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Fosfatidilinositol

El fosfatidilinositol o fosfolípido inositol es una biomolécula . Inicialmente se lo llamó "inosita" cuando fue descubierto por Léon Maquenne y Johann Joseph von Scherer a fines del siglo XIX. Se descubrió en bacterias , pero más tarde también se encontró en eucariotas y se descubrió que era una molécula de señalización .

La biomolécula puede existir en 9 isómeros diferentes. Es un lípido que contiene un grupo fosfato , dos cadenas de ácidos grasos y una molécula de azúcar inositol . Normalmente, el grupo fosfato tiene una carga negativa (a valores de pH fisiológicos ). Como resultado, la molécula es anfifílica .

La producción de la molécula está limitada al retículo endoplásmico .

Historia del fosfatidilinositol

El fosfatidilinositol (PI) y sus derivados tienen una rica historia que se remonta a su descubrimiento por parte de Johann Joseph von Scherer [2] y Léon Maquenne [3] [4] [5] a finales del siglo XIX. Inicialmente conocido como " inosita " por su sabor dulce, el aislamiento y la caracterización del inositol sentaron las bases para comprender su estructura de ciclohexanol . El trabajo de Théodore Posternak dilucidó aún más la configuración del mioinositol, [6] [7] [8] la forma principal que se encuentra en los tejidos eucariotas. El estudio de los isómeros del inositol y sus funciones fisiológicas ha revelado una interacción compleja en varios organismos.

La presencia esterificada de inositol en lípidos , particularmente PI, fue observada por primera vez en bacterias y luego confirmada en organismos eucariotas por investigadores como Clinton Ballou [9] [10] y Dan Brown [11] . Su trabajo pionero estableció la estructura de PI y sus formas fosforiladas , arrojando luz sobre sus funciones como moléculas de señalización . A pesar de la complejidad de la nomenclatura y la isomería del inositol, la investigación moderna ha avanzado enormemente en la comprensión de sus diversas funciones en la fisiología celular y las vías de señalización .

El descubrimiento del PI y sus derivados, junto con sus intrincados papeles en la señalización celular, marca un capítulo significativo en el campo de la bioquímica . Desde las primeras investigaciones sobre la estructura del inositol hasta la identificación de sus diversos isómeros y sus funciones fisiológicas, el estudio de los compuestos de inositol continúa descubriendo nuevos conocimientos sobre los procesos celulares . [12]

Estructura y química

El fosfatidilinositol (PI), también conocido como fosfolípido de inositol, es un lípido compuesto por un grupo fosfato, dos cadenas de ácidos grasos y una molécula de inositol. Pertenece a la clase de los fosfatidilglicéridos y se encuentra típicamente como un componente menor en el lado citosólico de las membranas celulares eucariotas . El grupo fosfato imparte una carga negativa a las moléculas a pH fisiológico. [13]

El PI puede existir en nueve formas diferentes: mio-, escilo-, muco-, epi-, neo-, alo-, D-quiro-, L-quiro- y cis-inositol. Estos isómeros son comunes en biología y tienen muchas funciones, por ejemplo, la función sensorial del gusto, la regulación de los niveles de fosfato, el flujo metabólico , la transcripción, la exportación y traducción del ARNm, la señalización de la insulina, el desarrollo embrionario y la respuesta al estrés. El cis-inositol es el único isómero que no se encuentra de forma natural en la naturaleza. [14]

El PI exhibe una naturaleza anfifílica , con regiones tanto polares como no polares, debido a su estructura de glicerofosfolípido que contiene una cadena principal de glicerol, dos colas de ácidos grasos no polares y un grupo fosfato sustituido con un grupo de cabeza polar de inositol. [15]

Fosfoinosítidos

Las formas fosforiladas del fosfatidilinositol (PI) se denominan fosfoinosítidos y desempeñan papeles importantes en la señalización lipídica , la señalización celular y el tráfico de membranas . El anillo de inositol puede ser fosforilado por una variedad de quinasas en los grupos hidroxilo tres, cuatro y cinco en siete combinaciones diferentes. Sin embargo, los grupos hidroxilo dos y seis normalmente no están fosforilados debido al impedimento estérico . [16]

Se han encontrado en animales las siete variaciones de los siguientes fosfoinosítidos:

Monofosfatos de fosfatidilinositol:

Bifosfatos de fosfatidilinositol:

Trifosfato de fosfatidilinositol:

Estos fosfoinosítidos también se encuentran en las células vegetales , con excepción del PIP 3. [17] [18] [19]

Hidrólisis

La importancia del metabolismo del fosfatidilinositol (PI) radica en su papel como un mecanismo de transducción potencial, evidente a partir de estudios que muestran la hidrólisis inducida por hormonas y neurotransmisores del PI. La hidrólisis comienza con la enzima PI 4-quinasa alfa ( PI4Kα ) que convierte el PI en PI 4-fosfato ( PI4P ), que luego se convierte en PI (4,5) bifosfato ( PI(4,5)P 2 ) por la enzima PI 4-fosfato-5-quinasa ( PI4P5K ). El PI(4,5)P 2 es luego hidrolizado por la fosfolipasa C ( PLC ) y forma los segundos mensajeros, inositol (1,4,5) trifosfato ( IP 3 ) y diacilglicerol ( DG ). El DG es luego fosforilado a ácido fosfatídico ( PA ) por la quinasa DG ( DGK ). El PA también se produce directamente a partir de la fosfatidilcolina ( PC ) por la fosfolipasa D ( PLD ). Las proteínas de transferencia de lípidos facilitan el intercambio de PI y PA entre membranas, asegurando su disponibilidad para los mecanismos receptores en la membrana plasmática, incluso en orgánulos como las mitocondrias incapaces de sintetizar PI. [20] [21] [22]

Representación del proceso de hidrólisis y biosíntesis en la membrana plasmática y el retículo endoplasmático (RE). Descripción del ciclo de PI, con los respectivos procesos y reacciones enzimáticas. Realizado por Mathias Sollie Sandsdalen en BioRender.com, modificado de NJ Blunsom y S. Cockcroft. [20]

Biosíntesis

La síntesis de fosfatidilinositol (PI) se limita al retículo endoplasmático (RE), que es el componente de membrana más grande de la célula. [23] Este sitio también contribuye a la síntesis de la mayoría de los fosfolípidos, a saber, fosfatidilcolina (PC), fosfatidiletanolamina (PE), fosfatidilserina (PS) y triacilglicerol (TG). [24] La síntesis implica una serie de reacciones enzimáticas.

La biosíntesis y fosforilación de PI se limita principalmente a la superficie citosólica de los orgánulos por las quinasas ya residentes , pero no específicamente en el RE. La síntesis de PI de novo comienza con un proceso de acilación de gliceraldehído-3-fosfato (G-3-P) por enzimas GPAT en la posición de la cadena acilo sn-1 . [25] El proceso es seguido luego por una segunda acilación con LPAAT1, LPAAT2 y LPAAT3, enzimas LPAAT, en la posición de la cadena acilo sn-2 . [26] Este proceso de doble paso acila G-3-P a ácido fosfatídico (PA).

El PA se convierte en el intermediario CDP-diacilglicerol (CDP-DG) mediante un proceso llamado CDP-diaglicerol sintasa. Esta síntesis es catalizada por el uso de las enzimas CDS1 y CDS2 , CDS-. En el proceso enzimático final, el CDP-DG y el inositol son catalizados por la enzima PI sintasa (PIS) y sintetizados en PI. [27] [28]

Referencias

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  4. ^ Maquenne, León (1887). "Sur les propriétés de l'inosite". Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des Sciences . 104 : 297-299.
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