La fosfatidiletanolamina (PE) è un glicerofosfolipide abbondante nelle membrane plasmatiche dei procarioti. Al contrario, nelle membrane delle cellule eucariotiche questo è il secondo glicerofosfolipide più abbondante all'interno della membrana plasmatica dopo la fosfatidilcolina.
Nonostante l'abbondanza di fosfatidiletanolammina, la sua abbondanza dipende non solo dal tipo di cellula ma anche dal compartimento e dal momento dello specifico ciclo di vita cellulare considerato.
Molecola di fosfatidiletanolamina
Le membrane biologiche sono barriere che definiscono gli organismi cellulari. Non solo hanno funzioni di protezione e isolamento, ma sono anche fondamentali per la creazione di proteine che richiedono un ambiente idrofobo per il loro funzionamento ottimale.
Sia gli eucarioti che i procarioti hanno membrane composte principalmente da glicerofosfolipidi e, in misura minore, sfingolipidi e steroli.
I glicerofosfolipidi sono molecole anfipatiche strutturate su uno scheletro di L-glicerolo esterificato nelle posizioni sn-1 e sn-2 da due acidi grassi di varia lunghezza e grado di saturazione. Nell'idrossile della posizione sn-3 è esterificato da un gruppo fosfato, al quale si possono attaccare a loro volta diversi tipi di molecole che danno origine alle varie classi di glicerofosfolipidi.
Nel mondo cellulare esiste una grande varietà di glicerofosfolipidi, tuttavia i più abbondanti sono fosfatidilcolina (PC), fosfatidiletanolammina (PE), fosfatidilserina (PS), fosfatidilinositolo (PI), acido fosfatidico (PA), fosfatidilglicerolo (PG) cardiolipina (CL).
Struttura
La struttura della fosfatidiletanolamina è stata scoperta da Baer et al. Nel 1952. Come è stato determinato sperimentalmente per tutti i glicerofosfolipidi, la fosfatidiletanolammina è costituita da una molecola di glicerolo esterificata nelle posizioni sn-1 e sn-2 con catene acide grasso con tra 16 e 20 atomi di carbonio.
Gli acidi grassi esterificati nello sn-1 idrossile sono generalmente saturi (senza doppi legami) con lunghezze massime di 18 atomi di carbonio, mentre le catene legate in posizione sn-2 sono più lunghe e con una o più insaturazioni ( doppi legami).
Il grado di saturazione di queste catene contribuisce all'elasticità della membrana, che ha una grande influenza sull'inserimento e il sequestro delle proteine nel doppio strato.
La fosfatidiletanolamina è considerata un glicerofosfolipide non lamellare, poiché ha una forma geometrica conica. Questa forma è data dalla piccola dimensione del suo gruppo polare o "testa", in relazione a quella delle catene di acidi grassi che compongono le "code" idrofobe.
La "testa" o gruppo polare della fosfatidiletanolammina ha un carattere zwitterionico, cioè ha gruppi che possono essere caricati positivamente e negativamente in determinate condizioni di pH.
Questa caratteristica gli consente di legarsi a idrogeno con un gran numero di residui di amminoacidi e la sua distribuzione di carica è un determinante essenziale per la topologia del dominio di molte proteine integrali di membrana.
biosintesi
Nelle cellule eucariotiche, la sintesi dei lipidi strutturali è geograficamente limitata, il principale sito di biosintesi è il reticolo endoplasmatico (ER) e in misura minore l'apparato di Golgi.
Esistono quattro percorsi biosintetici indipendenti per la produzione di fosfatidiletanolamina: (1) il percorso CDP-etanolamina, noto anche come percorso Kennedy; (2) il percorso PSD per la decarbossilazione della fosfatidilserina (PS); (3) acilazione del liso-PE e (4) reazioni di cambiamento di base del gruppo polare di altri glicerofosfolipidi.
Kennedy Route
La biosintesi della fosfatidiletanolamina per questa via è limitata all'ER ed è stato dimostrato che nelle cellule epatiche di criceto è la principale via di produzione. Consiste di tre fasi enzimatiche consecutive catalizzate da tre diversi enzimi.
Nella prima fase, la fosfoetanolamina e l'ADP vengono prodotti grazie all'azione dell'etanolammina chinasi, che catalizza la fosforilazione dell'etanolamina dipendente dall'ATP.
A differenza delle piante, né i mammiferi né i lieviti sono in grado di produrre questo substrato, quindi deve essere consumato nella dieta o ottenuto dalla degradazione di molecole di fosfatidiletanolammina o sfingosina preesistenti.
La fosfoetanolamina viene utilizzata da CTP: fosfoetanolammina citidiltransferasi (ET) per formare il composto ad alta energia CDP: etanolamina e un fosfato inorganico.
La 1,2-diacilglicerolo etanolammina fosfotransferasi (ETP) utilizza l'energia contenuta nel legame CDP-etanolammina per legare covalentemente l'etanolamina a una molecola di diacilglicerolo inserita nella membrana, dando origine alla fosfatidiletanolamina.
Percorso PSD
Questo percorso opera sia nei procarioti che nei lieviti e nei mammiferi. Nei batteri si verifica nella membrana plasmatica, ma negli eucarioti si verifica in un'area del reticolo endoplasmatico che è strettamente correlata alla membrana mitocondriale.
Nei mammiferi la via è catalizzata da un singolo enzima, la fosfatidilserina decarbossilasi (PSD1p), che è incorporata nella membrana mitocondriale, il cui gene è codificato dal nucleo. La reazione comporta la decarbossilazione di PS a fosfatidiletanolamina.
Le restanti due vie (PE-lisoacilazione e scambio di calcio dipendente dal gruppo polare) si verificano nel reticolo endoplasmatico, ma non contribuiscono in modo significativo alla produzione totale di fosfatidiletanolamina nelle cellule eucariotiche.
Caratteristiche
I glicerofosfolipidi hanno tre funzioni principali nella cellula, tra cui spiccano le funzioni strutturali, l'accumulo di energia e la segnalazione cellulare.
La fosfatidiletanolamina è associata all'ancoraggio, stabilizzazione e piegatura di più proteine di membrana, nonché ai cambiamenti conformazionali necessari per la funzione di molti enzimi.
Esistono evidenze sperimentali che propongono la fosfatidiletanolamina come glicerofosfolipide cruciale nella fase avanzata della telofase, durante la formazione dell'anello contrattile e l'instaurarsi del fragmoplasto che permette la divisione della membrana delle due cellule figlie.
Ha anche un ruolo importante in tutti i processi di fusione e fissione (unione e separazione) delle membrane sia del reticolo endoplasmatico che dell'apparato di Golgi.
In E. coli è stato dimostrato che la fosfatidiletanolamina è necessaria per il corretto ripiegamento e funzione dell'enzima lattosio permeasi, motivo per cui è stato suggerito che svolga un ruolo di “chaperone” molecolare.
La fosfatidiletanolamina è il principale donatore della molecola di etanolamina necessaria per la modifica post-traduzionale di numerose proteine, come gli ancoraggi GPI.
Questo glicerofosfolipide è il precursore di numerose molecole con attività enzimatica. Inoltre, le molecole derivate dal suo metabolismo, così come il diacilglicerolo, l'acido fosfatidico e alcuni acidi grassi, possono agire come secondi messaggeri. Inoltre, è un importante substrato per la produzione di fosfatidilcolina.
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