Липидни капки

Липидните капки (англиски: lipid droplets) се клеточни структури кои складираат неутрални масти. Тие имаат посебна структура меѓу органелите – изградени се од хидрофобно јадро од неутрални липиди, обвиткано со фосфолипиден монослој. Поради неразјаснетоста околу нивната ултраструктура и биогенеза, липидните капки долго време се сметаа за инертни клеточни инклузии.

Липидните капки настануваат на мембраната на ендоплазматскиот ретикулум (ЕР).[1] Поради хидрофобната природа на неутралните масти, липидниот двослој не е соодветен за нивно складирање, па оттаму, неутралните масти се складираат во липидните капки - структури обложени со липиден монослој со хидрофобно јадро (претставуваат практично емулзија во водниот раствор на цитозолот).[2] Биогенезата започнува со синтеза на неутрални липиди, во најголем број триацилглицериди и холестерол-естри – процес катализиран од страна на интегрални мембрански белковини на ЕР-мембраната: за синтеза на триацилглицеридите, ензимот диацилглицерол ацил трансфераза (DGAT), за синтеза на холестерол-естрите, ензимот ацил-КоА:холестерол О-ацил трансфераза (ACAT). Непосредно по синтезата, триацилглицеридите се транслоцираат меѓу двата слоја на мембраната на ЕР, каде понатаму преку повеќе чекори се формираат липидните капки.

Липидната капка е изградена од хидрофобно јадро, каде се складираат неутрални липиди (главно триацилглицероли и холестерол-естри), обвиткано со фосфолипиден монослој. Површината на липидната капка е накитена со различни стуктурни или регулаторни белковини, меѓу кои и ензими кои имаат директна улога во метаболизмот на липиди (адипоцитна триацилглицерол-липаза).
Градба на липидната капка

Градба на липидните капкиУреди

Липидните капки се изградени од хидрофобно јадро (во чиј состав влегуваат со најголем процент триацилглицеридите и холестерол-естрите), обвиткано со фосфолипиден монослој, асоциран со голем број различни регулаторни белковини (перилипин, CGI-58 и други).

За разлика од другите клеточни органели, чија мембрана е изградена од типичен фосфолипиден двослој – биомембрана составена од два листа на фосфолипиди чии поларни глави се ориентирани кон водената фаза (цитозолот од една страна и луменот на органелата од друга страна), фосфолипидниот монослој, кој ги обвиткува липидните капки, го овозможува хидрофобниот карактер на внатрешноста на липидната капка, што е од функционално значење за нивната примарна улога во складирање на хидрофобни липиди. Ваквата градба на липидната капка покажува сличности со онаа на мицелите – поларните (хидрофилни) глави на фосфолипидите се ориентирани кон цитозолот (воден раствор), а хидрофобните опашки на маснокиселинските остатоци кон хидрофобната внатрешност. Молекуларната архитектура на липидните капки е слична со онаа на липобелковините - биокомплекси, чија функција е транспорт на нерастворливите липиди и холестерол-естри како и на холестерол низ крвта. Фосфолипидниот монослој на липидните капки е накитен со различни регулаторни белковини, чија функција е во склоп со регулацијата на липидниот метаболизам. Во типичните белковини асоцирани со површината на липидните капки спаѓаат белковините од PAT-фамилијата: перилипин (Perilipin-1, -2, -3), понатаму белковината CGI-58 (comparative gene identification protein 58)  и други.

Биогенеза на липидните капкиУреди

Липидните капки се динамични органели и како и сите останати органели, подлежат на циклус од биогенеза, созревање-матурација, интеракција со други органели и разградба (turnover).[3] Иако е постигнат голем напредок во последните години, сепак, точните механизми на биогенезата на липидните капки сè уште не се разбрани во детали.

Чекори во биосинтезата на липидните капки: 1. Синтеза на неутрални липиди: триацилглицероли и холестерол-естри на мембраната на ЕР и нивно транслоцирање меѓу двата листа на ЕР-мембраната. 2. Акумулирање на неутралните липиди и формирање леќа. 3. Пупчење на насцентната липидна капка, потпомогнато од регулаторни белковини. 4. По достигање на критична маса, липидната капка се отецпува обвиткана од фосфолипиден монослој, кој потекнува од цитозолниот лист на ЕР-мембраната. (Регулаторни белковини белковини кои го помагаат формирањето на липидната капка, како и таргетирањето до липидната капка не е прикажано.)
Биогенеза на липидните капки на мембраната на Ендоплазматскиот ретикулум

Редослед на чекорите во биогенезата на липидните капкиУреди

1. Синтеза на триацилглицериди (ТАГ) и холестерол-естри и нивно последователно транслоцирање меѓу двата листа на ЕР-мембраната;

2. При постигање на одредена маса синтетизирани липиди, тие започнуваат да се акумулираат меѓу двата листа на ЕР-мембраната, формирајќи таканаречена леќа;

3. Акумулирањето на липидите доведува до испапчување на цитозолниот лист од ЕР-мембраната – процес најверојатно поддржан од повеќе регулаторни белковини[4] кои се рекрутираат на местото на новоформирачката (насцентна) липидна капка;

4. По достигање на критична маса, насцентната липидна капка се отцепува од ЕР-мембраната, обвиткана од фосфолипиден монослој, кој потекнува од цитозолниот лист на ЕР-мембраната. Фосфолипидниот состав на обвивката и површинската тензија имаат значителна улога во пупчењето на липидната капка.

Различни регулаторни белковини се асоцирани со површината на липидната капка. Нивното таргетирање до површината на липидната капка е предмет на тековно истражување[5][6]. За разлика од таргетирањето на белковини кон другите органели, белковините специфично насочени кон липидните капки не поседуваат сигнална секвенца.[1]

Регулација на липолизатаУреди

Разградбата на липидните капки т.е. на неутралните масти е хормонски регулирана. Една од двете најважни липази во липолизата, хормон чувствителна липаза (HSL) во базална состојба се наоѓа во цитозолот во онеспособен облик. Регулацијата се одвива по принципот на реверзибилна фосфорилација - во фосфорилирана форма ензимот е активен, а со дефосфорилирање преминува во онеспособен облик. Активацијата се врши од страна на катехоламините преку cAMP-белковина киназа А-сигналниот пат, а онеспособување преку дефосфорилација регулирана од инсулинот преку PIP3-сигналниот пат. Притоа, регулаторната белковина перилипин, која е асоцирана со површината на липидните капки, има улога за активноста и позиционирањето на хормон-чувствителната липаза на површината на липидната капка. Вториот важен ензим за липолизата, адипоцитната триацилглицерол-липаза (ATGL), во базална состојба се наоѓа на површината од липидната капка, но ензиматската активност е значително ограничена во отсуство на нејзиниот коактиватор, белковината CGI-58. CGI-58 во базална состоја е врзан за перилипин на површината на липидната капка и не може да дејствува како коактиватор на липидната триацилглицерол-липаза (ATGL).[7] Преку активирање од страна на cAMP-зависната белковина-киназа А, CGI-58 дисоцира од перилипн и се врзува за липидната триацилглицерол-липаза и значително ја зголемува нејзината активност. Перилипин исто така е активиран од cAMP-зависната белковина-киназа А и во својата активна форма ја врзува активираната хормон-чувствителна липаза на површината на липидната капка. Двата ензими ги разложуваат триацилглицеролите до моноацилглицероли, при што адипоцитната триацилглицерол-липаза е важна за воведната липолиза. Моноацилглицеролите последователно се разложени до глицерол и масна киселина од страна на конститутивно активната моноацилглицерол-липаза (MAGL). Ослободените масни киселини се транспортираат во матрицата на митохондриите, каде преку процесот на β-оксидација се разложуваат до ацетил-КоА.

Липидниот метаболизам покрај хормонската контрола е регулиран и од страна на масни киселини, кои преку јадрени рецептори ја контролираат генската експресија на одредени гени.

НаводиУреди

  1. 1,0 1,1 Olzmann, James A.; Carvalho, Pedro (2019-03). „Dynamics and functions of lipid droplets“. Nature Reviews Molecular Cell Biology (англиски). 20 (3): 137–155. doi:10.1038/s41580-018-0085-z. ISSN 1471-0080. Проверете ги датумските вредности во: |date= (help)
  2. Thiam, Abdou Rachid; Farese Jr, Robert V.; Walther, Tobias C. (2013-12). „The biophysics and cell biology of lipid droplets“. Nature Reviews Molecular Cell Biology (англиски). 14 (12): 775–786. doi:10.1038/nrm3699. ISSN 1471-0080. Проверете ги датумските вредности во: |date= (help)
  3. Cohen, Sarah (2018-01-01). Galluzzi, Lorenzo (уред.). International Review of Cell and Molecular Biology (англиски). 337. Academic Press. стр. 83–110.
  4. Thiam, Abdou Rachid; Farese Jr, Robert V.; Walther, Tobias C. (2013-12). „The biophysics and cell biology of lipid droplets“. Nature Reviews Molecular Cell Biology (англиски). 14 (12): 775–786. doi:10.1038/nrm3699. ISSN 1471-0072. Проверете ги датумските вредности во: |date= (help)
  5. Kory, Nora; Farese, Robert V.; Walther, Tobias C. (2016-07). „Targeting Fat: Mechanisms of Protein Localization to Lipid Droplets“. Trends in Cell Biology (англиски). 26 (7): 535–546. doi:10.1016/j.tcb.2016.02.007. PMC 4976449. PMID 26995697. Проверете ги датумските вредности во: |date= (help)CS1-одржување: PMC-формат (link)
  6. „Mechanisms of protein targeting to lipid droplets: A unified cell biological and biophysical perspective“. Seminars in Cell & Developmental Biology (англиски). 108: 4–13. 2020-12-01. doi:10.1016/j.semcdb.2020.03.004. ISSN 1084-9521.
  7. Heinrich, Peter C. 1939-; Löffler, Georg 1935-; Petrides, Petro E. 1949-; Müller, Matthias; Graeve, Lutz (2014). Löffler-Petrides Biochemie und Pathobiochemie (9., vollst. überarb. Aufl. изд.). Berlin: Springer Medizin. ISBN 978-3-642-17971-6. OCLC 1184499268.