FOSFOLIPIDLERIN SENTEZI Ana membran fosfolipidleri, gliserofosfolipidler ve sfingolipidlerdir. Gliserofosfolipidler diger adi fosfogliseridler membran lipidlerindendir. Gliserolün 1. ve 2. karbonlarina yag asitleri ester bagi ile baglanmistir. Gliserolün 3. karbonunda ise oldukça polar ve yüklü (iyonik) bir grup, fosfodiester bagi ile baglanmistir. Örnegin fosfatidilkolin veya fosfatidiletanolaminde sirasiyla kolin ve etanolamin polar gruplardir. Bu gruplara yüklü bas kismi denir. Diger fosfolipidlerde oldugu gibi yüklü bas kismi gliserole fosfodiester bagi ile baglanmistir. Fosfat gruplari nötral ph da negatif yüklüdür. Fosfolipidler fosfodiester köprüsü ile diaçilgliserole ya da sfingozine baglanmis bir alkolden olusan polar ve iyonik bilesiklerdir. Yag asitleri gibi, fosfolipidlerde doga da amfipatiktirler. Yani, her biri hidrofilik bir basa (fosfat grubu ve ona bagli serin, etanolamin, kolin v.b.) ve uzun hidrofobik bir kuyruga (iki yag asidi içerir) sahiptir. Polar alkol gruplari, negatif yüklü (fosfatidil inozitol), nötral yüklü ( fosfatidil serin), pozitif yüklü ( fosfatidil kolin ve fosfatidil etanolamin) olabilir. Bütün bu özellikler fosfolipidlerin bulundugu membranin yüzey özelliklerini etkiler. Gliserolün 1. karbonundaki yag asidi genellikle 16 veya 18 karbonlu doymus yag asididir. Gliserolün 2. karbonundaki yag asidi ise genellikle 18 ile 20. karbonlar arasinda çift baga sahip doymamis yag asitleridir. Ayni hücre veya dokuda farkli gliserofosfolipidler bulunabilir. Fosfatidik asit alkol grubu içermez. Fosfolipidler, düz endoplazmik retikulumda sentez edilirler. Buradan golgiye ve daha sonra da organellerin membranina veya plazma membranina tasinirlar ya da ekzositoz ile hücreden salinirlar. Iki sinif fosfolipid vardir. Bunlar, molekülün omurgasi olarak gliserolün yer aldigi grup ve sfingozin içeren gruplardir. Her iki grupda, membranin bir bileseni olarak bulunur. Ancak gliserol içeren fosfolipidlerin vücutta ek olarak baska rolleri de vardir. Örnegin safranin esansiyel bilesenidir (kolesterolün çözünmesini saglar), bazi proteinlerin hücre membranina tutunmasini saglar. Memran boyunca yayilan sinyal geçisinde yer alirlar ve akciger sürfaktaninin bir bilesenidir. Fosfogliseridler fosfolipidlerin ana sinifini olusturur. Hepside fosfatidik asit (FA) içerir. Fosfatidik asit üzerindeki fosfat grubu alkol grubu içeren bir bilesik ile esterlesebilir. Örnegin; FA+ Serin Fosfatidilserin FA+Etanolamin Fosfatidiletanolamin FA+ Kolin Fosfatidilkolin FA+Gliserol Fosfatidilgliserol FA+Inositol Fosfatidilinositol 1
Iki molekül FA, fosfat gruplarinin aracigiyla ek bir gliserol molekülü ile esterlesirse olusan bu bilesik kardiyolipin olarak adlandirilir. Kardiyolipin, oldukça antijeniktir. Mitokondri iç membrani ve bakteri membraninin önemli bir bilesenidir. Bir fosfogliseridin 1. veya 2. karbonuna bagli yag asidi kopartilirsa bir lizofosfogliserid olusur (örnegin lizolesitin gibi). Bir yag asidi, gliserol molekülünün 1. karbonu ile ester bagi ile degil de eter bagi ile birlesirse plazmalogen meydana gelir. Fosfatidaletanolamin, fosfatidiletanolamine benzer bir plazmalogendir. Kalpte bulunan fosfolipidlerin yaklasik yarisi plazmalogendir. Bu eter fosfolipidlerinin fonksiyonlari tam olarak anlasilamamistir. Fosfolipidler, fosfolipaz denilen enzimlerle yikilir. Bu enzime, eter bagi dirençlidir. Belki de bu özellik, membran lipidlerinde önemli rol oynayabilir. En azindan bir eter lipid olan platalet aktive eden faktör (PAF), kuvvetli bir moleküler sinyalci olarak görev alir. Plateletlerden serotonin salinimini ve platelet agregasyonunu aktive eder. Lökositlerden salinir. Ayrica, karaciger, düz kas, kalp, uterus, akciger dokusunda önemli rol oynar. Özelliklede inflamasyon ve alerjik cevapta rol oynar. Sfingolipidler: Membran lipidlerinin ikinci büyük sinifini olusturur. Bunlarda bir polar bas grubu ve 2 nonpolar grup içerirler. Fakat gliserofosfolipidlerden farkli olarak gliserol içermezler. Bunun yerine uzun zincirli bir amino alkol olan sfingozin ve onun türevleri yer alir. Polar bas grubu, glikozik bag veya fosfodiester bagi ile moleküle baglanir. Sfingozin molekülünde 1, 2 ve üçüncü karbonlar yapisal olarak gliserofosfolipidlerin 3 karbonu ile analogtur. Sfingozinin 2. karbonundaki ( NH 2 ) grubuna, yag asidi amid bagi ile baglandigi zaman olusan bilesige seramid denir. Seramid glikolipidlerin bir öncül maddesidir. Sfingozinin 1. karbonundaki alkol grubu fosfokolin ile esterlesirse sfingomiyelin meydana gelir. Sfingomiyelin sinir liflerindeki miyelinin önemli bir bilesenidir. Fosfolipidlerin Sentezi: Fosfolipidler, iki basamakta sentezlenir. Birinci basamak, triaçilgliserol senteziyle ortaktir. L- gliserol 3- fosfatin 1. ve 2. karbonu, yag açil gruplari ile esterifiye edilir. 2. basamakta ise, polar bas grubu, spesifik kinazlar aracigi ile fosfodiester bagi ile moleküle eklenir. Iki ( OH) grubu, fosfodiester bagi ile birlestirilir. Bu ( OH) lerden biri polar bas grupta bulunan ( OH) grubu, digeri de gliserolün 3. karbonundaki ( OH) grubudur. Bu sirada H 2 O açiga çikar. 2
Sekil 1: Gliserofosfolipidlerin olusumu. Fosfolipidlerin sentezinde, sitidindifosfatin (CDP), moleküle yapismasi ile aktivasyon meydana gelir. CDP, ya diaçilgliserole yapisir (CDP-diaçilgliserol olusur) ya da bas grubunun ( OH) kismina yapisir. Her iki durumda da olusan bu bilesikler aktiflesmis bir ara madde durumundadir. Bu yapisma sirasinda da, diger ( OH) grubu ile CMP hemen yer degistirir ve sonuç olarak gliserofosfolipid olusur. Sitozinmonofosfat (CMP) fosfogliserit sentezinde bir 3
yan ürün olarak olusur. Ökaryotik hücreler her iki yolu da kullanirken, prokaryotik hücreler sadece ilk yolu (CDP, diaçilgliserole yapisir) kullanir. Dr.Gülden Baskol Sekil 2: Fosfolipidlerin olusumunda CDP nin rolü. Sitidin nükleotidlerinin lipid biyosentezinde kullanildigini ilk kez 1960 li yillarda Eugena P. Kennedy bulmustur. E. Coli, fosfolipidlerin sentezi sirasinda CDP-diaçilgliserolü kullanir. E. Coli de, fosfatidik asit, CTP ile kondense olur ve sonuç olarak CDP-diaçilgliserol olusur. Bu reaksiyonda pirofosfat açiga çikar. Daha sonra CMP, gliserol 3-fosfatin 1. karbonundaki ( OH) grubu ile veya serinin ( OH) grubu ile yer degistirir (nükleofilik yapisma). Sirasiyla fosfatidilgliserol 3- fosfat ve fosfatidilserin meydana gelir. Daha sonra fosfatidilgliserol 3-fosfattan fosfat 4
monoesteri (Pi) nin ayrilmasi ile fosfatidilgliserol meydana gelir. Bu reaksiyonu, fosfatidil 3- fosfat fosfataz katalizler. Fosfatidilgliserol ve fosfatidilserin, bakterilerdeki membran lipidlerinin öncül maddeleridir. Fosfatidilserinden, fosfatidilserin dekarboksilaz enzimi ile fosfatidiletanolamin meydana gelir. Bu sirada CO 2 açiga çikar. Iki molekül fosfatidilgliserol, bas gruplarindan birlesir ve gliserolün açiga çiktigi bir reaksiyon ile kardiyolipin meydana gelir. Ökaryotlar, CDP-diaçilgliserolden anyonik fosfolipidleri sentezleyebilirler. Anyonik fosfolipidler; fosfatidilgliserol, kardiyolipin ve fosfatidilinositol dür. Bakterilerdeki mekanizmanin aynisini ökaryotik hücrelerde kullanabilir. Fosfatidilgliserol esas olarak bakterilerde sentez edilir. Ökaryotlarda kardiyolipin, CDP-diaçilgliserolün fosfatidilgliserol ile kondense olmasi ile gerçeklesir. Bu reaksiyonu, kardiyolipin sentaz enzimi katalizler. Bakterilerde ise kardiyolipin sentezi, fosfatidilgliserol ile fosfatidilgliserolün kondense olmasi ile gerçeklesir. Fosfatidilinozitol ise CDP-diaçilgliserolün inozitol ile kondense olmasi ile gerçeklesir. Bu reaksiyonu, fosfotidilinozitol sentaz enzimi katalizler. Spesifik fosfatidilinositol kinazlar, fosfatidilinozitolü fosforlanmis bilesiklerine çevirir. Fosfatidilinozitol ve onun fosforlanmis bilesikleri, ökaryotlarda sinyal iletiminde önemli rol oynar. Ökaryotik hücrelerde, fosfatidilserin, fosfatidiletanolamin ve fosfatidilkolin birbirleriyle iliskilidir. Bakterilerde, CDP-diaçilgliserol ile serinin birlesmesi ile fosfatidilserin, onunda dekarboksilasyonu ile fosfatidiletanolamin meydana gelir. Memelilerde fosfatidilserinin bas grubunda bulunan serbest serin, etanolamin ile yer degistirebilir. Fosfatidiletanolamin-serin transferaz enzimi bu reaksiyonda rol oynar. Fosfatidiletanolaminde fosfatidilkoline (lesitine) 3 metil grubunun eklenmesi ile dönüsür. S- adenozil metiyonin metil grubunun vericisidir. Memelilerde fosfatidilserin, CDP-diaçilgliserolden sentezlenemez (Bas grubunun aktivasyonu ile yani CDP-Serinin diaçilgliserol ile birlesmesinden meydana gelir). Kolin, fosforlanarak yeniden kullanilabilir. Fosfokolin CTP ile reaksiyona girer ve CDP-Kolin bilesigine dönüsür. Sonra da fosfatidilkolin haline dönüsür (Bir diaçilgliserol, CMP ile yer degistirir). Benzer bir yol etanolamin için de geçerlidir. Ek olarak, fosfatidiletanolaminden bir exchange reaksiyonu (bas gruplarinin yer degistirmesi) ile fosfatidilserin meydana gelir. Karacigerde fosfatidilkolin, fosfatidiletanolaminin metilasyonu ile de üretilebilir. Burada metil vericisi olarak S-adenozil metiyonin kullanilir. Diger dokularda ise fosfatidilkolin sadece diaçilgliserol ile CDP-Kolinin kondensasyonu ile olusur. Kolinin yeniden kullanimi önemlidir. Çünkü, kolinin de nova sentezi metiyoninden türemis üç metil grubunun eklenmesini gerektirir (Aktif formu S-adenozilmetiyonin). Metiyonin esansiyel bir 5
aminoasittir. Bu aminoasit insan diyetinde siklikla eksik oldugu için kolinde esansiyel bir besin maddesi olabilir. Fosfatidiletanolamin ve fosfatidilkolin, ökaryotik hücrelerin çogunda, en çok bulunan fosfolipidlerdir. Bunlarin sentezinde, kullanilan kolin ve etanolamin diyetten veya fosfolipidlerin turn verinden elde edilir. Kolin ayrica membranlardaki fosfatidilserinden de nova sentez edilebilir. Fosfatidilkolinden, akcigerin tip II granüler pnömositlerinde bulunan dipalmitoilfosfatidilkolin sentezlenir. Bu bilesikte, gliserol üzerindeki 1. ve 2. pozisyonlar, palmitat tarafindan doldurulmustur. Bu fosfolipid, akciger sürfaktaninin (alveollerin) iç yüzeyindeki ekstrasellüler sivi tabakasindaki ana lipid kisimdir. Sürfaktan, bu sivi tabakasinin yüzey geriliminin azaltilmasinda rol oynar. Böylece alveollerin kollebe olmasini engeller. Yenidoganlardaki respiratuvar distress sendromunda (Hyalin membran hastaligi) yetersiz sürfaktan üretimi bulunmaktadir. Membranlardaki sinyal iletiminde fosfatidilinozitolün rolü: Membrana bagli fosfatidil inositolün fosforilasyonu, çesitli nörotransmitterlerin, hormonlarin ve büyüme faktörlerinin hücre membranindaki reseptörlere baglanmasina yanit olarak olusur. Bu polifosfoinosidlerin yikimi hücre içi kalsiyum mobilizasyonu ve protein kinaz C nin aktivasyonu ile sonuçlanir. Böylece membran boyunca sinyal geçisi gerçeklesir. Özgün proteinler, membrana bagli fosfotidilinozitole bir karbonhidrat köprüsü araciligi ile kovalen olarak baglanabilir. 6
Sekil 3: Memelilerde fosfotidiletanolaminden, fosfotidilkolin olusumu sadece karacigerde olur. Plazmalojenlerin majör sentez yeri, peroksizomlardir. Bunlarin sentezinde bir mixedfonksiyonlu (Karma fonksiyonlu) okzidaz enzimi yer alir (yag asitlerinin desatürasyonundan 7
sorumlu enzime benzer sekilde). Plazmalogenlerin, üç ana sinifi vardir. Fosfatidalkolinler, fosfatidaletanolaminler ve fosfatidalserinler. Sfingolipidlerin Sentezi: Sfingolipidlerin sentezi 4 basamakta gerçeklesir. 1- Palmitoil CoA ve serinden 18 karbonlu sfinganin olusur (Koenzim A bölümünü kaybeder). 2- Yag asidinin sfinganine yapismasi 3- Sfinganinin desatürasyonu ve N-açil sfingozine dönüsümü (Seramid olusumu) 4- Bas grubunun yapisarak sfingolipid olusumu. (Örnegin serebrozid veya sfingomyelin gibi). Bu reaksiyonlarda, NADPH redükleyici güçtür. Sfinganin, daha sonra seramid (Sfingomyelinin öncül maddesidir) olusturmak üzere amino grubundan açillenir. Sfingomyelin, merkezi sinir sisteminin sinir liflerinin yalitimini saglayan ve koruyan bir yapidir. Seramide fosfokolin eklenmesi ile sfingomyelin olusur. Ökaryotik hücrelerde fosfolipidler genellikle düz endoplazmik retikulum (ER) ve mitokondrinin iç membraninda sentezlenir. Buradan golgiye ve daha sonra da organellerin membranlarina veya plazma membranlarina tasinirlar. Sfingomyelinde en sik olarak bulunan yag asitleri, palmitik, stearik, lignoserik ve nervonik asittir. Glikolipid Metabolizmasi: Fosfolipid olan sfingomyelinde oldugu gibi, hemen tüm glikolipidler seramidlerden türerler. Seramid, sfingozin (molekülün omurgasi)+ yag asidi+x (Grubunda bir sey bulunmaz) Glikolipidler bu yüzden, glikosfingolipidler olarak da isimlendirilirler. Glikosfingolipidler, sfingomyelinden bazi bakimlardan farklidir. 1- Fosfat grubu içermezler. 2- Polar bas fonksiyonu, bir glikozidik bag ile dogrudan seramide baglanan bir mono sakkarid veya oligosakkarid tarafindan saglanir. 3- Karbonhidrat kisimlarinin sayisi ve tipi glikosfingolipidin tipini tayin eder. Serebreozid, globozid, gangliozid ve sülfatidler olmak üzere dört grupta incelenirler. Glikosfingolipidler, plazma membranlarinin dis yüzeyinde bulunur ve bas gruplari, seramidin 1. karbonundaki ( OH) grubuyla baglanmistir. Serebrozidler bir molekül seker içerir. Çogunlukla bu seker galaktozdur. Plazma membranlarinda oldukça fazla bulunur. Globozidler ise, nötral yani yüksüz glikosfingolipidlerdir ve 2 veya daha fazla seker içerirler. Örnegin, D-glukoz, D-Galaktoz veya N-asetil D galaktoz amin gibi. 8
Serebrozidler ve globozidler, nötral glikolipidler olarakta adlandirilirlar. Serebrozidler baslica beyin, ve periferik sinir dokularinda ve bu dokularin myelin kiliflarinda yüksek oranda bulunurlar. Gangliozidler ise sik görülen kompleks sfingolipidlerdir. Oligosakkarid içerirler. Onlarin bas gruplarinda, bir veya daha fazla N-asetil neuraminik asit (NANA) diger ismi sialik asit bulunur. Sialik asit, moleküle negatif yük kazandirir. Bu yüzden asidik glikolipidler sinifina girer. Bu bilesiklerin gangliozid oldugu G harfi ile gösterilir. Daha sonra kaç tane NANA molekülü varsa M, D, T, Q yazilir. Sülfatidler, Sülfoglikosfingolipidler (Sülfatidler) sülfatlanmis bir galaktozil kalintisi içeren serebrozidlerdir ve bu yüzden fizyolojik ph da negatif yüklüdür. Sülfatidler esas olarak sinir dokusunda bulunur. Glikosfingolipidlerin sentezi seker-nükleotid vericilerinden transfer edilen glikozil monomerlerinin alici moleküle sira ile eklenmesi ile olusur. Bu reaksiyonlar, ER ve golgide gerçeklesir. Glikosfingolipidlerin sentezinde yer alan enzimler glikozil transferazlardir. Bu enzimlerin her biri belli bir seker nükleotid ve alici için özgündür. Bir sülfat grubu, sülfat tasiyicisi olan 3 -fosfoadenozin-5-fosfosülfat dan galaktozun 3 -hidroksil grubuna transfer edilmesi ile bir galaktoserebrozide eklenir. Bu transferde rol alan enzim, sülfotransferazdir. Hücresel etkilesimler, büyüme ve gelismenin düzenlenmesinde rol alirlar. Glikosfingolipidler oldukça antijeniktir. Örnegin bazilari kan grubu veya embriyojenik antijenlerdir. Ayrica bazi virüsler de oldugu gibi kolera ve difteri toksinleri için de yüzey reseptörleri olarak islev görürler. Glikosfingolipidlerin normal yikiminda bir yetersizlik oldugu zaman genetik hastaliklarla bu bilesikler hücre içinde birikebilir. 9