La fosfatidiletanolamina (PE) és un glicerofosfolípido abundande en les membranes plasmàtiques d'organismes procariotes. A contra, en les membranes cel·lulars eucariotes aquest és el segon glicerofosfolípido més abundant a la cara interna de la membrana plasmàtica després de la fosfatidilcolina.
No obstant això l'abundància de la fosfatidiletanolamina, la seva abundància depèn no només de l'tipus cel·lular sinó també de l'compartiment i el moment de l'cicle de vida cel·lular específic que es consideri.
Molècula de fosfatidiletanolamina
Les membranes biològiques són barreres que defineixen els organismes cel·lulars. No només tenen funcions de protecció i aïllament, sinó que també són claus per a l'establiment de proteïnes que requereixen un ambient hidrofòbic per al seu òptim funcionament.
Tant eucariotes com procariotes posseeixen membranes compostes fonamentalment per glicerofosfolípids i en una menor mesura esfingolípids i esterols.
Els glicerofosfolípids són molècules anfipáticas estructurades sobre un esquelet de L-glicerol que és esterificat en les posicions sn-1 i sn-2 per dos àcids grassos de longitud i grau de saturació variables. Al hidroxil de la posició sn-3 està esterificat per un grup fosfat, a què al seu torn poden unir-se diferents tipus de molècules que donen origen a les diverses classes de glicerofosfolípids.
Al món cel·lular hi ha una gran varietat de glicerofosfolípids, però, els més abundants són la fosfatidilcolina (PC), fosfatidiletanolamina (PE), fosfatidilserina (PS), fosfatidilinositol (PI), àcid fosfatídic (PA), fosfatidilglicerol (PG) i la cardiolipina (CL).
estructura
L'estructura de la fosfatidiletanolamina va ser descoberta per Baer i col·laboradors en 1952. Tal com s'ha determinat experimentalment per a tots els glicerofosfolípids, la fosfatidiletanolamina està formada per una molècula de glicerol esterificada en les posicions sn-1 i sn-2 amb cadenes d'àcids grassos d'entre 16 i 20 àtoms de carboni.
Els àcids grassos esterificats al hidroxil sn-1 són generalment saturats (sense dobles enllaços) amb longituds màximes de 18 àtoms de carboni, mentre que les cadenes unides en la posició sn-2, són de major longitud i amb una o més insaturacions (dobles enllaços).
El grau de saturació d'aquestes cadenes contribueix a l'elasticitat de la membrana, el que té una gran influència en la inserció i segrest de proteïnes en la bicapa.
La fosfatidiletanolamina és considerada un glicerofosfolípido no lamel·lar, ja que té una forma geomètrica cònica. Aquesta forma està donada per la petita grandària del seu grup polar o "cap", en relació amb el de les cadenes d'àcids grassos que comprenen les "cues" hidrofòbiques.
La "cap" o grup polar de la fosfatidiletanolamina té caràcter zwitteriónico, és a dir que posseeix grups que poden estar carregats positiva i negativament en determinades condicions de pH.
Aquesta característica li permet establir enllaços d'hidrogen amb una gran quantitat de residus aminoacídics i la seva distribució de càrregues és un determinant essencial per a la topologia dels dominis de moltes proteïnes integrals de membrana.
biosíntesi
En les cèl·lules eucariotes la síntesi de lípids estructurals està geogràficament restringida, sent el principal lloc de biosíntesi el reticle endoplasmàtic (ER) i en menor mesura l'aparell de Golgi.
Hi ha quatre rutes biosintètiques independents per a la producció de fosfatidiletanolamina: (1) la ruta de la CDP-etanolamina, també coneguda com la ruta Kennedy; (2) la ruta de la PSD per la descarboxilació de la fosfatidilserina (PS); (3) la acilació de llis-PE i (4) les reaccions de canvi de base de el grup polar d'altres glicerofosfolípids.
ruta Kennedy
La biosíntesi d'fosfatidiletanolamina per aquesta ruta està limitada a l'ER i s'ha demostrat que en cèl·lules hepàtiques de Hàmster és la principal via de producció. Consisteix en tres passos enzimàtics consecutius catalitzats per tres enzims diferents.
En el primer pas es produeix fosfoetanolamina i ADP gràcies a l'acció de la etanolamina quinasa, que catalitza la fosforilació dependent d'ATP de la etanolamina.
A diferència de les plantes, ni mamífers ni llevats són capaços de produir aquest substrat, de manera que ha de ser consumit en la dieta o obtingut a partir de la degradació de molècules de fosfatidiletanolamina o de esfingosina preexistents.
La fosfoetanolamina és emprada per la CTP: fosfoetanolamina citidiltransferasa (ET) per formar el compost d'alta energia CDP: etanolamina i un fosfat inorgànic.
La 1,2-diacilglicerol etanolamina fosfotransferasa (ETP) empra l'energia continguda a l'enllaç CDP- etanolamina per unir covalentment la etanolamina a una molècula de diacilglicerol inserit a la membrana, donant lloc a la fosfatidiletanolamina.
ruta PSD
Aquesta ruta opera tant en procariotes com en llevats i mamífers. En bacteris ocorre en la membrana plasmàtica, però en eucariotes té lloc en una zona de l'reticle endoplasmàtic que posseeix estreta relació amb la membrana mitocondrial.
En mamífers la ruta és catalitzada per una sola enzim, la fosfatidilserina descarboxilasa (PSD1p), que està embeguda en la membrana mitocondrial, el gen és codificat pel nucli. La reacció implica la descarboxilació de la PS a fosfatidiletanolamina.
Les dues rutes restants (acilació de llis-PE i intercanvi calci-dependent de grup polar) ocorren en el reticle endoplasmàtic, però no contribueixen de forma significativa a la producció total de fosfatidiletanolamina en les cèl·lules eucariotes.
funcions
Els glicerofosfolípids posseeixen tres funcions principals en la cèl·lula, entre les que destaquen les funcions estructurals, d'emmagatzematge d'energia i senyalització cel·lular.
La fosfatidiletanolamina està associada a l'ancoratge, estabilització i plegament de múltiples proteïnes de membrana, així com també als canvis conformacionals necessaris per al funcionament de molts enzims.
Existeix evidència experimental que proposa a la fosfatidiletanolamina com un glicerofosfolípido crucial en l'etapa tardana de la telofase, durant la formació de l'anell contràctil i l'establiment de l'fragmoplasto que permet la divisió de la membrana de les dues cèl·lules filles.
Té també una funció important en tots els processos de fusió i fissió (unió i separació) de les membranes tant de l'reticle endoplasmàtic com de l'aparell de Golgi.
En E. coli s'ha comprovat que la fosfatidiletanolamina és necessària per al correcte plegament i funció de l'enzim lactosa permeasa, per la qual cosa s'ha suggerit que té un paper de "chaperona" molecular.
La fosfatidiletanolamina és el principal donador de la molècula d'etanolamina necessària per a la modificació post-traduccional de nombroses proteïnes, com ara les àncores GPI.
Aquest glicerofosfolípido és precursor de nombroses molècules amb activitat enzimàtica. A més, molècules derivades del seu metabolisme, així com el diacilglicerol, l'àcid fosfatídic i alguns àcids grassos, poden actuar com a segons missatgers. Addicionalment, és un substrat important per a la producció de fosfatidilcolina.
referències
- Brouwers, JFHM, Vernooij, EAAM, Tielens, AGM, & van Golde, LMG (1999). Rapid separation and identification of phosphatidylethanolamine molecular species. Journal of Lipid Research, 40 (1), 164-169. Recuperat de jlr.org
- Calçada, I., McCaffery, JM, & Claypool, SM (2018). Phosphatidylethanolamine produced in the inner mitochondrial membrane is essential for yeast cytochrome BC1 complex function 3. BioRxiv, 1, 46.
- Calçada, I., Onguka, O., & Claypool, SM (2016). Phosphatidylethanolamine Metabolism in Health and Disease. International Review of Cell and Molecular Biology (Vol. 321). Elsevier Inc.
- Gibellini, F., & Smith, TK (2010). The Kennedy pathway-de novo synthesis of phosphatidylethanolamine and phosphatidylcholine. IUBMB Life, 62 (6), 414-428.
- Harayama, T., & Riezman, H. (2018). Understanding the diversity of membrane lipid composition. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 19 (5), 281-296.
- Luckey, M. (2008). Membrane structural biology: with biochemical and biophysical foundations. Cambrudge University Press. Recuperat de cambrudge.org
- Seddon, JM, CEVC, G., Kaye, RD, & Marsh, D. (1984). X-ray Diffraction Study of the Polymorphism of Hydrated Diacyl- and Dialkylphosphatidylethanolamines. Biochemistry, 23 (12), 2634-2644.
- Sendecki, AM, Poyton, MF, Baxter, AJ, Yang, T., & Cremer, PS (2017). Supported Lipid Bilayers with Phosphatidylethanolamine as the Major Component. Langmuir, 33 (46), 13.423-13.429.
- van Meer, G., Voelker, DR, & Feignenson, GW (2008). Membrane lipids: where they are and how they BEHAVE. Nature Reviews, 9, 112-124.
- Vance, JE (2003). Molecular and Cell Biology of Phosphatidylserine and Phosphatidylethanolamine Metabolism. In K. Moldave (Ed.), Progress Nucleic Acid Research and Molecular Biology (pp. 69-111). Academic Press.
- Vance, JE (2008). Phosphatidylserine and phosphatidylethanolamine in mammalian cells: two metabolically related aminophospholipids. Journal of Lipid Research, 49 (7), 1377-1387.
- Vance, JE, & Tasseva, G. (2013). Formation and function of phosphatidylserine and phosphatidylethanolamine in mammalian cells. Biochimica et Biophysica Acta - Molecular and Cell Biology of Lipids, 1831 (3), 543-554.
- Watkins, SM, Zhu, X., & Zeisel, SH (2003). Phosphatidylethanolamine-N-methyltransferase activity and dietary choline Regulate liver-plasma lipid flux and essential fatty acid metabolism in mice. The Journal of Nutrition, 133 (11), 3386-3391.