Vés al contingut

Fosfatidilinositol

De la Viquipèdia, l'enciclopèdia lliure
(S'ha redirigit des de: Fosfoinosítid)
Infotaula de compost químicFosfatidilinositol
Substància químicaLípid, fosfolípid
Nom curtPI
Estructura química del fosfatidilinositol 4,5-bifosfat

El fosfatidilinositol, fosfoinosítid, inositol fosfat (en anglès: Inositol phosphate), o simplement inosítid, és un fosfolípid que conté en la seva estructura un o més inositols modificats per addició d'un o més grups fosfat. Són importants en la biologia cel·lular donat que actuen com segons missatgers en la transducció de senyal de les cèl·lules. També tenen un paper crucial en diverses funcions cel·lulars, com les del creixement de la cèl·lula, l'apoptosi, la migració de la cèl·lula, l'endocitosi i la diferenciació cel·lular.

Aquest grup comprèn:

Els fosfoinosítids més importants són el del grup fosfatidilinositol bifosfat.[1] Quan determinats lligands s'uneixen a receptors de la membrana, el fosfatidilinositol 4,5-bifosfat s'escindeix per una fosfatidasa en inositol 1,4,5-trifosfat que provoca l'alliberament de Ca2+, i 1,2-diacilglicerol que activa la proteïna-cinasa C.[2]

Història i Etimologia

[modifica]

Fosfatidilinositol és un tipus de fosfolípid complex que realitza una funció fonamental en la senyalització cel·lular. La seva estructura es caracteritza per una molècula de glicerol unida a dos àcids grassos i a un grup inositol fosforilat, actuant com a precursor en diverses rutes de senyalització. La molècula i els seus derivats són molt importants per al funcionament de diversos processos cel·lulars, com la regulació del metabolisme, el creixement cel·lular i la resposta immune.

Etimologia

[modifica]

La paraula "fosfatidilinositol" prové de la combinació de termes bioquímics i llatins que fan referència a la seva estructura química:

Fosfat (del grec "phosphoros", que significa "portador de llum") es refereix al grup fosfato present en l'estructura.

Inositol deriva del terme grec "inos", que significa "múscul" o "fibra", a causa de la seva abundància en teixits animals.

El nom reflecteix la seva estructura principal i destaca la importància del grup fosfat i el inositol en la seva funció biològica.

Científics Pioners en l'Estudi del Fosfatidilinositol

[modifica]

El descobriment del fosfatidilinositol i la seva importància en la biologia cel·lular va ser el resultat de contribucions de diversos científics al llarg de diverses dècades. Encara que no va ser descobert d'una sola vegada.

  • Edwin Chargaff (1905–2002): conegut per la seva contribució sobre l'ADN i per ser un dels pioners en la bioquímica dels lípids i el anàlisi de fosfolípids en membranes cel·lulars durant la dècada de 1940. Els seus estudis van ser importants per a identificar i classificar diferents tipus de fosfolípids en teixits animals.

Evolució

[modifica]

Els inositols són molècules molt antigues, que probablement van aparèixer fa més de 2.000 milions d’anys en un avantpassat comú dels Arqueus i Eucariotes, cosa que significa que són importants des de fa molt de temps en l’evolució de la vida. Aquests compostos, però, són poc comuns en bacteris.[3]

Un enzim anomenat L-myo-Inositol 1-fosfat sintasa (MIPS) és clau per a la producció d’inositol en molts organismes. Aquest enzim es troba en molts tipus d’éssers vius, com plantes, animals, fongs i algues, cosa que demostra la seva funció essencial i una divergència evolutiva primerenca.[4]

En els eucariotes, els lípids d'inositol tenen una estructura diferent de la dels Arqueus, cosa que indica que els dos grups es van separar fa molt de temps. Els derivats fosforilats del fosfatidilinositol (PtdIns) es troben en tots els eucariotes, el que suggereix que un avantpassat comú ja els feia servir i han conservat la seva funció fins avui.[4]

Classificació

[modifica]

El fosfatidilinositol és un lípid dins de la categoria dels fosfolípids, i més específicament, dels glicerofosfolípids. Els glicerofosfolípids estan formats per dues cadenes d’àcids grassos unides a un glicerol, amb un grup fosforil que connecta amb un alcohol de baix pes molecular, fet que permet diferenciar-los en diverses categories. Segons el tipus d’alcohol unit al grup fosforil, els glicerofosfolípids es classifiquen en fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina i fosfatidilinositol.[5]

Les cadenes d’àcids grassos poden variar en longitud i grau de saturació segons la seva funció i origen. En general, la posició sn-1 del glicerol s’uneix a un àcid gras saturat, mentre que la posició sn-2 s’uneix a un àcid gras insaturat.[6] En el cas del fosfatidilinositol, l’àcid gras de la posició sn-1 és àcid esteàric, mentre que el de la posició sn-2 és àcid araquidònic.[5]

El fosfatidilinositol (PI) pot presentar-se en diferents formes, depenent de la quantitat i la posició dels grups fosfat units a l’anell d’inositol. Cada forma de fosfatidilinositol es denomina segons els carbonis de l’anell d’inositol als quals estan units els grups fosfat.[7]

Aquesta fosforilació pot ocórrer en diverses combinacions com per exemple: si el grup fosfat s'uneix al carboni 3 de l’inositol, es coneix com fosfatidilinositol 3-fosfat o PI(3)P, si s’uneixen als carbonis 4 i 5, el compost es denomina fosfatidilinositol 4,5-bifosfat, abreujat com PI(4,5)P2 i en el cas de tenir grups fosfat en les posicions 3, 4 i 5, el nom passa a ser fosfatidilinositol 3,4,5-trifosfat o PI(3,4,5)P3.[7]

Els enzims que afegeixen grups fosfat a les diferents posicions de l’inositol són les kinases PI i PIP (fosfatidilinositol i fosfatidilinositol fosfat-kinases), que catalitzen la fosforilació en posicions específiques. D’altra banda, els enzims que eliminen aquests grups fosfat, coneguts com fosfatases PIP.[7]

Estructura

[modifica]

El fosfatidilinositol és un glicerofosfolípid crucial en les membranes de les cèl·lules eucariotes. La seva estructura consisteix en un grup de mio-inositol unit a una columna vertebral de diacilglicerol mitjançant un enllaç fosfodièster. El grup de mio-inositol té cinc grups hidroxil. L'enllaç fosfodièster es connecta a l'anell d'inositol en la posició 1. Els grups hidroxil a les posicions 2-6 poden ser fosforilats. El grup diacilglicerol sol estar unit a dues cadenes d’àcids grassos de diferents llargades i enllaços instaurats. El fosfatidilinositol serveix com a precursor dels fosfoinosítids. Es formen per fosforilació en les posicions 3, 4 i/o 5 de l'anell d'inositol.[8] Gràcies a la seva estructura, el fosfatidilinositol té un paper essencial en la senyalització cel·lular i la dinàmica de les membranes.

Bioquímica

[modifica]

Els fosfatidilinositols amb sucres mio-inositol són els presents a la membrana plasmàtica de cèl·lules dels mamífers, però no és l'únic estereoisòmer de l'inositol que hi ha que pot presentar fosfats afegits. Hi ha nou tipus de esteroisòmers de l'inositol. Són, a més del mio-, set que són d'origen natural (escil·lo-, muco-, epi-, neo-, al·lo-, D-(+)-quiro-, i L-(-)-quiro-inositols), i un artificial, que és el cis-inositol. Concretament, el més important dels fosfatidilinositols és el 1,2-diacil-sn-glicero-fosfo-D-myo-inositol (PI). Hi ha una regla mnemotècnica anomenada “la tortuga d’Agranoff” que il·lustra la seva forma molecular. Els fosfatidilinositols tenen alt contingut d'araquidonat (20:4 ω 6 cis) en la segona posició del glicerol, que es un precursor de prostanoides importants fisiològicament.[9]

La composició química d'aquest fosfolípid depèn dels grups fosfats que s'hi hagin afegit i de les condicions en que es mesura, normalment, però, i en el seu estat sense grups fosfats, la seva formula química és , amb una massa molecular de .[10]

El fosfatidilinositol presenta naturalesa amfifílica, amb regions polars (inositol) i no polars (les dues cadenes d’àcids grassos). Típicament, el PI presenta una carrega negativa a pH fisiològic (7,35-7,40), per exemple, el fosfatidilinositol 3,4-bifosfat [PI(3,4)P2] té un pKa=6,96±0,04 pel hidroxil que està en el fosfat en tercera posició i un pKa=6,58±0,04 pel el que està en quarta posició.[11]

Síntesi

[modifica]

La biosíntesi de fosfatidilinositol en mamífers es produeix principalment al reticle endoplasmàtic i implica dos passos enzimàtics clau:

  1. Síntesi de CDP-diacilglicerol: La CDP-diacilglicerol sintetasa converteix l'àcid fosfatídic en CDP-diacilglicerol. Aquest pas és catalizat per dos enzims codificats pels gens CDS1 i CDS2.[12]
  2. Síntesi de dosfatidilinositol: La fosfatidilinositol sintetasa, codificada pel gen CDIPT, transfereix el grup fosfatidil des de CDP-DAG a mioinisitol, formant fosfatidilinositol.[12][13]

L'àcid fosfatídic utilizat en la síntesi de CDP-diacilglicerol pot provenir de dues fonts principals en els mamífers:

  1. Síntesi de novo: L’àcid fosfatídic es produeix a partir del glicerol 3-fosfat a través de la via del fosfat de glicerol al RE.[14]
  2. Activitat de la fosfolipasa D: Aquest enzim hidrolitzat la fosfatidilcolina per produir àcid fosfatídic, principalment a la membrana plasmàtica.[15]

Després de la síntesi, el fosfatidilinositol passa per un procés de remodelatge per adquirir la seva composició característica d’àcids grassos, generalment amb àcid esteàric en la posició sn-1 i àcid araquidònic en la posició sn-2.[12] La regulació d'aquests gens, especiament CDIPT, és crucial per controlar la síntesi de fosfatidilinositol en resposta a les necessitats cel·lulars i a les condicions ambientals.[13]

Interaccions

[modifica]

Els fosfatidilinositols tenen moltes interaccions, com ara:

  • A la polimeració d'actina intervenen els PIs, concretament els PI(4,5)P2. Dissocien la profilactina i polimeritzen l'actina en condicions adequades.[16]
  • La proteïna-cinasa C (PKC) és un factor molt important per l'aparició de tumors. Els PI (PI(4,5)P2) activen mitjancant la hidrolisi aquesta proteïna, i donen una molecula de diacilglicerol i reben un grup fosfat, donant PI(1,4,5)P3. Els PI(1,4,5)P3 també alliberen Ca2+ dels compartiments intracel·lulars.[17]
  • Les acumulacions de fibres d'amiloide son característiques de la malaltia d'Alzheimer, entre d'altres. El component principal de les fibres són els pèptids β-amiloide (Aβ). Els mio-inositols poden promoure la formació de fibres ja que són capaços de rebre i donar enllaços d'hidrogen (H-bonds). A la vegada, els PI també permeten que es formin fibril·les de proteïna TAU.[18]
  • Els PI també es combinen amb dipalmitolifosfatidilcolina (DPPC), i quan la concentració de PI es baixa, juntament amb una força iònica més baixa, les monocapes estan malament estructurades.[19]

Funcions

[modifica]
Els fosfatidilinositols són crucials per que la cèl·lula no entri en apoptosi; quan una proteïna transmembrana (RTK o receptors tirosina cinasa) és activada per una senyal extracel·lular, com ara la insulina, activa la fosfoinosítid 3-cinasa (PI3K), que fosforila el PI(4, 5)P2 i el converteix en PI(3, 4, 5)P3. El fosfatidilinositol (3, 4, 5)-trifosfat actua com a punt d'ancoratge per proteïnes específiques de senyalització intracel·lular, com és la PDK (proteïna-cinasa fosfoinosítid-dependent). Les PDK activen parcialment la proteïna Akt (proteïna-cinasa B), responsable de fosforilar proteïnes amb funció anti-apoptòtica. El PTEN (homòleg de fosfatasa i tensina) defosforila el tercer fosfat de PI(3, 4, 5)P3, actuant com a un antagonista de la PI3K.[20]

Senyalització cel·lular

[modifica]

Els fosfats d'inositol formen part de la senyalització cel·lular, és a dir, del sistema de comunicació entre molècules, que coordina funcions vitals a dins de les cèl·lules.[21]

L'inositol té la capacitat de millorar els nivells de glucosa en sang, especialment en persones amb risc de patir diabetis de tipus II. Les investigacions han demostrat que l'inositol no només té efectes beneficiosos en el sistema endocrí, especialment en millorar la sensibilitat a la insulina, sinó que també té un paper fonamental en altres processos cel·lulars. Per exemple, els lípids d'inositol i els seus derivats polifosfats participen en la resposta de la cèl·lula als canvis en l’energia disponible.[21]

Entre altres funcions, els fosfats d'inositol regulen la senyalització de la insulina i coordinen dos sensors metabòlics clau, l'AMPK i l’mTOR, que detecten la quantitat de nutrients i energia que hi ha a la cèl·lula. Aquests sensors ajusten les respostes cel·lulars, com l'emmagatzematge d'energia o la producció de molècules, segons les necessitats energètiques, mantenint així l'equilibri metabòlic de l'organisme.[21]

Referències

[modifica]
  1. ↑ Lodish et al.. Biología celular y molecular. Buenos Aires: Médica Panamericana, 2005. ISBN 950-06-1374-3. 
  2. ↑ Devlin, T. M. 2004. Bioquímica, 4ª edición. Reverté, Barcelona. ISBN 84-291-7208-4
  3. ↑ Michell, R. H. (2008). Inositol derivatives: Evolution and functions. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 9(2), 151-161. https://doi.org/10.1038/nrm2334
  4. ↑ 4,0 4,1 Majumder, A. L., A. Chatterjee, K. G. Dastidar, and M. Majee. Diversification and Evolution of L-myo-inositol 1-phosphate Synthase. FEBS Letters 553, no. 1-2 (2003): 3-10. https://doi.org/10.1016/S0014-5793(03)00974-8.
  5. ↑ 5,0 5,1 Carrero, I. i Herraez, A. Glicerofosfolípidos. Biomodel https://biomodel.uah.es/model2/lip/gpl.htm
  6. ↑ Torres G., Jairo, i Samuel D. Fosfolípidos: Propiedades y Efectos sobre la Salud. Nutrición Hospitalaria 31, no. 1 (2015): 76–83. https://dx.doi.org/10.3305/nh.2015.31.1.7961
  7. ↑ 7,0 7,1 7,2 Alberts, Bruce, i Adriana Morando. Introducción a la biología celular. 5a ed. Ciutat de Mèxic: Editorial Médica Panamericana, 2020.
  8. ↑ Borges-Araújo, L., & Fernandes, F. (2020). Structure and lateral organization of phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate. Molecules, 25(17), 3885. https://doi.org/10.3390/molecules25173885
  9. ↑ Agranoff, B. W. (1983). II. Biochemical mechanisms in the phosphatidylinositol effect. Life Sciences, 32(18), 2047–2054. https://doi.org/10.1016/0024-3205(83)90092-9
  10. ↑ PubChem. (n.d.). Phosphatidylinositol(18:1/18:1). PubChem. https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Phosphatidylinositol_18_1_18_1
  11. ↑ Kooijman, E. E., King, K. E., Gangoda, M., & Gericke, A. (2009). Ionization properties of phosphatidylinositol polyphosphates in mixed model membranes. Biochemistry, 48(40), 9360–9371. https://doi.org/10.1021/bi9008616
  12. ↑ 12,0 12,1 12,2 Blunsom, Nicholas J.; Cockcroft, Shamshad «Phosphatidylinositol synthesis at the endoplasmic reticulum». Biochimica Et Biophysica Acta. Molecular and Cell Biology of Lipids, 1865, 1, 1-2020, pàg. 158471. DOI: 10.1016/j.bbalip.2019.05.015. ISSN: 1879-2618. PMID: 31173893.
  13. ↑ 13,0 13,1 Clarke, Oliver B.; Tomasek, David; Jorge, Carla D.; Dufrisne, Meagan Belcher; Kim, Minah «Structural basis for phosphatidylinositol-phosphate biosynthesis» (en anglès). Nature Communications, 6, 1, 16-10-2015, pàg. 8505. DOI: 10.1038/ncomms9505. ISSN: 2041-1723.
  14. ↑ Clarke, Oliver B.; Tomasek, David; Jorge, Carla D.; Dufrisne, Meagan Belcher; Kim, Minah «Structural basis for phosphatidylinositol-phosphate biosynthesis». Nature Communications, 6, 16-10-2015, pàg. 8505. DOI: 10.1038/ncomms9505. ISSN: 2041-1723. PMC: 4634129. PMID: 26510127.
  15. ↑ Blunsom, Nicholas J. Phosphatidylinositol Synthesis at the Endoplasmic Reticulum..
  16. ↑ Lassing, I., & Lindberg, U. (1985). Specific Interaction Between Phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate and Profilactin. Nature, 314(6010), 472–474. https://doi.org/10.1038/314472a0
  17. ↑ Corbalán-García, S., & Gómez-Fernández, J. C. (2013). Classical Protein Kinases C Are Regulated by Concerted Interaction With Lipids: The Importance of Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate. Biophysical Reviews, 6(1), 3–14. https://doi.org/10.1007/s12551-013-0125-z
  18. ↑ McLaurin, J., Franklin, T., Chakrabartty, A., & Fraser, P. (1998). Phosphatidylinositol and Inositol Involvement in Alzheimer Amyloid-β Fibril Growth and Arrest. Journal of Molecular Biology, 278(1), 183–194. https://doi.org/10.1006/jmbi.1998.1677
  19. ↑ Cordoba, J., Jackson, S., & Jones, M. (1990). Mixed Monolayers of Phosphatidylinositol and Dipalmitoylphosphatidylcholine and Their Interaction With Liposomes. Colloids and Surfaces, 46(1), 85–94. https://doi.org/10.1016/0166-6622(90)80050-e
  20. ↑ Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2015). Chapter 15: Cell Signaling. In Molecular Biology of The Cell (6th ed., p. 860). Garland Science.
  21. ↑ 21,0 21,1 21,2 Tu-Sekine, Becky, and Sangwon F. Kim. The Inositol Phosphate System—A Coordinator of Metabolic Adaptability. International Journal of Molecular Sciences 23, no. 12 (2022): 6747. https://doi.org/10.3390/ijms23126747.
Obtingut de «https://ca.wikipedia.org/w/index.php?title=Fosfatidilinositol&oldid=34201253»