Cardiolipina
A cardiolipina (CL) é un fosfolípido que se pode describir como formado por dous ácidos fosfatídicos unidos entre si por unha ponte de glicerol, que esterifica os fosfatos, ou tamén como un fosfatidilglicerol unido a un ácido fosfatídico. A cardiolipina é un importante compoñente da membrana mitocondrial interna, onde constitúe arredor do 20% dos lípidos, e case é exclusivo de ditas membranas. Tamén hai cardiolipinas nas membranas da maioría das bacterias. O nome cardiolipina procede de que foi atopada por primeira vez en extractos de corazón de vaca na década de 1940.[1] Nas células de mamíferos e tamén nas de plantas,[2][3] as cardiolipinas da membrana mitocondrial interna son esenciais para o correcto funcionamento de numerosos encimas implicados no metabolismo enerxético mitocondrial.
Estrutura
[editar | editar a fonte]A cardiolipina pode considerarse un tipo de difosfatidilglicerol. Nas cardiolipinas dúas moléculas de ácido fosfatídico están conectadas por medio dun glicerol, que se sitúa no centro, formando unha estrutura dimérica. Por tanto, as cardiolipinas conteñen tres moléculas de glicerol, unha en cada fosfatidilglicerol e a outra no centro. Teñen tamén catro cadeas hidrocarbonadas (alquilo) de ácido graxo, e potencialmente pode levar dúas cargas negativas nos seus dous fosfatos. Como teñen catro cadeas alquilo distintas a complexidade que poden ter estas moléculas é enorme. Porén, na maioría dos tecidos animais, a cardiolipina contén ácidos graxos de 18 carbonos con 2 enlaces insaturados en cada un.[4] Propúxose que a configuración (18:2)4 das cadeas de ácidos graxos é un requirimento estrutural importante para a alta afinidade das cardiolipinas polas proteínas da membrana mitocondrial interna nos mamíferos.[5] Porén, estudos con preparacións de encimas illados indican que a súa importancia pode variar dependendo da proteína examinada.
Como a molécula ten dous fosfatos, pode variar o estado de ionización de cada un deles. Aínda que a estrutura é simétrica, a ionización dun dos fosfatos ocorre a pH diferente ca a ionización dos dous á vez: pK1 =3 e pK2 > 7,5. Deste modo, en condicións fisiolóxicas (pH arredor de 7), a molécula pode ter unha soa carga negativa. Os grupos hidroxilo (–OH e –O-) do fosfato poden formar un enlace de hidróxeno estable intramolecular co grupo hidroxilo libre do glicerol central, orixinando unha estrutura resoante bicíclica. Esta estrutura pode atrapar un protón libre, o que é moi útil para facilitar a fosforilación oxidativa.
Dado que o grupo de cabeza forma esta estrutura bicíclica compacta, a área do grupo de cabeza é relativamente bastante pequena en relación coa moito maior rexión de cola con 4 cadeas hidrocarbonadas de ácido graxo. Baseado nesta estrutura especial, en 1982 empezou a utilizarse o indicador fluorescente mitocondrial nonil acridina laranxa (NAO) [6], o cal, como se demostrou máis tarde, tinguía as mitocondrias ao unirse ás cardiolipinas. O NAO ten unha cabeza moi grande e unha estrutura de cola curta, o que compensa a estrutura de cabeza pequena e cola longa da cardiolipina, e sitúase de maneira moi ordenada.[7] Publicáronse varios estudos que utilizaban o NAO como indicador mitocondrial cuantitativo ou como indicador do contido de cardiolipina na mitocondria. Porén, atopouse que o NAO estaba influenciado polo potencial de membrana e/ou a disposición espacial das cardiolipinas na mitocondria [8][9][10], polo que non é apropiado utilizar o NAO para estudos cuantitativos da mitocondria ou cardiolipinas en mitocondrias intactas en respiración. Pero o NAO aínda representa un método simple de avaliar o contido de cardiolipinas.
-
Estrutura bicíclica das cardiolipinas
-
Estrutura do NAO
-
O NAO e a cardiolipina dispostas de modo moi ordenado
Metabolismo
[editar | editar a fonte]Biosíntese
[editar | editar a fonte]Biosíntese en eucariotas
[editar | editar a fonte]Basicamente, nos eucariotas a cardiolipina orixínase pola unión dun fosfatidilglicerol cun diacilglicérido que reacciona en forna de CDP-diacilglicerol.
Nos lévedos, plantas e animais, esta síntese crese que ocorre nas mitocondrias. O primeiro paso é a acilación do glicerol-3-fosfato pola glicerol-3-fosfato aciltransferase. despois o acilglicerol-3-fosfato pode acilarse formando ácido fosfatídico. O encima CDP-DAG sintase (fosfatidato citidiltransferase) converte o o ácido fosfatídico en CDP-diacilglicerol (CDP-DAG). A seguinte reacción é a conversión do CDP-DAG en fosfatidilglicerol fosfato (PGP) pola acción do encima PGP sintase, seguida da desfosforilación pola PTPMT1 [11] para formar fosfatidilglicerol. Finalmente, únese unha molécula de CDP-DAG ao fosfatidilglicerol formando a cardiolipina e CMP libre, nunha reacción catalizada polo encima mitocondrial cardiolipina sintase (CLS).[2][3][12]
Biosíntese en procariotas
[editar | editar a fonte]En procariotas a síntese da cardiolipina realízase pola unión de dúas moléculas de fosfatidilglicerol con liberación dun glicerol.
A difosfatidilglicerol sintase cataliza a transferencia dun residuo fosfatidil dunha molécula de fosfatidilglicerol ao grupo 3'-hidroxilo libre doutra, coa liberación dunha molécula de glicerol, en reacción catalizada por un encima relacionado coa fosfolipase D. O encima pode funcionar en dirección inversa baixo algunhas condicións fisiolóxicas, eliminando a cardiolipina.
Catabolismo
[editar | editar a fonte]O catabolismo das cardiolipinas pode realizarse pola catálise da fosfolipase A2 (PLA), que elimina da molécula residuos de ácidos graxos. A fosfolipase D (PLD) nas mitocondrias hidroliza a cardiolipina a ácido fosfatídico.[13]
Funcións
[editar | editar a fonte]Regulación de estruturas agregadas
[editar | editar a fonte]Debido á estrutura bicíclica da cardiolipina, un cambio no pH e a presenza de catións divalentes pode orixinar nela cambios estruturais. A cardiolipina mostra unha gran variedade de agregados. En presenza de Ca2 ou outros catións divalentes, a cardiolipina pode ser inducida a experimentar unha transición de fase de lamelar a hexagonal (La-HII). E crese que isto ten unha estreita relación coa fusión de membranas.[14][15]
Mantén a estrutura cuaternaria dos complexos respiratorios
[editar | editar a fonte]O encima citocromo c oxidase ou complexo IV da cadea de transporte electrónico é unha gran complexo proteico transmembrana que se encontra na membrana interna das mitocondrias e nas membranas bacterianas. É o encima máis grande da cadea de transporte electrónico. Recibe electróns de catro moléculas de citocromo c, un de cada unha, e transfíreos a unha molécula de osíxeno, orixinándose no proceso auga. O complexo IV require asociarse con dúas moléculas de cardiolipina para manter a pleno rendemento a súa función encimática. O citocromo bc1 (complexo III) tamén precisa cardiolipina para manter a súa estrutura cuaternaria e o seu papel funcional.[16] O complexo V (ATP sintase, que realiza a fosforilación oxidativa, tamén mostra unha alta afinidade pola cardiolipina, ligándose a catro moléculas de cardiolipina por cada molécula de complexo V.[17]
Desencadeamento da apoptose
[editar | editar a fonte]Durante a apoptose, libérase no citosol o citocromo c desde os espazos intermembrana da mitocondria. O citocromo c pode despois unirse ao receptor IP3 do retículo endoplasmático, estimulando a liberación de calcio, o cal entón reacciona causando a liberación de citocromo c. Cando a concentración de calcio chega a niveis tóxicos, isto causa a morte celular. Pénsase que o citocromo c xoga un papel na apoptose por medio da liberación de factores apoptóticos desde a mitocondria.[18] Algúns estudos indican que unha oxixenase específica de cardiolipina produce hidroperóxidos de cardiolipina, que poden orixinar cambios conformacionais no lípido. A cardiolipina oxidada transfírese da membrana interna á externa da mitocondria, e despois contribúe a formar un poro permeable, que libera o citocromo c.
Serve como trampa de protóns na fosforilación oxidativa
[editar | editar a fonte]Durante a fosforilación oxidativa catalizada polo complexo IV, son transferidas grandes cantidades de protóns dun lado da membrana mitocondrial interna ao outro, causando un cambio de pH. Suxeriuse que as cardiolipinas funcionan na membrana mitocondrial como unha bomba de protóns, que localiza estritamente os protóns na membrana e minimiza os cambios de pH no espazo intermembranoso mitocondrial.
Esta función débese á estrutura característica das cardiolipinas. Poden atrapar protóns na súa estrutura bicíclica cando teñen carga negativa. Así, poden servir como un tampón de electróns que libera ou absorbe protóns para regular o pH arredor das membranas.[7]
Outras funcións
[editar | editar a fonte]- Translocación do colesterol da membrana mitocondrial externa á interna
- Activación mitocondrial da rotura da cadea lateral do colesterol
- Importar proteínas á matriz mitocondrial
- Función anticoagulante
Importancia clínica
[editar | editar a fonte]Síndrome de Barth
[editar | editar a fonte]A síndrome de Barth é un trastorno xenético raro que causa a morte en idade infantil. Débese a unha mutación no xene que codifica a tafazzina, un encima implicado na biosíntese da cardiolipina (cuxo nome procede dun personaxe de banda deseñada italiano chamado Tafazzi). A tafazzina é un encima indispensable para sintetizar cardiolipina en eucariotas implicado na remodelación das cadeas de ácido graxo da cardiolipina ao transferir ácido linoleico da fosfatidilcolina á monoliso-cardiolipina.[19] As mutacións na tafazzina orixinarían que non houbese suficiente síntese de cardiolipina e non habería suficiente produción de ATP. As rapazas heterocigotas para este carácter non están afectadas. Os pacientes desta síndrome teñen mitocondrias anormais, e non poden soster unha produción de ATP axeitada. Nestes pacientes é común a cardiomiopatía e a debilidade xeral. A cardiolipina serve para tratar os síntomas da síndrome de Barth e previr infeccións.
Enfermidades de Parkinson e Alzheimer
[editar | editar a fonte]Pénsase que o estrés oxidativo e a peroxidación de lípidos son importantes factores que contribúen á perda neuronal e disfunción mitocondrial na substancia negra na enfermidade de Parkinson, e poden exercer un papel inicial na patoxénese da enfermidade de Alzheimer.[20][21] Informouse que o contido de cardiolipina no cerebro decrece coa idade [22] e un estudo recente no cerebro de ratas mostra que isto se debe á peroxidación de lípidos nas mitocondrias expostas ao estrés de radicais libres. Outro estudo indica tamén que a ruta de biosíntese da cardiolipina pode ser selectivamente afectada, o que provoca un 20% de redución e cambios na composición das cardiolipinas.[23] E está tamén asociado cun 15% de redución na actividade do complexo I/III da cadea de transporte electrónico, o cal se pensa que é un factor crítico no desenvolvemento da enfermidade de Parkinson.[24]
Enfermidades hepáticas e cardíacas
[editar | editar a fonte]Recentemente, informouse que na enfermidade do fígado graxo non alcohólico[25] e na insuficiencia cardíaca[26], se observa unha diminución dos niveis de cardiolipinas e na disfunción mitocondrial obsérvanse cambios na composición de ácidos graxos. Porén, o papel da cardiolipina no envellecemento e na isquemia/reperfusión é aínda controvertido.
Enfermidade de Tangier
[editar | editar a fonte]A enfermidade de Tangier está tamén ligada a anormalidades nas cardiolipinas. Esta doenza caracterízase por niveis moi baixos no plasma sanguíneo de lipoproteínas de alta densidade (HDL), acumulación de ésteres do colesterol nos tecidos e un incremento do risco de desenvolver enfermidades cardiovasculares.[27] A diferenza da síndrome de Barth, a enfermidade de Tangier está causada principalmente por un incremento anormal na produción de cardiolipina. Os estudos mostran que nesta doenza hai un nivel de cardiolipinas de tres a cinco veces maior do normal.[28] Como o aumento nos niveis de cardiolipina acrecenta a oxidación do colesterol, despois a formación de oxisterois aumentará o fluxo de saída de colesterol. Este proceso podería funcionar como un mecanismo de escape para eliminar o exceso de colesterol da célula.
Diabetes
[editar | editar a fonte]As enfermidades do corazón afectan ás persoas con diabetes o dobre ca a xente sen diabete. Nos que teñen diabete as complicacións vasculares aparecen a unha idade temperá e a miúdo orixinan morte prematura, o que fai que os problemas cardíacos sexan os máis mortais para os diabéticos. Atopouse recentemente que as cardiolipinas son deficientes no corazón nas fases máis temperás da diabete, posiblemente debido a un encima que dixire lípidos que se fai máis activo no músculo cardíaco diabético.[29]
Síndrome antifosfolípido
[editar | editar a fonte]Os pacientes con anticorpos anti-cardiolipina (síndrome antifosfolípido) poden ter episodios trombóticos recorrentes mesmo xa na adolescencia. Estes episodios poden ocorrer nos vasos sanguíneos nos que a trombose pode ser relativamente pouco común, como as veas hepáticas e renais. Estes anticorpos son xeralmente detectados en mulleres novas con abortos espontáneos recorrentes. Na enfermidade autoinmune mediada por anti-cardiolipina, para o recoñecemento hai unha dependencia da apolipoproteína H.[30]
Sífilis
[editar | editar a fonte]A cardiolipina do corazón de vaca utilízase como un antíxeno no test de Wassermann para a sífilis. Os anticorpos anti-cardiolipina poden tamén incrementarse en moitas outras condicións, como o lupus eritematoso sistémico, malaria e tuberculose, polo que este test non é específico.
VIH-1/SIDA
[editar | editar a fonte]O desenvolvemento de anticorpos contra o virus da inmunodeficiencia humana-1, que orixina a SIDA, é unha importante liña de investigación. As glicoproteínas da envolta do virus teñen polo menos catro sitios para neutralizar os anticorpos.[31] Porén, os dous anticorpos dirixidos contra os sitios 2F5, 4E10 reaccionan con autoantíxenos, entre eles con cardiolipinas, polo que é difícil que a vacinación provoque a formación de ditos anticorpos.[32]
Cáncer
[editar | editar a fonte]Otto Heinrich Warburg propuxo que o cáncer se orixinaba por danos irreversibles na respiración mitocondrial, pero a base estrutural destes danos era descoñecida. Dado que a cardiolipina é un importante fosfolípido que se atopa case exclusivamente na membrana mitocondrial interna e é moi esencial para o mantemento da función mitocondrial, suxeriuse que as anormalidades nas cardiolipinas poden afectar á función mitocondrial e á bioenerxética da célula. Un estudo [33] publicado en 2008 sobre tumores de cerebro de rato apoiando a teoría de Warburg mostrou importantes anormalidades no contido de cardiolipina ou na súa composición en todos os tumores.
Notas
[editar | editar a fonte]- ↑ Pangborn M. (1942). "Isolation and purification of a serologically active phospholipid from beef heart". J. Biol. Chem. 143: 247–256.
- ↑ 2,0 2,1 M. Nowicki and M. Frentzen (2005). "Cardiolipin synthase of Arabidopsis thaliana". FEBS Letters 579 (10): 2161–2165. PMID 15811335. doi:10.1016/j.febslet.2005.03.007.
- ↑ 3,0 3,1 M. Nowicki (2006). "Characterization of the Cardiolipin Synthase from Arabidopsis thaliana". Ph.D. thesis, RWTH-Aachen University. Arquivado dende o orixinal o 05 de outubro de 2011. Consultado o 16 de novembro de 2011.
- ↑ Michael SCHLAME, Stuart BRODY, Karl Y. HOSTETLER (1993). "Mitochondrial cardiolipin in diverse eukaryotes". European Journal of Biochemistry 212 (3): 727–733. doi:10.1111/j.1432-1033.1993.tb17711.x. Arquivado dende o orixinal o 18 de outubro de 2019. Consultado o 07 de abril de 2019.
- ↑ Schlame M, Horvath L, Vigh L. (1994). "Relationship between lipid saturation and lipid-protein interaction in liver mitochondria modified by catalytic hydrogenation with reference to cardiolipin molecular species". Biochem. J. 265 (1): 79–85. PMC 1136616. PMID 2154183.
- ↑ Erbrich U, Naujok A, Petschel K, Zimmermann HW (1982). "The fluorescent staining of mitochondria in living HeLa- and LM-cells with new acridine dyes". Histochemistry 74 (1): 1–7. PMID 7085344.
- ↑ 7,0 7,1 Thomas H. Haines and Norbert A. Dencher (2002). "Cardiolipin: a proton trap for oxidative phosphorylation". FEBS Lett. 528 (1–3): 35–39. PMID 12297275. doi:10.1016/S0014-5793(02)03292-1.
- ↑ M Garciafernandez, D Ceccarelli, U Muscatello (2004). "Use of the fluorescent dye 10-N-nonyl acridine orange in quantitative and location assays of cardiolipin: a study on different experimental models". Analytical Biochemistry 328 (2): 174–180. PMID 15113694. doi:10.1016/j.ab.2004.01.020.
- ↑ Jacobson J, Duchen MR, Heales SJ. (2002). "Intracellular distribution of the fluorescent dye nonyl acridine orange responds to the mitochondrial membrane potential: implications for assays of cardiolipin and mitochondrial". Mass. J Neurochem 82 (2): 224–233. doi:10.1046/j.1471-4159.2002.00945.x.
- ↑ Keij JF, Bell-Prince C, Steinkamp JA. (2000). "Staining of mitochondrial membranes with 10-nonyl acridine orange, MitoFluor Green, and Mito-Tracker Green is affected by mitochondrial membrane potential altering drugs". Cytometry 39 (3): 203–210. PMID 10685077. doi:10.1002/(SICI)1097-0320(20000301)39:3<203::AID-CYTO5>3.0.CO;2-Z.
- ↑ Zhang, J; Dixon JE (6-8-2011). "Mitochondrial phosphatase PTPMT1 is essential for cardiolipin biosynthesis". Cell Metab 13 (6): 690–700. Consultado o 8 November 2011.
- ↑ R. H. Houtkooper and F. M. Vaz (2008). "Cardiolipin, the heart of mitochondrial metabolism". Cell. Mol. Life Sci. 65 (16): 2493–2506. PMID 18425414. doi:10.1007/s00018-008-8030-5.
- ↑ Gregor Cevc (1993). Phospholipids handbook. pp. 783. ISBN 0824790502.
- ↑ Antonio Ortiz, J. Antoinette Killian,Arie J. Verkleij,and Jan Wilschut (1999). "Membrane fusion and the lamellar-to-inverted-hexagonal phase transition in cardiolipin vesicle systems induced by divalent cations". Biophysical Journal 77 (4): 2003–2014. PMC 1300481. PMID 10512820. doi:10.1016/S0006-3495(99)77041-4.
- ↑ "Copia arquivada". Arquivado dende o orixinal o 21 de maio de 2011. Consultado o 16 de novembro de 2011.
- ↑ Baltazar Gomez Jr. and Neal C. Robinson (1999). "Phospholipase Digestion of Bound Cardiolipin Reversibly Inactivates Bovine Cytochrome bc1". Biochemistry 38 (28): 9031–9038. PMID 10413476. doi:10.1021/bi990603r.
- ↑ Eble K.S.,ColemanW.B.,Hantgan R. R. and CunninghamC. (1990). "Tightly associated cardiolipin in the bovine heart mitochondrial ATP synthase as analyzed by 31P nuclear magnetic resonance spectroscopy". J. Biol. Chem. 265 (32): 19434–19440. PMID 2147180.
- ↑ Natalia A. Belikova; et al. (2006). "Peroxidase Activity and Structural Transitions of Cytochrome c Bound to Cardiolipin-Containing Membranes". Biochemistry 45 (15): 4998–5009. PMC 2527545. PMID 16605268. doi:10.1021/bi0525573.
- ↑ Xu Y., Malhotra A., Ren M. and Schlame M. (2006). "The enzymatic function of tafazzin". J. Biol. Chem. 281 (51): 39217–39224. PMID 17082194. doi:10.1074/jbc.M606100200.
- ↑ Beal MF. (2003). "Mitochondria, oxidative damage, and inflammation in Parkinson's disease". Ann NY Acad Sci 991: 120–131. PMID 12846981. doi:10.1111/j.1749-6632.2003.tb07470.x.
- ↑ Jenner P. (1991). "Oxidative stress as a cause of Parkinson's disease". Acta Neurol Scand Suppl 136: 6–15. PMID 12666096. doi:10.1002/ana.10483.
- ↑ Ruggiero FM, Cafagna F, Petruzzella V, Gadaleta MN, Quagliariello E. (1991). "Lipid composition in synaptic and nonsynaptic mitochondria from rat brains and effect of aging". J Neurochem 59 (2): 487–491. PMID 12666096. doi:10.1002/ana.10483.
- ↑ Ellis CE, Murphy EJ, Mitchell DC, Golovko MY, Scaglia F, Barcelo-Coblijn GC, Nussbaum RL. (2005). "Mitochondrial Lipid Abnormality and Electron Transport Chain Impairment in Mice Lacking α-Synuclein". Mol Cell Biol 25 (22): 10190–10201. PMC 1280279. PMID 16260631. doi:10.1128/MCB.25.22.10190-10201.2005.
- ↑ Dawson TM, Dawson VL. (2003). "Molecular pathways of neurodegeneration in Parkinson's disease". Science 302 (5646): 819–822. PMID 14593166. doi:10.1126/science.1087753.
- ↑ Petrosillo G., Portincasa P., Grattagliano I., Casanova G., Matera M., Ruggiero F. M., Ferri D. and Paradies G. (2007). "Mitochondrial dysfunction in rat with nonalcoholic fatty liver: involvement of complex I, reactive oxygen species and cardiolipin". Biochim. Biophys. Acta. 1767 (1): 1260–1267. PMID 18973802. doi:10.1016/j.freeradbiomed.2008.09.031.
- ↑ Sparagna G. C., Chicco A. J., Murphy R. C., Bristow M. R., Johnson C. A., Rees M. L., Maxey M. L., McCune S. A. and Moore R. L. (2007). "Loss of cardiac tetralinoleoyl cardiolipin in human and experimental heart failure". J. Lipid Res. 48 (7): 1559–1570. PMID 17426348. doi:10.1194/jlr.M600551-JLR200.
- ↑ Oram J. F. (2000). "Tangier disease and ABCA1". Biochim.Biophys. Acta. 1529 (1–3): 321–330. PMID 11111099. doi:10.1016/S1388-1981(00)00157-8.
- ↑ Fobker M., Voss R., Reinecke H., Crone C.,AssmannG. and Walter M. (2001). "Accumulation of cardiolipin and lysocardiolipin in fibroblasts from Tangier disease subjects". FEBS Lett. 500 (3): 157–162. PMID 11445077. doi:10.1016/S0014-5793(01)02578-9.
- ↑ Xianlin Han; et al. (2007). "Alterations in Myocardial Cardiolipin Content and Composition Occur at the Very Earliest Stages of Diabetes: A Shotgun Lipidomics Study". Biochemistry 46 (21): 6417–6428. PMC 2139909. PMID 17487985. doi:10.1021/bi7004015.
- ↑ McNeil HP, Simpson RJ, Chesterman CN, Krilis SA (1990). "Anti-phospholipid antibodies are directed against a complex antigen that includes a lipid-binding inhibitor of coagulation: beta 2-glycoprotein I (apolipoprotein H)". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 87 (11): 4120–4. PMC 54059. PMID 2349221. doi:10.1073/pnas.87.11.4120.
- ↑ Gary J. Nabel (2005). "Immunology: Close to the Edge: Neutralizing the HIV-1 Envelope". Science 308 (5730): 1878–1879. PMID 15976295. doi:10.1126/science.1114854.
- ↑ J. M. Binley; et al. (2004). "Comprehensive Cross-Clade Neutralization Analysis of a Panel of Anti-Human Immunodeficiency Virus Type 1 Monoclonal Antibodies". J. Virol. 78 (23): 13232–13252. PMC 524984. PMID 15542675. doi:10.1128/JVI.78.23.13232-13252.2004.
- ↑ Michael A. Kiebish; et al. (2008). "Cardiolipin and electron transport chain abnormalities in mouse brain tumor mitochondria: lipidomic evidence supporting the Warburg theory of cancer". Journal of Lipid Research 49 (12): 2545–2556. PMC 2582368. PMID 18703489. doi:10.1194/jlr.M800319-JLR200.