CARDIOLIPINA: ESTRUCTURA, SÍNTESI, FUNCIONS - BIOLOGIA - 2025

La cardiolipina, també coneguda com difosfatidilglicerol, és un lípid de la família dels glicerofosfolípids i de el grup dels poliglicerofosfolípidos. Es troba a la membrana mitocondrial dels organismes eucariotes, en la membrana plasmàtica de molts bacteris i també en algunes arqueges.

Va ser descoberta per Pangborn en l'any 1942 a partir d'l'anàlisi dels lípids de membrana de el teixit cardíac d'un boví. La seva estructura va ser proposada en 1956 i la síntesi química va tenir lloc uns 10 anys més tard.

Estructura de la cardiolipina (Font: Edgar181 via Wikimedia Commons)

Alguns autors consideren que la seva presència es restringeix a membranes productores d'ATP, tal com és el cas de les mitocòndries en els eucariotes, les membranes plasmàtiques en els bacteris i els hidrogenosomas (orgànuls tipus-mitocondri) en certs protistas.

El fet que la cardiolipina es trobi en el mitocondri i en la membrana plasmàtica de bacteris ha estat emprat per reforçar les bases de la teoria endosimbiòtica, que estableix que el mitocondri va sorgir en les cèl·lules progenitores dels eucariotes per fagocitosi d'un bacteri, que després es va fer depenent de la cèl·lula i viceversa.

La seva ruta biosintètica en animals va ser descrita entre 1970 i 1972 i posteriorment es va demostrar que és la mateixa ruta que es dóna en plantes, llevats, fongs i invertebrats. No és un lípid molt abundant, però les cèl·lules ho requereixen per funcionar.

La importància d'aquest fosfolípid per a les mitocòndries i, per això, per al metabolisme cel·lular, és evident quan el funcionament defectuós de les rutes metabòliques associades amb ella produeix una patologia humana coneguda com la síndrome de Barth (miopatia cardioesquelética).

estructura

La cardiolipina o difosfatidilglicerol està composta per dues molècules d'àcid fosfatídic (el fosfolípid més senzill) unides entre si a través d'una molècula de glicerol.

L'àcid fosfatídic, un dels intermediaris comuns en les rutes biosintètiques d'altres fosfolípids, consisteix en una molècula de glicerol 3-fosfat, a la qual estan esterificades dues cadenes d'àcids grassos en les posicions dels carbonis 1 i 2, per la qual cosa es coneix també com 1,2-diacilglicerol 3-fosfat.

Per tant, la cardiolipina està composta per tres molècules de glicerol: 1 glicerol central, unit a un grup fosfat en el carboni 1, a un altre grup fosfat en el carboni 3 ia un grup hidroxil en el carboni 2; i dues gliceroles "laterals".

Les dues molècules de glicerol "laterals" s'uneixen a la molècula central mitjançant "ponts de glicerol" a través dels seus carbonis en la posició 3. En els carbonis de les posicions 1 i 2 tenen esterificades dues cadenes d'àcids grassos de longitud i saturació variable.

Les cardiolipina és un lípid que pot o no formar bicapes, depenent de la presència o absència de cations divalents. Això es relaciona amb el fet que és una molècula simètrica, el que la fa important en membranes que s'encarreguen de processos de transducció d'energia.

Com els altres lípids de el grup dels poliglicerofosfolípidos, la cardiolipina té diversos grups hidroxil que poden servir per a la unió d'àcids gras. Per tant, posseeix múltiples estereoisòmers posicionals.

Els seus àcids grassos

Diferents estudis han determinat que els àcids grassos units a les molècules de glicerol laterals de la cardiolipina són típicament insaturats, però el grau d'insaturació no ha estat determinat.

Llavors, aquests àcids grassos poden tenir entre 14 i 22 carbonis de longitud i de 0 a 6 dobles enllaços. Això i el fet que la cardiolipina posseeix quatre molècules d'àcids grassos unides, implica que poden existir múltiples variables i combinacions d'aquest fosfolípid.

síntesi

La biosíntesi de la cardiolipina, com podria esperar-se, comença amb la síntesi de l'àcid fosfatídic o el 1,2-diacilglicerol 3-fosfat a partir de l'glicerol 3-fosfat i àcids grassos. Aquest procés es dóna en la mitocòndria dels eucariotes i en la membrana plasmàtica dels bacteris.

Síntesi en els eucariotes

Després de format, l'àcid fosfatídic reacciona amb una molècula d'alta energia anàloga a l'ATP: el CTP. Llavors es forma un intermediari, també d'alta energia, conegut com fosfatidil-CMP. El grup fosfatidil activat és transferit a el grup hidroxil en la posició C1 de la molècula de glicerol central que serveix d'esquelet.

Aquest procés dóna com a resultat una molècula anomenada fosfatidilglicerofosfato, que és hidrolitzada per retre fosfatidilglicerol. Aquest rep un altre grup fosfatidil activat a partir d'una altra molècula de fosfatidil-CMP, reacció catalitzada per una fosfatidiltransferasa també coneguda com cardiolipina sintasa.

L'enzim cardiolipina sintasa resideix en la membrana mitocondrial interna i sembla formar un gran complex, al menys en llevats. El seu gen s'expressa en grans quantitats en teixits rics en mitocondris com el cor, el fetge i el múscul esquelètic dels vertebrats.

La regulació de la seva activitat depèn, en gran mesura, dels mateixos factors de transcripció i factors endocrins que modulen la biogènesi mitocondrial.

Un cop sintetitzada en la membrana mitocondrial interna, la cardiolipina ha de ser traslocada cap a la membrana mitocondrial externa perquè es donin una sèrie de processos topològics en la membrana i s'acomodin altres elements estructurals de la mateixa.

Síntesi en els procariotes

El contingut de cardiolipina en els bacteris pot ser molt variable i depèn principalment de l'estat fisiològic de les cèl·lules: usualment és menys abundant en la fase exponencial de creixement i més abundant quan hi ha reducció de la mateixa (en fase estacionària, per exemple).

La seva ruta biosintètica pot disparar-se per diferents estímuls estressants com a dèficit energètics o estrès osmòtic.

Fins a la formació de l'fosfatidilglicerol, el procés en eucariotes i procariotes és equivalent, però en els procariotes el fosfatidilglicerol rep, per transesterificació, un grup fosfatidil provinent d'una altra molècula d'fosfatidilglicerol. Aquesta reacció és catalitzada per un enzim tipus fosfolipasa D coneguda també com cardiolipina sintasa.

Aquesta reacció es coneix com a reacció de "transfosfatidilación" (de l'anglès "transphosphatidylation"), on un dels fosfatidilgliceroles actua com a donador de el grup fosfatidil i l'altre com acceptor.

funcions

Les característiques físiques de les molècules de cardiolipina aparentment permeten certes interaccions que exerceixen importants funcions en l'organització estructural de les membranes on es troben.

Entre aquestes funcions hi ha la discriminació d'alguns dominis de membrana, la interacció o "entrecreuament" amb proteïnes transmembranales o els seus subdominis, entre d'altres.

Gràcies a les seves característiques fisicoquímiques, la cardiolipina és reconeguda com un lípid que no forma bicapa, però la funció pot ser l'estabilització i el "acomodi" de les proteïnes transmembranales a les bicapes lipídiques.

Les seves característiques elèctriques, particularment, li confereixen funcions en els processos de transferència de protons que tenen lloc en els mitocondris.

Tot i que les cèl·lules poden sobreviure sense aquest fosfolípid, alguns estudis han determinat que és requerit per a l'òptim funcionament de les mateixes.

referències

1. Harayama, T., & Riezman, H. (2018). Understanding the diversity of membrane lipid composition. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 19 (5), 281-296.
2. Luckey, M. (2008). Membrane structural biology: with biochemical and biophysical foundations. Cambridge University Press.
3. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Harper 's Illustrated Bioquímica (28th ed.). McGraw-Hill Medical.
4. van Meer, G., Voelker, DR, & Feigenson, GW (2008). Membrane lipids: where they are and how they BEHAVE. Nature Reviews, 9, 112-124.
5. Vance, JE, & Vance, DE (2008). Biochemistry of lipids, lipoproteins and membranes. In New Comprehensive Bioquímica Vol. 36 (4th ed.). Elsevier.