Phospholipid - Phospholipid

Phospholipidanordnung in Zellmembranen.

Phosphatidylcholin ist der Hauptbestandteil von Lecithin . Es ist auch eine Quelle für Cholin bei der Synthese von Acetylcholin in cholinergen Neuronen.

Phospholipide , auch als Phosphatide bekannt , sind eine Klasse von Lipiden, deren Molekül einen hydrophilen "Kopf" mit einer Phosphatgruppe und zwei von Fettsäuren abgeleitete hydrophobe "Schwänze" aufweist , die durch ein Glycerinmolekül verbunden sind. Marine Phospholipide enthalten typischerweise die Omega-3-Fettsäuren EPA und DHA, die als Teil des Phospholipidmoleküls integriert sind. Die Phosphatgruppe kann mit einfachen organischen Molekülen wie Cholin , Ethanolamin oder Serin modifiziert werden .

Phospholipide sind ein wichtiger Bestandteil aller Zellmembranen . Sie können aufgrund ihrer amphiphilen Eigenschaft Lipiddoppelschichten bilden . In Eukaryoten enthalten die Zellmembranen auch eine andere Lipidklasse, Sterol , die unter die Phospholipide eingestreut ist. Die Kombination bietet Fluidität in zwei Dimensionen kombiniert mit mechanischer Festigkeit gegen Bruch. Gereinigte Phospholipide werden kommerziell hergestellt und finden Anwendung in der Nanotechnologie und den Materialwissenschaften .

Das erste Phospholipid, das 1847 in biologischem Gewebe als solches identifiziert wurde , war Lecithin oder Phosphatidylcholin im Hühnereigelb des französischen Chemikers und Apothekers Theodore Nicolas Gobley .

Phospholipide in biologischen Membranen

Anordnung

Die Phospholipide sind amphiphil . Das hydrophile Ende enthält normalerweise eine negativ geladene Phosphatgruppe, und das hydrophobe Ende besteht normalerweise aus zwei "Schwänzen", die lange Fettsäurereste sind.

In wässrigen Lösungen werden Phospholipide durch hydrophobe Wechselwirkungen angetrieben , die zu einer Aggregation der Fettsäureschwänze führen, um die Wechselwirkungen mit den Wassermolekülen zu minimieren. Das Ergebnis ist oft eine Phospholipid-Doppelschicht : eine Membran, die aus zwei Schichten entgegengesetzt orientierter Phospholipid-Moleküle besteht, deren Köpfe auf beiden Seiten der Flüssigkeit ausgesetzt sind und deren Schwänze in die Membran gerichtet sind. Das ist das dominante Strukturmotiv der Membranen aller Zellen und einiger anderer biologischer Strukturen wie Vesikel oder Virushüllen .

Phospholipid-Doppelschichten sind der Hauptstrukturbestandteil der Zellmembranen.

In biologischen Membranen treten die Phospholipide oft mit anderen Molekülen (zB Proteinen , Glykolipiden , Sterolen ) in einer Doppelschicht wie einer Zellmembran auf . Lipiddoppelschichten entstehen, wenn sich hydrophobe Schwänze aneinander anreihen und auf beiden dem Wasser zugewandten Seiten eine Membran aus hydrophilen Köpfen bilden.

Dynamik

Diese spezifischen Eigenschaften ermöglichen es Phospholipiden, eine wichtige Rolle in der Zellmembran zu spielen. Ihre Bewegung kann durch das Flüssigkeitsmosaikmodell beschrieben werden , das die Membran als ein Mosaik von Lipidmolekülen beschreibt, die als Lösungsmittel für alle darin enthaltenen Substanzen und Proteine ​​​​wirken, sodass Proteine ​​und Lipidmoleküle dann frei durch die Lipidmatrix diffundieren können und wandern über die Membran. Sterine tragen zur Membranfluidität bei, indem sie das Zusammenpacken von Phospholipiden behindern. Dieses Modell wurde jedoch inzwischen überholt, da durch das Studium des Lipidpolymorphismus nun bekannt ist, dass das Verhalten von Lipiden unter physiologischen (und anderen) Bedingungen nicht einfach ist.

Wichtigste Phospholipide

Diacylglyceridstrukturen

Siehe: Glycerophospholipid

• Phosphatidinsäure (Phosphatidat) (PA)
• Phosphatidylethanolamin (Cephalin) (PE)
• Phosphatidylcholin (Lecithin) (PC)
• Phosphatidylserin (PS)
• Phosphoinositide:
  • Phosphatidylinositol (PI)
  • Phosphatidylinositolphosphat (PIP)
  • Phosphatidylinositolbisphosphat (PIP2) und
  • Phosphatidylinositoltriphosphat (PIP3)

Phosphosphingolipide

Siehe Sphingolipide

• Ceramid-Phosphorylcholin ( Sphingomyelin ) (SPH)
• Ceramid-Phosphorylethanolamin ( Sphingomyelin ) (Cer-PE)
• Ceramid-Phosphoryllipid

Anwendungen

Phospholipide werden aus unterschiedlichen Gründen wie verbesserter Bioverfügbarkeit, reduzierter Toxizität und erhöhter Permeabilität durch Membranen weit verbreitet verwendet, um liposomale, ethosomale und andere Nanoformulierungen von topischen, oralen und parenteralen Arzneimitteln herzustellen . Liposomen bestehen häufig aus Phosphatidylcholin- angereicherten Phospholipiden und können auch gemischte Phospholipidketten mit Tensideigenschaften enthalten . Die ethosomale Formulierung von Ketoconazol unter Verwendung von Phospholipiden ist eine vielversprechende Option für die transdermale Verabreichung bei Pilzinfektionen. Fortschritte in der Phospholipidforschung führen zur Erforschung dieser Biomoleküle und ihrer Konformationen mithilfe von Lipidomics.

Simulationen

Computersimulationen von Phospholipiden werden häufig unter Verwendung der Molekulardynamik mit Kraftfeldern wie GROMOS , CHARMM oder AMBER durchgeführt .

Charakterisierung

Phospholipide sind optisch stark doppelbrechend , dh ihr Brechungsindex ist entlang ihrer Achse anders als senkrecht dazu. Die Messung der Doppelbrechung kann unter Verwendung von Kreuzpolarisatoren in einem Mikroskop erreicht werden, um ein Bild von z. B. Vesikelwänden zu erhalten , oder unter Verwendung von Techniken wie der Dual-Polarisations-Interferometrie , um die Lipidordnung oder die Unterbrechung in getragenen Doppelschichten zu quantifizieren.

Analyse

Es gibt keine einfachen Methoden zur Analyse von Phospholipiden, da der enge Polaritätsbereich zwischen verschiedenen Phospholipidspezies den Nachweis erschwert. Ölchemiker verwenden häufig Spektroskopie, um die gesamte Phosphorhäufigkeit zu bestimmen und dann die ungefähre Masse der Phospholipide basierend auf dem Molekulargewicht der erwarteten Fettsäurespezies zu berechnen. Moderne Lipid Profilierung beschäftigt absolute Analyseverfahren, mit NMR - Spektroskopie , insbesondere ³¹ P-NMR , während HPLC - ELSD relative Werte liefert.

Phospholipidsynthese

Phospholipidsynthese tritt in der cytosolischen Seite der ER - Membran , die mit Proteinen , dass Akt - Synthese (gespickt ist GPAT und LPAAT Acyltransferasen, Phosphatase und Cholin - Phosphotransferase) und Zuteilung ( Flippase und floppase). Schließlich knospt ein Vesikel aus dem ER ab, das Phospholipide enthält, die für die zytoplasmatische Zellmembran auf seinem äußeren Segel bestimmt sind, und Phospholipide, die für die exoplasmatische Zellmembran auf seinem inneren Segel bestimmt sind.

Quellen

Gängige Quellen für industriell hergestellte Phospholipide sind Soja, Raps, Sonnenblumen, Hühnereier, Rindermilch, Fischeier etc. Jede Quelle hat ein einzigartiges Profil einzelner Phospholipid-Spezies sowie Fettsäuren und somit unterschiedliche Anwendungen in Lebensmitteln, Ernährung, Pharmazie, Kosmetik und Medikamentenabgabe.

Bei der Signalübertragung

Einige Arten von Phospholipiden können gespalten werden, um Produkte herzustellen, die als sekundäre Botenstoffe bei der Signalübertragung fungieren . Beispiele hierfür sind Phosphatidylinositol (4,5)-bisphosphat (PIP ₂ ), das durch das Enzym Phospholipase C in Inositoltriphosphat (IP ₃ ) und Diacylglycerin (DAG) gespalten werden kann , die beide die Funktionen des G _q- Typs von G . übernehmen Protein als Reaktion auf verschiedene Reize und greifen in verschiedene Prozesse ein, von der langfristigen Depression in Neuronen bis hin zu Leukozyten- Signalwegen, die von Chemokinrezeptoren gestartet werden .

Phospholipide greifen auch in Prostaglandin- Signalwege ein, da sie von Lipaseenzymen als Ausgangsmaterial zur Herstellung der Prostaglandin-Vorläufer verwendet werden. In Pflanzen dienen sie als Rohstoff für die Produktion von Jasmonsäure , einem Pflanzenhormon, das in seiner Struktur den Prostaglandinen ähnelt und Abwehrreaktionen gegen Krankheitserreger vermittelt.

Lebensmitteltechnik

Phospholipide können als Emulgatoren wirken , sodass Öle mit Wasser ein Kolloid bilden können. Phospholipide sind einer der Bestandteile von Lecithin, das in Eigelb vorkommt, aus Sojabohnen gewonnen wird und in vielen Produkten als Lebensmittelzusatz verwendet wird und als Nahrungsergänzungsmittel gekauft werden kann . Lysolecithine werden aufgrund ihres höheren HLB-Verhältnisses typischerweise für Wasser-Öl-Emulsionen wie Margarine verwendet .

Phospholipid-Derivate

Eine ausführliche Liste finden Sie in der Tabelle unten.

• Natürliche Phospholipid-Derivate:

  Ei-PC ( Eilecithin ), Ei-PG, Soja-PC, gehärtetes Soja-PC, Sphingomyelin als natürliche Phospholipide.

• Synthetische Phospholipid-Derivate:
  • Phosphatidsäure (DMPA, DPPA, DSPA)
  • Phosphatidylcholin (DDPC, DLPC, DMPC, DPPC , DSPC, DOPC, POPC , DEPC)
  • Phosphatidylglycerin (DMPG, DPPG, DSPG, POPG)
  • Phosphatidylethanolamin (DMPE, DPPE, DSPE DOPE)
  • Phosphatidylserin (DOPS)
  • PEG-Phospholipid (mPEG-Phospholipid, Polyglycerin-Phospholipid, funktionalisiertes Phospholipid, terminal aktiviertes Phospholipid)

Verwendete Abkürzungen und chemische Informationen zu Glycerophospholipiden

Siehe auch

• Kabeltheorie
• Galaktolipid
• Sulfolipid
• Hydrophil
• Glykolipide

Verweise