Glycerophospholipid

Funktionen und Verwendung in MembranenBearbeiten

Eine der Hauptfunktionen von Glycerophospholipid ist die Funktion als strukturelle Komponente biologischer Membranen. Ihre amphipathische Natur ist für die Bildung der Lipiddoppelschichtstruktur von Membranen verantwortlich. Die unter dem Elektronenmikroskop sichtbare Zellmembran besteht aus zwei erkennbaren Schichten oder „Blättchen“, von denen jede aus einer geordneten Reihe von Glycerophospholipidmolekülen besteht. Die Zusammensetzung der einzelnen Schichten kann je nach Zelltyp stark variieren.

• Bei menschlichen Erythrozyten beispielsweise besteht die zytosolische Seite (die dem Zytosol zugewandte Seite) der Plasmamembran hauptsächlich aus Phosphatidylethanolamin, Phosphatidylserin und Phosphatidylinositol.
• Die exoplasmatische Seite (die Seite an der Außenseite der Zelle) besteht dagegen hauptsächlich aus Phosphatidylcholin und Sphingomyelin, einer Art von Sphingolipid.

Jedes Glycerophospholipidmolekül besteht aus einer kleinen polaren Kopfgruppe und zwei langen hydrophoben Ketten. In der Zellmembran sind die beiden Schichten der Phospholipide wie folgt angeordnet:

• die hydrophoben Schwänze zeigen zueinander und bilden ein fettiges, hydrophobes Zentrum
• die ionischen Kopfgruppen befinden sich an den inneren und äußeren Oberflächen der Zellmembran

Dies ist eine stabile Struktur, weil die ionischen hydrophilen Kopfgruppen mit den wässrigen Medien innerhalb und außerhalb der Zelle interagieren, während die hydrophoben Schwänze die hydrophoben Wechselwirkungen untereinander maximieren und von den wässrigen Umgebungen ferngehalten werden. Das Gesamtergebnis dieser Struktur ist der Aufbau einer fetthaltigen Barriere zwischen dem Zellinneren und der Umgebung.

Abgesehen von ihrer Funktion in Zellmembranen sind sie auch an anderen zellulären Prozessen beteiligt, wie z.B. der Signalinduktion und dem Transport. In Bezug auf die Signalgebung liefern sie die Vorstufen für Prostanglandine und andere Leukotriene. Ihre spezifische Verteilung und ihr Abbau ermöglichen es ihnen, die oben genannten biologischen Reaktionsprozesse auszuführen. Ihre Rolle als Speicherzentren für sekundäre Botenstoffe in der Membran trägt ebenfalls zu ihrer Fähigkeit bei, als Transporter zu fungieren. Sie beeinflussen auch die Funktion von Proteinen. Sie sind zum Beispiel wichtige Bestandteile von Lipoproteinen (lösliche Proteine, die Fett im Blut transportieren) und beeinflussen daher deren Stoffwechsel und Funktion.

Verwendung bei der EmulgierungEdit

Glycerophospholipide können auch als Emulgator wirken, um die Verteilung einer Substanz in einer anderen zu fördern. Dies wird manchmal bei der Herstellung von Süßigkeiten und Speiseeis verwendet.

Im GehirnEdit

Neurale Membranen enthalten mehrere Klassen von Glycerophospholipiden, die sich in Bezug auf ihre Struktur und Lokalisierung in verschiedenen Zellen und Membranen unterschiedlich schnell verändern. Es gibt drei Hauptklassen: 1-Alkyl-2-Acyl-Glycerophospholipid, 1,2-Diacyl-Glycerophospholipid und Plasmalogen. Die Hauptfunktion dieser Klassen von Glycerophospholipiden in den Nervenmembranen besteht darin, durch spezifische Veränderungen ihrer Zusammensetzung für Stabilität, Permeabilität und Fluidität zu sorgen. Die Glycerophospholipid-Zusammensetzung der neuronalen Membranen verändert ihre funktionelle Wirksamkeit erheblich. Die Länge der Glycerophospholipid-Acylkette und der Sättigungsgrad sind wichtige Determinanten für viele Membraneigenschaften, einschließlich der Bildung lateraler Domänen, die reich an mehrfach ungesättigten Fettsäuren sind. Der rezeptorvermittelte Abbau von Glycerophospholipiden durch die Phospholipasen A(l), A(2), C und D führt zur Bildung von Botenstoffen wie Prostaglandinen, Eicosanoiden, plättchenaktivierendem Faktor und Diacylglycerin. Die Phospholipide der Nervenzellmembran sind also ein Reservoir für Second Messengers. Sie sind auch an der Apoptose, der Modulation der Aktivitäten von Transportern und membrangebundenen Enzymen beteiligt. Bei neurologischen Erkrankungen wurden deutliche Veränderungen in der Zusammensetzung der Glycerophospholipide der Nervenmembran festgestellt. Diese Veränderungen führen zu Veränderungen der Membranfluidität und -permeabilität. Diese Prozesse können zusammen mit der Anhäufung von Lipidperoxiden und einem gestörten Energiestoffwechsel für die bei neurologischen Störungen beobachtete Neurodegeneration verantwortlich sein.

StoffwechselBearbeiten

Der Stoffwechsel von Glycerophospholipiden ist bei Eukaryoten, Tumorzellen und Prokaryoten unterschiedlich. Die Synthese in Prokaryonten umfasst die Synthese der Glycerophospholipide Phosphatidsäure und polare Kopfgruppen. Die Phosphatidsäuresynthese bei Eukaryonten ist anders, es gibt zwei Wege, einen zum Phosphatidylcholin und Phosphatidylethanolamin. Glycerophospholipide werden im Allgemeinen in mehreren Schritten mit verschiedenen Zwischenprodukten verstoffwechselt. Der allererste Schritt in diesem Stoffwechsel beinhaltet die Addition oder Übertragung der Fettsäureketten an das Glycerin-Grundgerüst, um das erste Zwischenprodukt, die Lysophosphatidsäure (LPA), zu bilden. LPA wird dann acyliert und bildet das nächste Zwischenprodukt, die Phosphatidsäure (PA). PA kann dephosphoryliert werden, was zur Bildung von Diacylglycerin führt, das für die Synthese von Phosphatidylcholin (PC) unerlässlich ist. PC ist eine der vielen Arten von Glycerophospholipiden. Auf dem so genannten Kennedy-Weg werden die polaren Köpfe hinzugefügt, um die Bildung der gesamten Struktur zu vervollständigen, die aus den polaren Kopfbereichen, den beiden Fettsäureketten und der an das Glycerin-Grundgerüst gebundenen Phosphatgruppe besteht. In diesem Kennedy-Weg wird Cholin in CDP-Cholin umgewandelt, das die Übertragung der polaren Kopfgruppen antreibt, um die Bildung von PC zu vervollständigen. PC kann dann weiter in andere Arten von Glycerophospholipiden wie Phosphatidylserin (PS) und Phosphatidylethanolamin (PE) umgewandelt werden.