11.2. Membránalkotó lipidek

A membránalkotó szerkezeti lipidek típusait és összetételét (a trigliceriddel összevetve) a 11.2. ábra mutatja.

11.2. ábra: A trigliceridek, foszfolipidek és glikolipidek vázlatos szerkezete

11.2. ábra: A trigliceridek, foszfolipidek és glikolipidek vázlatos szerkezete

Ahogy már említettük, a foszfolipidek és glikolipidekamfipatikus molekulák – egy polárosfejirészhez kapcsolódik a zsírsavakés a szfingozinapoláros lánca. Ezek a Janus-arcú molekulák, mint arról már korábban is írtunk (lásd 2.5.3. fejezet), kiválóan alkalmasak membrán kettősrétegek létrehozására. Egy ilyen kettősréteg vázlatos rajzát és egy membránrészlet térszerkezeti modelljét mutatja be a 11.3. ábra.

11.3. ábra: Membrán kettősréteg sémája és térszerkezeti modellje

11.3. ábra: Membrán kettősréteg sémája és térszerkezeti modellje

11.2.1. Glicerofoszfolipidek és szfingolipidek

A foszfolipidek kétféle vázon alakulnak ki, a glicerinen (glicerofoszfolipidek) és a szerkezetileg hasonló szfingozinon (szfingo-foszfolipidek).

A membránokban legnagyobb mennyiségben előforduló glicerofoszfolipidekben (más néven foszfoglicerátok) a glicerint a C1-es és C2-es szénatomon többféle zsírsav, a C3-as szénatomon pedig egy foszfát észteresíti. Ez a foszfatidsav, amely minor membránkomponens, mivel a foszfátcsoporthoz többnyire egy további molekula kapcsolódhat észterkötéssel, kialakítva a teljes fejcsoportot. A leggyakoribb membránalkotó foszfoglicerátok a foszfatidil-szerin, foszfatidil-kolin, foszfatidil-etanolamin és a foszfatidil-inozitol. A kardiolipinben két foszfatidsavat egy glicerin köt össze (lásd 11.4. ábra). Ez a foszfolipid a mitokondrium belső membrán lipidjeinek közel 20%-át teszi ki (lásd 11.15. ábra).

11.4. ábra: Glicerofoszfolipidek szerkezeti képlete

11.4. ábra: Glicerofoszfolipidek szerkezeti képlete

A foszfatidil-kolin a membránlipidek között a legnagyobb százalékban fordul elő, könnyen izolálható tojássárgájából. A foszfatidil-kolint lecitinnek is hívják, de az valójában több foszfolipid keveréke.

A 18 szénatomos aminoalkohol szfingozin C2-es atomjának aminocsoportjához egy zsírsavacil-csoport kapcsolódik, míg a C1-es szénen levő hidroxilhoz különböző funkciós csoportok kapcsolódhatnak, többek között cukoregységek is (az már egy glikolipid lesz). A különböző szfingolipidek nevét és összetevőit a 11.3. táblázat foglalja össze, míg a vázszerkezetet és a szfingomielin térszerkezetét 11.5. ábra mutatja be

11.3. táblázat: Szfingolipid típusok

11.3. táblázat: Szfingolipid típusok

A ceramid szabadon ritkán fordul elő, a többi szfingolipid szintézisének köztes terméke. A szfingomielinnek, a foszfatidil-kolinhoz hasonlóan (amihez a térszerkezete nagyon hasonlít) a fejcsoportban pozitív töltése is lehet, a foszfátcsoport negatív töltésén kívül. Nagy mennyiségben van jelen a mielinhüvellyel rendelkező idegsejtek membránjában (innen ered a nevük is).

11.5. ábra: A szfingolipidek vázszerkezete és a szfingomielin térszerkezete

11.5. ábra: A szfingolipidek vázszerkezete és a szfingomielin térszerkezete

11.2.2. Glikolipidek

A glikoszfingolipidek fejcsoportján a cukoregységek mindig a membrán külső oldala felé néznek, hasonlóan a glikoproteinek cukorcsoportjaihoz (lásd 10.4.3. fejezet).

A cerebrozidokban a cukoregység az idegsejtek membránjában galaktóz, a többi sejttípusnál glükóz. Nevezik őket neutrális glikolipideknek is, mivel a foszfátcsoport hiánya miatt a fejcsoporton nincs töltés. A gangliozidok a legkomplexebb szfingolipidek, mivel oligoszacharid-csoportot tartalmaznak. A cukrok között mindig van terminális sziálsav (a GM típusokban egy). A GM2 gangliozidban például a szfingozinhoz egy tetraszacharid kapcsolódik, s az így létrejövő szfingolipid szisztematikus neve: β-D-GalNAc-(1→4)-[α-Neu5Ac-(2→3)]-β-D-Gal-(1→4)-β-D-Glc-(1↔1)-N-oktadekanoilszfingozin (lásd 11.6. ábra).

A glikoszfingolipidek ugyanazokat a vércsoport antigéneket hordozhatják (pl. AB0), mint a glikoproteinek (lásd 10.4.3. fejezet).

A glikoszfingolipidek a membrán külső rétegében dúsulnak fel, s nem csak szerkezeti szerepük van, hanem részt vehetnek jeltovábbítási rendszerekben is. A gangliozidok összetétele jelentős változáson megy keresztül az egyedfejlődés során, s érdekes módon a rákos sejtek felszínén is, akár diagnosztikus jelentőséggel bíró specifikus gangliozid mintázat jelenhet meg. Lebomlásuk hiánya genetikai betegséghez vezethet – példa erre az askenázi zsidóság körében gyakori recesszív öröklődésű Tay-Sachs betegség, amit a gangliozid cukorcsoportjait lehasító egyik enzim, a hexózaminidáz-A hiánya vált ki. Az idegsejtekben felhalmozódik a GM2 gangliozid, ami végső soron mentális leépüléshez és halálhoz vezet.

11.6. ábra: GM2 gangliozid szerkezete.A tetraszacharid-csoport szerkezeti képletét (bal oldali keret) és a standard sémáját is ábrázoltuk (az ikonok leírását lásd10.1. táblázat).

11.6. ábra: GM2 gangliozid szerkezete. A tetraszacharid-csoport szerkezeti képletét (bal oldali keret) és a standard sémáját is ábrázoltuk (az ikonok leírását lásd 10.1. táblázat).

A lipopoliszacharidokban a cukoregységek közvetlenül zsírsavakhoz kapcsolódnak. Elsősorban a Gram-negatív baktériumok külső membránjában fordulnak elő. A gerinces immunrendszer antitesteket termel ellenük. Egyes bakteriális lipopoliszacharidok lipid összetevője endotoxinként ún. toxikus sokk szindrómát okozhat.

11.2.3. Koleszterin

A membránalkotó lipidek harmadik csoportjának prominens képviselője a koleszterin, egy szteránvázas vegyület. A szterolok közé tartozik, mivel a gyűrű 3-as szénatomján egy hidroxilcsoport található, amely a glicerofoszfolipidek és szfingolipidek fejcsoportjával léphet nem-kovalens kölcsönhatásba. A szteroid gyűrű 17-es szénatomjához egy nyolc szénatomos alkillánc kapcsolódik. A szerkezetéből következik, hogy a membrán kettősrétegben a zsírsavláncokkal párhuzamosan helyezkedik el (lásd 11.7. ábra).

A koleszterin szerepe elsősorban a membrán fluiditásának csökkentése: minél nagyobb koncentrációban van jelen (idegsejtekben ez akár 25% is lehet), annál kevésbé „félfolyékony” a membrán (lásd 11.5.1. fejezet), mivel gátolja a zsírsavcsoportok szabad laterális mozgását. Ezen kívül számos szteránvázas biomolekula (epesavak, D-vitamin, szteroid hormonok) előanyaga.

Köztudomású, hogy a vér magas koleszterinszintje (hiperkoleszterinémia) érelmeszesedéshez (ateroszklerózis), és ezen keresztül különböző kardiovaszkuláris betegségekhez vezethet. A magas koleszterinszintet okozhatja túlzott koleszterin bevitel, vagy a koleszterin szintézisének, szállításának illetve feldolgozásának a zavara. Ez abban is jelentkezik, hogy a koleszterint (részben koleszterin-észter formájában) a májból az egyéb szövetek felé szállító LDL (low density lipoprotein) részecskék mennyisége megnövekedik a vérben. A koleszterin és egyéb lipidek lerakódása az artériák falában, ún. ateroszklerotikus plakkok kialakulásához, és egy immunfolyamat következtében krónikus érfal gyulladáshoz vezet.

11.7. ábra: A koleszterin szerkezete és elhelyezkedése a membrán kettősrétegben.Összehasonlításképpen egy foszfolipid (foszfatidil-kolin) térszerkezetét is bemutatjuk

11.7. ábra: A koleszterin szerkezete és elhelyezkedése a membrán kettősrétegben. Összehasonlításképpen egy foszfolipid (foszfatidil-kolin) térszerkezetét is bemutatjuk

Ezeknek a betegségeknek a kialakulása megakadályozható gyógyszeresen, elsősorban a koleszterin bioszintézisében kulcsszerepet játszó enzim, az endoplazmatikus retikulum membránjában található HMG-CoA-reduktáz (HMG: 3-hidroxi-3-metil-glutaril-) gátlásával. Ez az enzim a sok lépésből álló anyagcsereút egyik szabályozott enzime, ezért a kompetitív gátlása hatékonyan csökkenti a végtermék koleszterin mennyiségét. A gátlószerek, a természetes és szintetikus sztatinok igen hatékonyan csökkentik a vér koleszterinszintjét az enzim gátlásán keresztül (Ki értékük ~1 nM).

11.2.4. Éterlipidek

Végül szólnunk kell a membránalkotó lipidek egy különleges csoportjáról, az éterlipidekről, amelyekben a zsírsavak nem észter, hanem éterkötéssel kapcsolódnak a glicerinhez. Az állatokban a plazmalogén a szívizomszövet membránjában van jelen nagy mennyiségben, a vérlemezke-akitváló faktor (PAF: platelet-activating factor) pedig egy jeltovábbító citokin (lásd 11.8. ábra).

11.8. ábra: A vérlemezke-aktiváló faktor, egy éterlipid szerkezete

11.8. ábra: A vérlemezke-aktiváló faktor, egy éterlipid szerkezete

Az extrém körülmények között élő archeákban („ősbaktériumok”) az éterlipidek meghatározó membránalkotók. Ennek a valószínűsíthető oka, hogy az éterkötés a hidrolízissel szemben stabilabb (alacsony pH-n és magas hőmérsékleten is) az észterkötésnél. Az archeákban előforduló éterlipidekben a fejcsoporthoz az izoprén-származék fitánsav 20 szénatomos láncai kapcsolódnak, ráadásul difitanil-csoportként két glicerofoszfátot összekapcsolva (ezért az elnevezésük GDGT: glicerol-dialkil-glicerol-tetraéter). Ez utóbbi ténynek köszönhető, hogy sok archea membránja egyesrétegű (monolayer), mivel egy GDGT kétszer olyan hosszú, mint a közönséges glicerofoszfolipidek. Az archea éterlipidek felépítését és az egyrétegű membrán vázlatos összehasonlítását a kettősrétegű membránnal a 11.9. ábra mutatja be.

11.9. ábra: Éterlipidek és foszfolipidek,valamint a belőlük kialakuló membránok vázlatos felépítése

11.9. ábra: Éterlipidek és foszfolipidek,valamint a belőlük kialakuló membránok vázlatos felépítése