Esfingomielina - Sphingomyelin
La esfingomielina ( SPH , ˌsfɪŋɡoˈmaɪəlɪn) es un tipo de esfingolípido que se encuentra en las membranas de las células animales , especialmente en la vaina de mielina membranosa que rodea algunos axones de las células nerviosas . Por lo general, consta de fosfocolina y ceramida , o un grupo principal de fosfoetanolamina ; por lo tanto, las esfingomielinas también se pueden clasificar como esfingofosfolípidos. En los seres humanos, la SPH representa cerca de 85% de todos los esfingolípidos y, por lo general, constituye 10 a 20% en moles de los lípidos de la membrana plasmática .
La esfingomielina fue aislada por primera vez por el químico alemán Johann LW Thudicum en la década de 1880. La estructura de la esfingomielina se informó por primera vez en 1927 como N-acil-esfingosina-1-fosforilcolina. El contenido de esfingomielina en mamíferos varía de 2 a 15% en la mayoría de los tejidos, encontrándose concentraciones más altas en los tejidos nerviosos, los glóbulos rojos y las lentes oculares. La esfingomielina tiene importantes funciones estructurales y funcionales en la célula. Es un componente de la membrana plasmática y participa en muchas vías de señalización. El metabolismo de la esfingomielina crea muchos productos que desempeñan funciones importantes en la célula.
Características físicas
Composición
La esfingomielina consta de un grupo de cabeza de fosfocolina , una esfingosina y un ácido graso . Es uno de los pocos fosfolípidos de membrana que no se sintetiza a partir del glicerol. La esfingosina y el ácido graso pueden clasificarse colectivamente como ceramida. Esta composición permite que la esfingomielina desempeñe funciones importantes en las vías de señalización: la degradación y síntesis de la esfingomielina produce segundos mensajeros importantes para la transducción de señales.
La esfingomielina obtenida de fuentes naturales, como los huevos o el cerebro bovino, contiene ácidos grasos de varias longitudes de cadena. La esfingomielina con una longitud de cadena establecida, tal como palmitoilsfingomielina con una cadena de 16 acilo saturada, está disponible comercialmente.
Propiedades
Idealmente, las moléculas de esfingomielina tienen forma de cilindro, sin embargo, muchas moléculas de esfingomielina tienen un desajuste de cadena significativo (las longitudes de las dos cadenas hidrófobas son significativamente diferentes). Las cadenas hidrófobas de esfingomielina tienden a estar mucho más saturadas que otros fosfolípidos. La temperatura de la fase de transición principal de las esfingomielinas también es más alta en comparación con la temperatura de transición de fase de fosfolípidos similares, cerca de 37 ° C. Esto puede introducir heterogeneidad lateral en la membrana, generando dominios en la bicapa de la membrana.
La esfingomielina sufre interacciones significativas con el colesterol. El colesterol tiene la capacidad de eliminar la transición de fase líquida a sólida en los fosfolípidos. Debido a que la temperatura de transición de la esfingomielina se encuentra dentro de los rangos de temperatura fisiológica, el colesterol puede desempeñar un papel importante en la fase de la esfingomielina. La esfingomielina también es más propensa a la formación de puentes de hidrógeno intermoleculares que otros fosfolípidos.
Localización
La esfingomielina se sintetiza en el retículo endoplásmico (RE), donde se puede encontrar en pequeñas cantidades, y en el Golgi trans . Está enriquecido en la membrana plasmática con una concentración mayor en la valva exterior que en la interior. El complejo de Golgi representa un intermedio entre el RE y la membrana plasmática, con concentraciones ligeramente más altas hacia el lado trans.
Metabolismo
Síntesis
La síntesis de esfingomielina implica la transferencia enzimática de una fosfocolina de fosfatidilcolina a una ceramida. El primer paso comprometido de la síntesis de esfingomielina implica la condensación de L-serina y palmitoil-CoA . Esta reacción es catalizada por la serina palmitoiltransferasa . El producto de esta reacción se reduce, produciendo dihidroesfingosina. La dihidroesfingosina experimenta N-acilación seguida de desaturación para producir una ceramida. Cada una de estas reacciones ocurre en la superficie citosólica del retículo endoplásmico . La ceramida se transporta al aparato de Golgi donde se puede convertir en esfingomielina. La esfingomielina sintasa es responsable de la producción de esfingomielina a partir de ceramida. El diacilglicerol se produce como subproducto cuando se transfiere la fosfocolina.
Degradación
La degradación de la esfingomielina es responsable de iniciar muchas vías de señalización universales. Es hidrolizado por esfingomielinasas (fosfolipasas de tipo C específicas de esfingomielina). El grupo de cabeza de fosfocolina se libera en el ambiente acuoso mientras que la ceramida se difunde a través de la membrana.
Función
Membranas
La vaina de mielina membranosa que rodea y aísla eléctricamente a muchos axones de células nerviosas es particularmente rica en esfingomielina, lo que sugiere su función como aislante de las fibras nerviosas. La membrana plasmática de otras células también es abundante en esfingomielina, aunque se encuentra principalmente en la valva exoplasmática de la membrana celular. Sin embargo, existe alguna evidencia de que también puede haber una acumulación de esfingomielina en la valva interna de la membrana. Además, se ha descubierto que la esfingomielinasa-2 neutra, una enzima que descompone la esfingomielina en ceramida , se localiza exclusivamente en la valva interna, lo que sugiere además que puede haber esfingomielina presente allí.
Transducción de señales
La función de la esfingomielina no quedó clara hasta que se descubrió que tenía un papel en la transducción de señales . Se ha descubierto que la esfingomielina juega un papel importante en las vías de señalización celular. La síntesis de esfingomielina en la membrana plasmática por la esfingomielina sintasa 2 produce diacilglicerol, que es un segundo mensajero soluble en lípidos que puede pasar a lo largo de una cascada de señales. Además, la degradación de la esfingomielina puede producir ceramida que participa en la vía de señalización apoptótica.
Apoptosis
Se ha descubierto que la esfingomielina tiene un papel en la apoptosis celular al hidrolizarse en ceramida. Los estudios realizados a fines de la década de 1990 habían encontrado que la ceramida se producía en una variedad de condiciones que conducían a la apoptosis. Luego se planteó la hipótesis de que la hidrólisis de esfingomielina y la señalización de ceramida eran esenciales en la decisión de si una célula muere. A principios de la década de 2000 surgieron nuevos estudios que definieron un nuevo papel para la hidrólisis de esfingomielina en la apoptosis, determinando no solo cuándo muere una célula sino cómo. Después de más experimentación, se ha demostrado que si la hidrólisis de esfingomielina ocurre en un punto suficientemente temprano en la vía, la producción de ceramida puede influir en la velocidad y forma de muerte celular o trabajar para liberar bloques en eventos posteriores.
Balsas lipídicas
La esfingomielina, así como otros esfingolípidos, están asociados con microdominios lipídicos en la membrana plasmática conocidos como balsas lipídicas . Las balsas lipídicas se caracterizan porque las moléculas lipídicas se encuentran en la fase lipídica ordenada, ofreciendo más estructura y rigidez en comparación con el resto de la membrana plasmática. En las balsas, las cadenas de acilo tienen un movimiento de cadena bajo pero las moléculas tienen una alta movilidad lateral. Este orden se debe en parte a la mayor temperatura de transición de los esfingolípidos, así como a las interacciones de estos lípidos con el colesterol. El colesterol es una molécula apolar relativamente pequeña que puede llenar el espacio entre los esfingolípidos que es el resultado de las grandes cadenas de acilo. Se cree que las balsas de lípidos están involucradas en muchos procesos celulares, como la clasificación y el tráfico de membranas, la transducción de señales y la polarización celular. El exceso de esfingomielina en las balsas lipídicas puede provocar resistencia a la insulina .
Debido a los tipos específicos de lípidos en estos microdominios, las balsas lipídicas pueden acumular ciertos tipos de proteínas asociadas a ellos, aumentando así las funciones especiales que poseen. Se ha especulado que las balsas de lípidos están implicadas en la cascada de la apoptosis celular.
Anormalidades y enfermedades asociadas
La esfingomielina se puede acumular en una enfermedad hereditaria rara llamada enfermedad de Niemann-Pick , tipos A y B. Es una enfermedad genéticamente heredada causada por una deficiencia en la enzima esfingomielinasa ácida lisosomal , que causa la acumulación de esfingomielina en el bazo , hígado , pulmones , médula ósea y cerebro , provocando daños neurológicos irreversibles. De los dos tipos relacionados con la esfingomielinasa , el tipo A se presenta en bebés. Se caracteriza por ictericia , agrandamiento del hígado y daño cerebral profundo . Los niños con este tipo rara vez viven más de 18 meses. El tipo B implica agrandamiento del hígado y el bazo, que generalmente ocurre en la preadolescencia. El cerebro no se ve afectado. La mayoría de los pacientes presentan niveles normales de la enzima <1% en comparación con los niveles normales. Una proteína hemolítica, lisenina, puede ser una sonda valiosa para la detección de esfingomielina en células de pacientes con Niemann-Pick A.
Como resultado de la enfermedad autoinmune esclerosis múltiple (EM), la vaina de mielina de las células neuronales en el cerebro y la médula espinal se degrada, lo que resulta en la pérdida de la capacidad de transducción de señales. Los pacientes con EM presentan una regulación positiva de ciertas citocinas en el líquido cefalorraquídeo, en particular el factor de necrosis tumoral alfa . Esto activa la esfingomielinasa, una enzima que cataliza la hidrólisis de la esfingomielina en ceramida; Se ha observado actividad esfingomielinasa junto con apoptosis celular.
Un exceso de esfingomielina en la membrana de los glóbulos rojos (como en la abetalipoproteinemia ) provoca una acumulación excesiva de lípidos en la valva externa de la membrana plasmática de los glóbulos rojos . Esto da como resultado glóbulos rojos de forma anormal llamados acantocitos .
Imágenes Adicionales
Modelo de bola y palo de esfingomielina
Fórmula esquelética de esfingomielina
Referencias
enlaces externos
- Esfingomielinas en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .