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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 potencial mecanismo de transducción, 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] Luego, el proceso es seguido 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

  1. ^ Blunsom, Nicholas J.; Cockcroft, Shamshad (2020). "Síntesis de fosfatidilinositol en el retículo endoplasmático". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biología molecular y celular de los lípidos . 1865 (1). doi :10.1016/j.bbalip.2019.05.015. PMID  31173893. S2CID  182948709.
  2. ^ Scherer, Johann J. (1850). "Uber eine neue aus dem Muskelfleisch gewonnene Zuckerart". Liebigs Ann. química . 73 (3): 322. doi :10.1002/jlac.18500730303.
  3. ^ Maquenne, León (1887). "Préparation, proprietés et constitution se l'inosite". Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des Sciences . 104 : 225-227.
  4. ^ Maquenne, León (1887). "Sur les propriétés de l'inosite". Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des Sciences . 104 : 297-299.
  5. ^ Maquenne, León (1887). "Sur quelques derivados de l'inosite". Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des Sciences . 104 : 1719-1722.
  6. ^ Posternak, Théodore (1942). "Recherches dans la série des cyclites VI. Sut la configuración de la meso-inosita, de la escilita y de un inosose obtenu par voie biochimique (scyllo-ms-inosose)". Helv. Chim. Acta . 25 (4): 746-752. doi :10.1002/hlca.19420250410.
  7. ^ Dangschat, Gerda (1942). "Acetonierung und Konfiguration des Meso-inosits". Die Naturwissenschaften (en alemán). 30 (9–10): 146–147. Código bibliográfico : 1942NW.....30..146D. doi :10.1007/BF01475387. ISSN  0028-1042. S2CID  38695213.
  8. ^ Falkenburger, Björn H.; Jensen, Jill B.; Dickson, Eamonn J.; Suh, Byung-Chang; Hille, Bertil (2010). "REVISIÓN DEL SIMPOSIO: Fosfoinosítidos: reguladores lipídicos de proteínas de membrana: Los fosfoinosítidos instruyen a las proteínas de membrana". The Journal of Physiology . 588 (17): 3179–3185. doi :10.1113/jphysiol.2010.192153. PMC 2976013 . PMID  20519312. 
  9. ^ Pizer, Frances Lane; Ballou, Clinton E. (1959). "Estudios sobre fosfatos de mioinositol de origen natural". Revista de la Sociedad Química Americana . 81 (4): 915–921. doi :10.1021/ja01513a040. ISSN  0002-7863.
  10. ^ Ballou, Clinton E.; Pizer, Lewis I. (1959). "SÍNTESIS DE UN 1-FOSFATO DE MIOINOSITOL ÓPTICAMENTE ACTIVO". Revista de la Sociedad Química Americana . 81 (17): 4745. doi :10.1021/ja01526a074. ISSN  0002-7863.
  11. ^ Brown, DM; Clark, BFC; Letters, R. (1961). "732. Fosfolípidos. Parte VII. La estructura de un monofosfoinosítido". Journal of the Chemical Society (Resumen) : 3774–3779. doi :10.1039/jr9610003774. ISSN  0368-1769.
  12. ^ Irvine, Robin F. (2016). "Una breve historia de los lípidos de inositol". Journal of Lipid Research . 57 (11): 1987–1994. doi : 10.1194/jlr.R071712 . PMC 5087877 . PMID  27623846. 
  13. ^ Kooijman, Edgar E.; King, Katrice E.; Gangoda, Mahinda; Gericke, Arne (13 de octubre de 2009). "Propiedades de ionización de polifosfatos de fosfatidilinositol en membranas modelo mixtas". Bioquímica . 48 (40): 9360–9371. doi :10.1021/bi9008616. ISSN  0006-2960. PMID  19725516.
  14. ^ Thomas, Mark P.; Mills, Stephen J.; Potter, Barry VL (26 de enero de 2016). "Los "otros" inositoles y sus fosfatos: síntesis, biología y medicina (con avances recientes en la química del mio-inositol)". Angewandte Chemie International Edition . 55 (5): 1614–1650. doi :10.1002/anie.201502227. ISSN  1433-7851. PMC 5156312 . PMID  26694856. 
  15. ^ Hoener, Marius C.; Brodbeck, Urs (1992). "La fosfolipasa D específica del fosfatidilinositol-glicano es una glicoproteína anfifílica que en el suero está asociada con lipoproteínas de alta densidad". Revista Europea de Bioquímica . 206 (3): 747–757. doi :10.1111/j.1432-1033.1992.tb16981.x. ISSN  0014-2956. PMID  1606959.
  16. ^ Falkenburger, Björn H.; Jensen, Jill B.; Dickson, Eamonn J.; Suh, Byung-Chang; Hille, Bertil (1 de septiembre de 2010). "REVISIÓN DEL SIMPOSIO: Fosfoinosítidos: reguladores lipídicos de las proteínas de membrana: Los fosfoinosítidos instruyen a las proteínas de membrana". The Journal of Physiology . 588 (17): 3179–3185. doi :10.1113/jphysiol.2010.192153. PMC 2976013 . PMID  20519312. 
  17. ^ Muller-Roeber B, Pical C (2002). Metabolismo de fosfolípidos de inositol en Arabidopsis. Isoformas caracterizadas y putativas de la fosfolípido quinasa de inositol y la fosfolipasa C específica de fosfoinosítidos .
  18. ^ Falkenburger, Björn H.; Jensen, Jill B.; Dickson, Eamonn J.; Suh, Byung-Chang; Hille, Bertil (1 de septiembre de 2010). "REVISIÓN DEL SIMPOSIO: Fosfoinosítidos: reguladores lipídicos de las proteínas de membrana: Los fosfoinosítidos instruyen a las proteínas de membrana". The Journal of Physiology . 588 (17): 3179–3185. doi :10.1113/jphysiol.2010.192153. PMC 2976013 . PMID  20519312. 
  19. ^ Tabaei, Seyed R.; Guo, Feng; Rutaganira, Florentine U.; Vafaei, Setareh; Choong, Ingrid; Shokat, Kevan M.; Glenn, Jeffrey S.; Cho, Nam-Joon (17 de mayo de 2016). "Remodelación compositiva en múltiples pasos de membranas lipídicas soportadas por fosfatidilinositol quinasas activas interfacialmente". Química analítica . 88 (10): 5042–5045. doi :10.1021/acs.analchem.6b01293. ISSN  0003-2700. PMC 5291064 . PMID  27118725. 
  20. ^ ab Blunsom, Nicholas J.; Cockcroft, Shamshad (2020). "Síntesis de fosfatidilinositol en el retículo endoplasmático". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biología molecular y celular de los lípidos . 1865 (1): 158471. doi :10.1016/j.bbalip.2019.05.015. PMID  31173893. S2CID  182948709.
  21. ^ Berridge, Michael J. (1981). "Hidrolisis de fosfatidildmositol: un mecanismo de transducción multifuncional". Endocrinología molecular y celular . 24 (2): 115–140. doi :10.1016/0303-7207(81)90055-1. PMID  6117490. S2CID  27566538.
  22. ^ Ivanova, Adelina; Atakpa-Adaji, Paz (2023). "Fosfatidilinositol 4,5-bifosfato y calcio en las uniones ER-PM: interacción compleja de mensajeros simples". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Investigación de células moleculares . 1870 (6): 119475. doi : 10.1016/j.bbamcr.2023.119475 . PMID  37098393.
  23. ^ Schink, Kay O.; Tan, Kia-Wee; Stenmark, Harald (2016). "Fosfoinosítidos en el control de la dinámica de membrana". Revisión anual de biología celular y del desarrollo . 32 (1): 143–171. doi :10.1146/annurev-cellbio-111315-125349. ISSN  1081-0706. PMID  27576122.
  24. ^ Choy, Christopher H.; Han, Bong-Kwan; Botelho, Roberto J. (2017). "Diversidad, distribución y función efectora de los fosfoinosítidos: salir de la caja". BioEssays . 39 (12). doi :10.1002/bies.201700121. ISSN  0265-9247. PMID  28977683. S2CID  22778474.
  25. ^ Ridgway, Neale D. (2016), "Síntesis de fosfolípidos en células de mamíferos", Bioquímica de lípidos, lipoproteínas y membranas , Elsevier, págs. 209-236, doi :10.1016/b978-0-444-63438-2.00007-9, ISBN 978-0-444-63438-2, S2CID  89265741 , consultado el 15 de febrero de 2024
  26. ^ Chatterjee, Soumya Deep; Zhou, Juan; Dasgupta, Rubin; Cramer-Blok, Anneloes; Timmer, Monika; van der Stelt, Mario; Ubbink, Marcellus (2021). "La dinámica de las proteínas influye en la actividad enzimática de la fosfolipasa A/aciltransferasas 3 y 4". Bioquímica . 60 (15): 1178–1190. doi :10.1021/acs.biochem.0c00974. ISSN  0006-2960. PMC 8154263 . PMID  33749246. 
  27. ^ Bunney, Tom D.; Katan, Matilda (2011). "Regulación de PLC: nuevas imágenes para mecanismos moleculares". Tendencias en Ciencias Bioquímicas . 36 (2): 88–96. doi :10.1016/j.tibs.2010.08.003. PMID  20870410.
  28. ^ Ivanova, Adelina; Atakpa-Adaji, Paz (2023). "Fosfatidilinositol 4,5-bifosfato y calcio en las uniones ER-PM: interacción compleja de mensajeros simples". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Investigación de células moleculares . 1870 (6): 119475. doi : 10.1016/j.bbamcr.2023.119475 . PMID  37098393.

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