cardiolipin, juga dikenal sebagai diphosphatidylglycerol, adalah glicerofosfolípidos lipid keluarga dan kelompok poliglicerofosfolípidos. Ini ditemukan di membran mitokondria organisme eukariotik, di membran plasma banyak bakteri, dan juga di beberapa archaea.
Ditemukan oleh Pangborn pada tahun 1942 dari analisis lipid membran jaringan jantung sapi. Strukturnya diusulkan pada tahun 1956 dan sintesis kimia berlangsung sekitar 10 tahun kemudian.
Struktur Cardiolipin (Sumber: Edgar181 [Domain publik] melalui Wikimedia Commons)
Beberapa penulis menganggap bahwa keberadaannya terbatas pada membran penghasil ATP, seperti dalam kasus mitokondria pada eukariota, membran plasma pada bakteri, dan hidrogensom (organel mirip mitokondria) pada protista tertentu.
Fakta bahwa cardiolipin ditemukan di mitokondria dan dalam membran plasma bakteri telah digunakan untuk memperkuat dasar teori endosimbiotik, yang menetapkan bahwa mitokondria muncul dalam sel-sel progenitor eukariota melalui fagositosis bakteri, yang kemudian menjadi bergantung pada sel dan sebaliknya.
Jalur biosintetiknya pada hewan dijelaskan antara tahun 1970 dan 1972 dan kemudian ditunjukkan bahwa ini adalah jalur yang sama yang terjadi pada tumbuhan , ragi, jamur, dan invertebrata . Ini bukan lipid yang sangat melimpah, tetapi sel membutuhkannya untuk berfungsi dengan baik.
Pentingnya fosfolipid ini untuk mitokondria dan, oleh karena itu, untuk metabolisme sel, terbukti ketika kerusakan jalur metabolisme yang terkait dengannya menghasilkan patologi manusia yang dikenal sebagai sindrom Barth (miopati kardio-skeletal).
Indeks artikel
Struktur
Kardiolipin atau diphosphatidylglycerol terdiri dari dua molekul asam fosfatidat (fosfolipid paling sederhana) yang dihubungkan bersama melalui molekul gliserol.
Asam fosfatidat, salah satu zat antara yang umum dalam jalur biosintetik fosfolipid lainnya, terdiri dari molekul gliserol 3-fosfat, di mana dua rantai asam lemak diesterifikasi pada posisi karbon 1 dan 2, sehingga dikenal juga sebagai 1, 2-diasilgliserol 3-fosfat.
Oleh karena itu, kardiolipin terdiri dari tiga molekul gliserol: gliserol pusat, terikat pada gugus fosfat pada karbon 1, gugus fosfat lain pada karbon 3, dan gugus hidroksil pada karbon 2; dan dua gliserol “samping”.
Dua molekul gliserol “sisi” dilekatkan pada molekul pusat oleh “jembatan gliserol” melalui karbonnya pada posisi 3. Pada karbon pada posisi 1 dan 2, dua rantai asam lemak dengan panjang dan saturasi diesterifikasi.
Kardiolipin adalah lipid yang mungkin atau mungkin tidak membentuk bilayer, tergantung pada ada tidaknya kation divalen. Ini terkait dengan fakta bahwa itu adalah molekul simetris, yang membuatnya penting dalam membran yang bertanggung jawab untuk proses transduksi energi.
Seperti lipid lain dari kelompok poligliserofosfolipid, kardiolipin memiliki beberapa gugus hidroksil yang dapat berfungsi untuk pengikatan asam lemak. Oleh karena itu, ia memiliki beberapa stereoisomer posisional.
Asam lemak Anda
Studi yang berbeda telah menentukan bahwa asam lemak yang melekat pada molekul gliserol lateral kardiolipin biasanya tidak jenuh, tetapi tingkat ketidakjenuhannya belum ditentukan.
Jadi asam lemak tersebut dapat memiliki panjang 14-22 karbon dan 0-6 ikatan rangkap. Ini dan fakta bahwa cardiolipin memiliki empat molekul asam lemak yang terkait, menyiratkan bahwa mungkin ada banyak variabel dan kombinasi dari fosfolipid ini.
Perpaduan
Biosintesis kardiolipin, seperti yang diharapkan, dimulai dengan sintesis asam fosfatidat atau 1,2-diasilgliserol 3-fosfat dari gliserol 3-fosfat dan asam lemak. Proses ini terjadi di mitokondria eukariota dan di membran plasma bakteri.
Sintesis pada eukariota
Setelah terbentuk, asam fosfatidat bereaksi dengan molekul berenergi tinggi yang analog dengan ATP: CTP. Kemudian zat antara, juga energi tinggi, yang dikenal sebagai fosfatidil-CMP terbentuk. Gugus fosfatidil yang teraktivasi dipindahkan ke gugus hidroksil pada posisi C1 dari molekul gliserol pusat yang berfungsi sebagai tulang punggung.
Proses ini menghasilkan molekul yang disebut phosphatidylglycerophosphate, yang dihidrolisis untuk menghasilkan phosphatidylglycerol. Ini menerima gugus fosfatidil lain yang diaktifkan dari molekul fosfatidil-CMP lain, suatu reaksi yang dikatalisis oleh fosfatidiltransferase yang juga dikenal sebagai cardiolipin synthase.
Enzim cardiolipin synthase berada di membran mitokondria bagian dalam dan tampaknya membentuk kompleks besar, setidaknya dalam ragi. Gennya diekspresikan dalam jumlah besar di jaringan yang kaya akan mitokondria seperti jantung, hati, dan otot rangka vertebrata .
Regulasi aktivitasnya tergantung, sebagian besar, pada faktor transkripsi dan faktor endokrin yang sama yang memodulasi biogenesis mitokondria.
Setelah disintesis di membran mitokondria bagian dalam, kardiolipin harus ditranslokasikan ke arah membran mitokondria luar sehingga serangkaian proses topologi berlangsung di membran dan unsur struktural lain yang sama ditampung.
Sintesis pada prokariota
Kandungan kardiolipin pada bakteri dapat sangat bervariasi dan terutama tergantung pada keadaan fisiologis sel: biasanya kurang melimpah pada fase pertumbuhan eksponensial dan lebih melimpah ketika terjadi reduksi (dalam fase diam, misalnya).
Jalur biosintetiknya dapat dipicu oleh berbagai rangsangan stres seperti defisit energi atau stres osmotik.
Sampai pembentukan fosfatidilgliserol, proses pada eukariota dan prokariota sama, tetapi dalam prokariota, fosfatidilgliserol menerima, oleh transesterifikasi, sekelompok fosfatidil dari molekul fosfatidilgliserol lain. Reaksi ini dikatalisis oleh fosfolipase enzim D-jenis juga dikenal sebagai sintase cardiolipin.
Reaksi ini dikenal sebagai reaksi “transphosphatidylation” (dari bahasa Inggris “ transphosphatidylation” ), dimana salah satu phosphatidylglycerols bertindak sebagai donor gugus phosphatidyl dan yang lainnya sebagai akseptor.
Fitur
Karakteristik fisik molekul kardiolipin tampaknya memungkinkan interaksi tertentu yang memainkan peran penting dalam organisasi struktural membran tempat mereka ditemukan.
Di antara fungsi-fungsi ini adalah diskriminasi beberapa domain membran, interaksi atau “crossover” dengan protein transmembran atau subdomainnya, antara lain.
Berkat karakteristik fisikokimianya, kardiolipin dikenal sebagai lipid yang tidak membentuk bilayer, tetapi fungsinya mungkin untuk menstabilkan dan “mengakomodasi” protein transmembran dalam lipid bilayer.
Karakteristik listriknya, khususnya, memberikan fungsi dalam proses transfer proton yang terjadi di mitokondria.
Meskipun sel dapat bertahan hidup tanpa fosfolipid ini, beberapa penelitian telah menentukan bahwa itu diperlukan untuk fungsi optimalnya.
Referensi
- Harayama, T., & Riezman, H. (2018). Memahami keragaman komposisi lipid membran. Nature Review Biologi Sel Molekuler , 19 (5), 281-296.
- Lucky, M. (2008). Biologi struktural membran: dengan dasar biokimia dan biofisika . Pers Universitas Cambridge.
- Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Biokimia Harper’s Illustrated (edisi ke-28). McGraw-Hill Medis.
- van Meer, G., Voelker, DR, & Feigenson, GW (2008). Lipid membran: di mana mereka berada dan bagaimana mereka berperilaku. Ulasan Alam , 9 , 112-124.
- Vance, JE, & Vance, DE (2008). Biokimia lipid, lipoprotein dan membran. Dalam Biokimia Komprehensif Baru Vol.36 (edisi ke-4). lain.
