Ácido fosfatídico - Phosphatidic acid
Los ácidos fosfatídicos son fosfolípidos aniónicos importantes para la señalización celular y la activación directa de los canales iónicos activados por lípidos . La hidrólisis del ácido fosfatídico da lugar a una molécula de glicerol y ácido fosfórico y dos moléculas de ácidos grasos. Constituyen aproximadamente el 0,25% de los fosfolípidos en la bicapa.
Estructura
El ácido fosfatídico consta de una cadena principal de glicerol , con, en general, un ácido graso saturado unido al carbono -1, un ácido graso insaturado unido al carbono -2 y un grupo fosfato unido al carbono -3.
Formación y degradación
Además de la síntesis de novo, PA se puede formar de tres formas:
- Por fosfolipasa D (PLD), a través de la hidrólisis del enlace PO de la fosfatidilcolina (PC) para producir PA y colina .
- Por la fosforilación de diacilglicerol (DAG) por DAG quinasa (DAGK)
- Por la acilación del ácido lisofosfatídico por lisoPA-aciltransferasa (LPAAT); esta es la vía más común .
El PA se degrada por conversión en DAG por las fosfato fosfohidrolasas de lípidos (LPP) o en liso-PA por la fosfolipasa A (PLA).
Roles en la celda
El papel de la PA en la célula se puede dividir en tres categorías:
- El PA es el precursor de la biosíntesis de muchos otros lípidos.
- Las propiedades físicas del PA influyen en la curvatura de la membrana.
- El PA actúa como un lípido de señalización, reclutando proteínas citosólicas a las membranas apropiadas (p. Ej., Esfingosina quinasa 1 ).
- La PA juega un papel muy importante en la fototransducción en Drosophila
- PA es un ligando lipídico que abre los canales iónicos. Ver también canales iónicos activados por lípidos .
Los tres primeros roles no son mutuamente excluyentes. Por ejemplo, la PA puede participar en la formación de vesículas al promover la curvatura de la membrana y al reclutar las proteínas para llevar a cabo la tarea mucho más desfavorable desde el punto de vista energético de la formación del cuello y el pellizco.
Roles en la biosíntesis
El PA es un lípido celular vital que actúa como un precursor biosintético para la formación (directa o indirectamente) de todos los lípidos de acilglicerol en la célula.
En células de mamífero y de levadura , se conocen dos vías diferentes para la síntesis de novo de PA, la vía del glicerol 3-fosfato o la vía del fosfato de dihidroxiacetona. En las bacterias, solo está presente la vía anterior y las mutaciones que bloquean esta vía son letales, lo que demuestra la importancia de la AP. En células de mamíferos y levaduras, donde las enzimas de estas vías son redundantes, la mutación de cualquier enzima no es letal. Sin embargo, vale la pena señalar que in vitro , las diversas aciltransferasas exhiben diferentes especificidades de sustrato con respecto a las acil-CoAs que se incorporan en PA. Las diferentes aciltransferasas también tienen diferentes distribuciones intracelulares, como el retículo endoplásmico (RE), las mitocondrias o peroxisomas, y concentraciones locales de ácidos grasos activados. Esto sugiere que las diversas aciltransferasas presentes en células de mamífero y de levadura pueden ser responsables de producir diferentes grupos de PA.
La conversión de PA en diacilglicerol (DAG) por LPP es el paso de compromiso para la producción de fosfatidilcolina (PC), fosfatidiletanolamina (PE) y fosfatidilserina (PS). Además, DAG también se convierte en CDP-DAG, que es un precursor del fosfatidilglicerol (PG), fosfatidilinositol (PI) y fosfoinosítidos (PIP, PIP 2 , PIP 3 ).
Las concentraciones de PA se mantienen a niveles extremadamente bajos en la célula por la actividad de las LPP potentes. Estos convierten PA en DAG muy rápidamente y, debido a que DAG es el precursor de muchos otros lípidos, también se metaboliza pronto en otros lípidos de membrana. Esto significa que cualquier regulación al alza en la producción de PA se puede igualar, a lo largo del tiempo, con una regulación al alza correspondiente en las LPP y en las enzimas metabolizadoras de DAG.
El PA es, por tanto, esencial para la síntesis de lípidos y la supervivencia celular, pero, en condiciones normales, se mantiene a niveles muy bajos en la célula.
Propiedades biofísicas
El PA es un fosfolípido único en el sentido de que tiene un pequeño grupo de cabeza muy cargado que está muy cerca de la columna vertebral del glicerol. Se sabe que la PA desempeña funciones tanto en la fisión como en la fusión de las vesículas , y estas funciones pueden estar relacionadas con las propiedades biofísicas de la PA.
En los sitios de gemación o fusión de la membrana, la membrana se vuelve o está muy curvada. Un evento importante en la gemación de vesículas, como los transportadores de Golgi , es la creación y posterior estrechamiento del cuello de la membrana. Los estudios han sugerido que este proceso puede estar impulsado por los lípidos y han postulado un papel central para el DAG debido a su forma molecular, igualmente única. La presencia de dos cadenas de acilo pero sin grupo de cabeza da como resultado una gran curvatura negativa en las membranas.
El LPAAT BARS-50 también se ha relacionado con la gemación del Golgi. Esto sugiere que la conversión de lysoPA en PA podría afectar la curvatura de la membrana. La actividad de LPAAT duplica el número de cadenas de acilo, lo que aumenta en gran medida el área de la sección transversal del lípido que se encuentra "dentro" de la membrana, mientras que el grupo de cabeza de la superficie permanece sin cambios. Esto puede resultar en una curvatura de la membrana más negativa. Investigadores de la Universidad de Utrecht han analizado el efecto de lysoPA versus PA en la curvatura de la membrana midiendo el efecto que tienen en la temperatura de transición de PE de bicapas lipídicas a fases no lamelares usando 31 P-NMR. Se demostró que la curvatura inducida por estos lípidos depende no solo de la estructura de lisoPA frente a PA, sino también de propiedades dinámicas, como la hidratación de los grupos de cabeza y las interacciones inter e intramoleculares. Por ejemplo, el Ca 2+ puede interactuar con dos AP para formar un complejo neutro pero muy curvado. La neutralización de las cargas repulsivas de los grupos de cabeza y la ausencia de cualquier impedimento estérico permite interacciones intermoleculares fuertes entre las cadenas de acilo, lo que da como resultado microdominios ricos en PA. Por tanto , los cambios fisiológicos in vitro en el pH, la temperatura y las concentraciones de cationes tienen fuertes efectos sobre la curvatura de la membrana inducida por PA y lisoPA. La interconversión de lisoPA, PA y DAG, y los cambios en el pH y la concentración de cationes, pueden causar la flexión y desestabilización de la membrana, desempeñando un papel directo en la fisión de la membrana simplemente en virtud de sus propiedades biofísicas. Sin embargo, aunque se ha demostrado que PA y lysoPA afectan la curvatura de la membrana in vitro ; su papel in vivo no está claro.
Las funciones de lisoPA, PA y DAG en la promoción de la curvatura de la membrana no excluyen una función en el reclutamiento de proteínas para la membrana. Por ejemplo, el requerimiento de Ca 2+ para la fusión de liposomas complejos no se ve muy afectado por la adición de anexina I, aunque se reduce por PLD. Sin embargo, con la anexina I y la PLD, la extensión de la fusión aumenta en gran medida y el requerimiento de Ca 2+ se reduce casi 1000 veces hasta casi niveles fisiológicos.
Por tanto, las funciones metabólicas, biofísicas, de reclutamiento y de señalización de la AP pueden estar interrelacionadas.
Papel en la señalización
La PA se mantiene baja en la mayor parte de la membrana con el fin de estallar transitoriamente y señalizar localmente en alta concentración. Por ejemplo, los canales TREK-1 se activan por asociación local con PLD y producción de PA. La constante de disociación de PA para TREK-1 es aproximadamente 10 micromolar. La unión relativamente débil combinada con una baja concentración de PA en la membrana permite que el canal se apague. La alta concentración local para la activación sugiere al menos algunas restricciones en la difusión local de lípidos. La baja concentración masiva de PA combinada con altas ráfagas locales es lo opuesto a la señalización PIP2. PIP2 se mantiene relativamente alto en la membrana y luego se hidroliza transitoriamente cerca de una proteína para reducir transitoriamente la señalización de PIP2. La señalización de PA refleja la señalización de PIP2 en el sentido de que la concentración global de lípidos de señalización no necesita cambiar para ejercer un efecto local potente sobre una proteína diana.
Como se describió anteriormente, PLD hidroliza PC para formar PA y colina . Debido a que la colina es muy abundante en la célula, la actividad de PLD no afecta significativamente los niveles de colina; y es poco probable que la colina desempeñe algún papel en la señalización.
El papel de la activación de PLD en numerosos contextos de señalización, combinado con la falta de un papel para la colina, sugiere que la PA es importante en la señalización. Sin embargo, PA se convierte rápidamente en DAG y también se sabe que DAG es una molécula de señalización. Esto plantea la cuestión de si la AP tiene un papel directo en la señalización o si simplemente actúa como un precursor de la producción de DAG. Si se encuentra que PA actúa solo como un precursor de DAG, entonces se puede plantear la pregunta de por qué las células deberían producir DAG usando dos enzimas cuando contienen el PLC que podría producir DAG en un solo paso.
El PA producido por PLD o por DAGK se puede distinguir por la adición de [γ- 32 P] ATP. Esto mostrará si el grupo fosfato se deriva recientemente de la actividad quinasa o si se origina en la PC.
Aunque PA y DAG son interconvertibles, no actúan en las mismas vías. Los estímulos que activan PLD no activan enzimas aguas abajo de DAG y viceversa. Por ejemplo, se demostró que la adición de PLD a los resultados de las membranas en la producción de [ 32 P] marcado con PA y [ 32 P] fosfoinosítidos -etiquetados. La adición de inhibidores de DAGK elimina la producción de PA marcado con [^ { 32} P] pero no la producción de fosfoinosítidos estimulada por PLD.
Es posible que, aunque PA y DAG sean interconvertibles, se puedan mantener grupos separados de lípidos señalizadores y no señalizadores. Los estudios han sugerido que la señalización de DAG está mediada por DAG poliinsaturado, mientras que el PA derivado de PLD es monoinsaturado o saturado. Por tanto, el PA funcional saturado / monoinsaturado puede degradarse hidrolizándolo para formar DAG saturado / monoinsaturado no funcional, mientras que el DAG funcional poliinsaturado puede degradarse convirtiéndolo en PA poliinsaturado no funcional.
Este modelo sugiere que los efectores PA y DAG deberían poder distinguir lípidos con los mismos grupos de cabeza pero con diferentes cadenas de acilo. Aunque algunas proteínas de unión a lípidos son capaces de insertarse en las membranas y podrían, hipotéticamente, reconocer el tipo de cadena de acilo o las propiedades resultantes de la membrana, muchas proteínas de unión a lípidos son citosólicas y se localizan en la membrana uniéndose solo a los grupos principales de lípidos. Quizás las diferentes cadenas de acilo pueden afectar el ángulo del grupo de cabeza en la membrana. Si este es el caso, sugiere que un dominio de unión a PA no solo debe poder unir PA específicamente, sino que también debe ser capaz de identificar los grupos de cabeza que están en el ángulo correcto. Cualquiera que sea el mecanismo, esa especificidad es posible. Se observa en los testículos de cerdo DAGK que es específico para DAG poliinsaturados y en dos LPP de hepatocitos de rata que desfosforilan diferentes especies de PA con diferentes actividades. Además, se demostró que la estimulación de la actividad de SK1 por PS in vitro variaba mucho dependiendo de si se usaban especies de PS dioleoílo (C18: 1), diestearoílo (C18: 0) o 1-estearoílo, 2-oleoílo. Por tanto, parece que, aunque PA y DAG son interconvertibles, las diferentes especies de lípidos pueden tener diferentes actividades biológicas; y esto puede permitir que los dos lípidos mantengan vías de señalización separadas.
Medición de la producción de PA
Como el PA se convierte rápidamente en DAG, tiene una vida muy corta en la célula. Esto significa que es difícil medir la producción de PA y, por lo tanto, estudiar el papel de la PA en la célula. Sin embargo, la actividad PLD se puede medir mediante la adición de alcoholes primarios a la célula. PLD luego lleva a cabo una reacción de transfosfatidilación, en lugar de hidrólisis, produciendo alcoholes fosfatidílicos en lugar de PA. Los alcoholes fosfatidílicos son callejones sin salida metabólicos y se pueden extraer y medir fácilmente. Por tanto, se puede medir la actividad de PLD y la producción de PA (si no el PA en sí) y, al bloquear la formación de PA, se puede inferir la participación de PA en los procesos celulares.