Cardiolipina: estrutura, síntese, funções

A cardiolipina, também conhecido como difosfatidilglicerol, é um grupo de glicerofosfolípidos familiares e poliglicerofosfolípidos lipídica. Pode ser encontrada na membrana mitocondrial de organismos eucarióticos, na membrana plasmática de muitas bactérias e também em algumas arquéias.

Foi descoberto por Pangborn em 1942 a partir da análise de lipídios da membrana de um tecido cardíaco bovino. Sua estrutura foi proposta em 1956 e a síntese química ocorreu cerca de 10 anos depois.

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Estrutura da cardiolipina (fonte: Edgar181 [domínio público] via Wikimedia Commons)

Alguns autores consideram que sua presença é restrita às membranas produtoras de ATP, como é o caso das mitocôndrias nos eucariotos, das membranas plasmáticas das bactérias e dos hidrogênsomos (organelas do tipo mitocondrial) em certos protistas.

O fato de a cardiolipina ser encontrada nas mitocôndrias e na membrana plasmática das bactérias tem sido usado para reforçar a base da teoria endossimbiótica, que afirma que as mitocôndrias surgiram nas células progenitoras eucarióticas devido à fagocitose de uma bactéria, que então ele se tornou dependente da célula e vice-versa.

Sua rota biossintética em animais foi descrita entre 1970 e 1972 e posteriormente foi demonstrado que é a mesma rota que ocorre em plantas, leveduras, fungos e invertebrados. Não é um lipídeo muito abundante, mas as células exigem que ele funcione corretamente.

A importância desse fosfolípido para as mitocôndrias e, portanto, para o metabolismo celular é evidente quando o funcionamento defeituoso das vias metabólicas associadas a ele produz uma patologia humana conhecida como síndrome de Barth (miopatia cardio-esquelética).

Estrutura

A cardiolipina ou difosfatidilglicerol é composta por duas moléculas de ácido fosfatídico (o fosfolipídeo mais simples) ligadas entre si através de uma molécula de glicerol.

O ácido fosfatídico, um dos intermediários comuns nas vias biossintéticas de outros fosfolipídios, consiste em uma molécula de glicerol 3-fosfato, na qual duas cadeias de ácidos graxos são esterificadas nas posições dos carbonos 1 e 2; Também é conhecido como 3-fosfato de 1,2-diacilglicerol.

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Portanto, a cardiolipina é composta por três moléculas de glicerol: um glicerol central, ligado a um grupo fosfato no carbono 1, outro grupo fosfato no carbono 3 e um grupo hidroxila no carbono 2; e dois gliceróis “laterais”.

As duas moléculas “laterais” de glicerol são unidas à molécula central por “pontes de glicerol” através de seus carbonos na posição 3. Nos carbonos das posições 1 e 2, duas cadeias de comprimento e saturação de ácidos graxos são esterificadas variável

A cardiolipina é um lipídeo que pode ou não formar bicamadas, dependendo da presença ou ausência de cátions divalentes. Isso está relacionado ao fato de ser uma molécula simétrica, o que a torna importante em membranas responsáveis ​​pelos processos de transdução de energia.

Como os outros lipídios no grupo dos poliglicerofosfolipídios, a cardiolipina possui vários grupos hidroxila que podem ser utilizados para a ligação de ácidos graxos. Portanto, possui vários estereoisômeros posicionais.

Seus ácidos graxos

Diferentes estudos determinaram que os ácidos graxos ligados às moléculas laterais de glicerol da cardiolipina são tipicamente insaturados, mas o grau de insaturação não foi determinado.

Então, os referidos ácidos graxos podem ter entre 14 e 22 carbonos de comprimento e 0 a 6 ligações duplas. Isso e o fato de a cardiolipina ter quatro moléculas de ácidos graxos conectados implica que pode haver várias variáveis ​​e combinações desse fosfolipídio.

Síntese

A biossíntese da cardiolipina, como seria de esperar, começa com a síntese do ácido fosfatídico ou do 3-fosfato de 1,2-diacilglicerol 3 a partir do glicerol 3-fosfato e dos ácidos gordos. Esse processo ocorre nas mitocôndrias dos eucariotos e na membrana plasmática das bactérias.

Síntese em eucariotos

Depois de formado, o ácido fosfatídico reage com uma molécula de alta energia análoga a ATP: CTP. Em seguida, é formado um intermediário, também de alta energia, conhecido como fosfatidil-CMP. O grupo fosfatidil ativado é transferido para o grupo hidroxil na posição C1 da molécula central de glicerol que serve como esqueleto.

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Esse processo resulta em uma molécula chamada fosfatidil glicerofosfato, que é hidrolisada para produzir fosfatidil glicerol. Isso recebe outro grupo fosfatidil ativado de outra molécula de fosfatidil-CMP, uma reação catalisada por uma fosfatidiltransferase também conhecida como cardiolipina sintase.

A enzima cardiolipina sintase reside na membrana mitocondrial interna e parece formar um grande complexo, pelo menos em leveduras. Seu gene é expresso em grandes quantidades em tecidos ricos em mitocôndrias, como coração, fígado e músculo esquelético de vertebrados.

A regulação de sua atividade depende, em grande parte, dos mesmos fatores de transcrição e fatores endócrinos que modulam a biogênese mitocondrial.

Uma vez sintetizada na membrana mitocondrial interna, a cardiolipina deve ser translocada para a membrana mitocondrial externa, de modo que uma série de processos topológicos ocorram na membrana e acomodem outros elementos estruturais da mesma.

Síntese em procariontes

O conteúdo de cardiolipina nas bactérias pode ser muito variável e depende principalmente do estado fisiológico das células: geralmente é menos abundante na fase exponencial de crescimento e mais abundante quando há redução (na fase estacionária, por exemplo).

Sua via biossintética pode ser desencadeada por diferentes estímulos estressantes, como déficits energéticos ou estresse osmótico.

Até a formação do fosfatidilglicerol, o processo nos eucariotos e procariotas é equivalente, mas nos procariontes o fosfatidilglicerol recebe, por transesterificação, um grupo fosfatidil de outra molécula de fosfatidilglicerol. Essa reação é catalisada por uma enzima do tipo fosfolipase D, também conhecida como cardiolipina sintase.

Essa reação é conhecida como reação de “transfosfatidilação” (do inglês ” transfosfatidilação” ), onde um dos fosfatidilgliceróis atua como um doador do grupo fosfatidil e o outro como um aceitador.

Funções

As características físicas das moléculas de cardiolipina aparentemente permitem certas interações que desempenham papéis importantes na organização estrutural das membranas onde são encontradas.

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Entre essas funções estão a discriminação de alguns domínios da membrana, a interação ou “reticulação” com proteínas transmembranares ou seus subdomínios, entre outros.

Graças às suas características físico-químicas, a cardiolipina é reconhecida como um lipídeo que não forma uma bicamada, mas cuja função pode ser a estabilização e “acomodação” das proteínas transmembranares nas bicamadas lipídicas.

Suas características elétricas, em particular, lhe conferem funções nos processos de transferência de prótons que ocorrem nas mitocôndrias.

Embora as células possam sobreviver sem esse fosfolipídeo, alguns estudos determinaram que ele é necessário para o seu funcionamento ideal.

Referências

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  4. van Meer, G., Voelker, DR, & Feigenson, GW (2008). Lipídios da membrana: onde estão e como se comportam. Nature Reviews , 9 , 112-124.
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