acta.
2. Luckey, M. (2008). Membraan structurele biologie: met biochemische en biofysische grondslagen. Cambridge University Press.
3. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Harper's Illustrated Biochemistry (28e ed.). McGraw-Hill Medical.
4. Nelson, DL en Cox, MM (2009). Lehninger Principles of Biochemistry. Omega Editions (5e ed.).
5. Vance, JE en Vance, DE (2008). Biochemie van lipiden, lipoproteïnen en membranen. In New Comprehensive Biochemistry Vol. 36 (4e ed.). Elsevier.