fosfolipiden komen veel voor in de cellen van bacteriën en eukaryoten. Het zijn moleculen gemaakt van een fosfaatkop en een lipidestaart. De kop wordt beschouwd als waterminnend of hydrofiel, terwijl de staart hydrofoob is of afstotend tegen water. Fosfolipiden worden daarom amfifiel genoemd. Vanwege deze dubbele aard van fosfolipiden rangschikken veel soorten zich in twee lagen in een waterige omgeving. Dit wordt een fosfolipide dubbellaag genoemd. Fosfolipidesynthese vindt voornamelijk plaats in het endoplasmatisch reticulum. Andere gebieden van biosynthese omvatten het Golgi-apparaat en mitochondria. Fosfolipiden werken op verschillende manieren in cellen.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Fosfolipiden zijn moleculen met hydrofiele fosfaatkoppen en hydrofobe lipide-staarten. Ze omvatten cellulaire membranen, reguleren bepaalde cellulaire processen en bezitten zowel stabiliserende als dynamische eigenschappen die kunnen helpen bij de medicijnafgifte.
Fosfolipiden Vorm membranen

Fosfolipiden bieden barrières in cellulaire membranen om de cel te beschermen, en ze maken barrières voor de organellen in die cellen. Fosfolipiden zorgen voor routes voor verschillende stoffen door membranen. Membraaneiwitten beslaan de fosfolipide dubbellaag; deze reageren op celsignalen of werken als enzymen of transportmechanismen voor het celmembraan. De fosfolipide dubbellaag laat gemakkelijk essentiële moleculen zoals water, zuurstof en koolstofdioxide het membraan passeren, maar zeer grote moleculen kunnen op deze manier de cel niet binnenkomen of kunnen dat helemaal niet. Met deze combinatie van fosfolipiden en eiwitten wordt gezegd dat de cel selectief permeabel is, waardoor alleen bepaalde stoffen vrij en anderen via complexere interacties worden toegelaten.

Fosfolipiden zorgen voor structuur in de membranen van de cel, die op hun beurt organellen georganiseerd houden en verdeeld om efficiënter te werken, maar deze structuur helpt ook bij de flexibiliteit en vloeibaarheid van de membranen. Sommige fosfolipiden zullen een negatieve kromming van een membraan induceren, terwijl anderen een positieve kromming induceren, afhankelijk van hun make-up. Eiwitten dragen ook bij aan de kromming van het membraan. Fosfolipiden kunnen zich ook over membranen verplaatsen, vaak door speciale eiwitten zoals flippasen, floppasen en scramblases. Fosfolipiden dragen ook bij aan de oppervlaktelading van membranen. Dus hoewel fosfolipiden bijdragen aan stabiliteit, hun fusie en hun splijting, helpen ze ook bij het transport van materialen en signalen. Fosfolipiden maken membranen daarom zeer dynamisch in plaats van eenvoudige dubbellagige barrières. En hoewel fosfolipiden meer bijdragen dan oorspronkelijk gedacht aan verschillende processen, blijven ze de stabilisatoren van celmembranen in verschillende soorten.
Andere functies van fosfolipiden

Met betere technologie kunnen wetenschappers sommige fosfolipiden in levende cellen visualiseren via fluorescerende sondes. Andere methoden om fosfolipidefunctionaliteit op te helderen omvatten het gebruik van knock-outspecies (zoals muizen) die overexpressie hebben van lipide-modificerende enzymen. Dit helpt bij het begrijpen van meer functies voor fosfolipiden.

Fosfolipiden spelen een actieve rol naast het vormen van bilagen. Fosfolipiden handhaven een gradiënt van chemische en elektrische processen om celoverleving te verzekeren. Ze zijn ook essentieel om exocytose, chemotaxis en cytokinese te reguleren. Sommige fosfolipiden spelen een rol bij fagocytose en werken omringende deeltjes om fagosomen te vormen. Fosfolipiden dragen ook bij aan endocytose, dat is het genereren van vacuolen. Het proces omvat binding van het membraan rond deeltjes, extensie en uiteindelijk splitsing. De resulterende endosomen en fagosomen bezitten op hun beurt hun eigen lipide dubbellagen.

Fosfolipiden reguleren cellulaire processen die verband houden met groei, synaptische transmissie en immuunbewaking.

Een andere functie van fosfolipiden is die van het assembleren van circulerende lipoproteïnen. Deze eiwitten spelen de essentiële rol van transport voor lipofiele triglyceriden en cholesterolen in het bloed.

Fosfolipiden werken ook als emulgatoren in het lichaam, zoals wanneer ze worden gemengd met cholesterolen en galzuur in de galblaas om micellen te maken voor absorptie van vetstoffen. Fosfolipiden spelen ook de rol van het bevochtigen van oppervlakken voor zaken als gewrichten, longblaasjes en andere delen van het lichaam die een soepele beweging vereisen.

Fosfolipiden in eukaryoten worden gemaakt in de mitochondria, endosomen en endoplasmatisch reticulum (ER). De meeste fosfolipiden worden gemaakt in het endoplasmatisch reticulum. In het ER worden fosfolipiden gebruikt in niet -vesiculair lipidetransport tussen het ER en andere organellen. In mitochondriën spelen fosfolipiden een groot aantal rollen voor cellulaire homeostase en mitochondriaal functioneren.

Fosfolipiden die geen dubbele lagen vormen helpen bij membraanfusie en buiging.
Soorten fosfolipiden

De meest voorkomende fosfolipiden in eukaryoten zijn de glycerofosfolipiden, die een glycerolskelet bezitten. Ze hebben een kopgroep, hydrofobe zijketens en alifatische ketens. De hoofdgroep van deze fosfolipiden kan variëren in chemische samenstelling, wat leidt tot verschillende soorten fosfolipiden. De structuren van deze fosfolipiden variëren van cilindrisch tot conisch tot omgekeerd conisch, en als zodanig verschilt hun functionaliteit. Ze werken met cholesterol en sfingolipiden om te helpen bij endocytose, ze vormen lipoproteïnen, worden gebruikt als oppervlakteactieve stoffen en zijn de belangrijkste componenten van cellulaire membranen.

Fosfatidinezuur (PA), ook fosfatidaat genoemd, bestaat slechts uit een klein percentage van fosfolipiden in cellen. Het is de meest basische fosfolipide en dient als een voorloper van andere glycerofosfolipiden. Het heeft een conische vorm en kan leiden tot kromming van membranen. PA bevordert mitochondriale fusie en splijting en is essentieel voor het metabolisme van lipiden. Het bindt aan het Rac-eiwit, geassocieerd met chemotaxis. Er wordt ook gedacht dat het in wisselwerking staat met veel andere eiwitten vanwege zijn anionische aard.

Phosphatidylcholine (PC) is het fosfolipide in de grootste overvloed, en maakt maar liefst 55 procent uit van alle lipiden. PC is een ion dat bekend staat als een zwitterion, heeft een cilindervorm en staat bekend om het vormen van bilagen. PC dient als een componentensubstraat voor het genereren van acetylcholine, een cruciale neurotransmitter. PC kan worden omgezet in andere lipiden zoals sfingomyelins. PC dient ook als oppervlakteactieve stof in de longen en is een bestanddeel van gal. De algemene rol is die van membraanstabilisatie.

Fosfatidylethanolamine (PE) is ook vrij overvloedig, maar is enigszins conisch en heeft niet de neiging om dubbellagen te vormen. Het bevat maar liefst 25 procent fosfolipiden. Het is overvloedig in het binnenste membraan van mitochondriën, en het kan worden gemaakt door de mitochondriën. PE bezit een relatief kleinere hoofdgroep in vergelijking met PC. PE staat bekend om macroautofagie en helpt bij membraanfusie.

Cardiolipine (CL) is een kegelvormig fosfolipidedimeer en is het belangrijkste niet-dubbellaags fosfolipide dat wordt gevonden in mitochondria, de enige organellen die CL maken. Cardiolipine wordt voornamelijk op het binnenste mitochondriale membraan aangetroffen en beïnvloedt de eiwitactiviteit in de mitochondriën. Dit vetzuurrijke fosfolipide is noodzakelijk voor de functionaliteit van mitochondriale respiratoire ketencomplexen. CL vormt een aanzienlijke hoeveelheid hartweefsels en wordt aangetroffen in cellen en weefsels die veel energie vereisen. CL werkt om protonen aan te trekken naar een enzym genaamd ATP-synthase. CL helpt ook bij het signaleren van celdood door apoptose.

Phosphatidylinositol (PI) maakt maar liefst 15 procent uit fosfolipiden in cellen. PI is te vinden in tal van organellen en de hoofdgroep kan omkeerbare veranderingen ondergaan. PI werkt als een voorloper die helpt bij de overdracht van berichten in het zenuwstelsel, evenals de handel in membranen en het richten van eiwitten.

Phosphatidylserine (PS) bestaat uit maximaal 10 procent fosfolipiden in cellen. PS speelt een belangrijke rol bij het signaleren binnen en buiten cellen. PS helpt zenuwcellen te functioneren en reguleert de zenuwimpulsgeleiding. PS-functies bij apoptose (spontane celdood). PS omvat ook bloedplaatjesmembranen en speelt daarom een rol bij de stolling.

Phosphatidylglycerol (PG) is een voorloper van bis (monoacylglycero) fosfaat of BMP, dat aanwezig is in veel cellen en mogelijk nodig is voor cholesteroltransport. BMP wordt voornamelijk gevonden in de cellen van zoogdieren, waar het ongeveer 1 procent van fosfolipiden uitmaakt. BMP wordt voornamelijk in multivesiculaire lichamen gemaakt en wordt verondersteld om inwendige membraanknopvorming te induceren.

Sphingomyeline (SM) is een andere vorm van fosfolipide. SM's zijn belangrijk voor de samenstelling van dierlijke celmembranen. Terwijl de ruggengraat van glycerofosfolipiden glycerol is, is de ruggengraat van sphingomyelins sfingosine. Bilagen van SM-fosfolipiden reageren anders op cholesterol en zijn meer gecomprimeerd, maar hebben een verminderde permeabiliteit voor water. SM bestaat uit lipidenvlotten, stabiele nanodomeinen in membranen die belangrijk zijn voor membraansortering, signaaltransductie en het transport van eiwitten.
Ziekten gerelateerd aan fosfolipide metabolisme

Fosfolipide disfunctie leidt tot een aantal aandoeningen zoals Charcot- Perifere neuropathie van Marie-Tooth, Scott-syndroom en abnormaal lipidekatabolisme, dat geassocieerd is met verschillende tumoren.

Genetische aandoeningen veroorzaakt door genmutaties kunnen leiden tot disfuncties in fosfolipidenbiosynthese en metabolisme. Deze blijken vrij duidelijk te zijn bij aandoeningen gerelateerd aan mitochondriën.

Een efficiënt lipidennetwerk is nodig in de mitochondriën. De fosfolipiden cardiolipine, fosfatidinezuur, fosfatidylglycerol en fosfatidylethanolamine spelen allemaal een cruciale rol bij het handhaven van het membraan van de mitochondriën. Mutaties van genen die deze processen beïnvloeden, leiden soms tot genetische ziekten.

In het mitochondriale X-gebonden ziekte Barth-syndroom (BTHS) omvatten aandoeningen zwakte van skeletspieren, verminderde groei, vermoeidheid, motorische vertraging, cardiomyopathie, neutropenie en 3-methylglutaconzuur, een potentieel dodelijke ziekte. Deze patiënten vertonen defecte mitochondriën, die verminderde hoeveelheden van de fosfolipiden CL bezitten. vertragingen), groeifalen en andere omstandigheden. Deze ziekte is het gevolg van functionele problemen met een gen dat helpt bij de regulering van CL-remodellering en mitochondriale eiwitbiogenese.

MEGDEL-syndroom presenteert zich als een autosomaal recessieve aandoening met encefalopathie, een bepaalde vorm van doofheid, motorische en ontwikkelingsachterstanden, en andere condities. In het aangetaste gen bezit PG's voorloper fosfolipide, PG, een veranderde acylketen, die op zijn beurt de CL verandert. Bovendien verminderen de gendefecten de niveaus van het fosfolipide BMP. Omdat BMP de regulatie van cholesterol en mensenhandel reguleert, leidt het verminderen ervan tot niet-veresterde cholesterol.

Naarmate onderzoekers meer leren over de rol van fosfolipiden en hun belang, wordt gehoopt dat er nieuwe therapieën kunnen worden gemaakt om ziekten te behandelen die het gevolg zijn vanwege hun disfunctie.
Gebruik voor fosfolipiden in de geneeskunde

De biocompatibiliteit van fosfolipiden maakt ze ideale kandidaten voor geneesmiddelenafgiftesystemen. Hun amfifiele (met zowel waterminnende als waterhate componenten) constructiehulpmiddelen bij zelfassemblage en het maken van grotere structuren. Fosfolipiden vormen vaak liposomen die medicijnen kunnen dragen. Fosfolipiden dienen ook als goede emulgatoren. Farmaceutische bedrijven kunnen fosfolipiden kiezen uit eieren, sojabonen of kunstmatig geconstrueerde fosfolipiden om de toediening van geneesmiddelen te ondersteunen. Kunstmatige fosfolipiden kunnen worden gemaakt van glycerofosfolipiden door kop- of staartgroepen of beide te veranderen. Deze synthetische fosfolipiden zijn stabieler en zuiverder dan natuurlijke fosfolipiden, maar hun kosten zijn meestal hoger. De hoeveelheid vetzuren in natuurlijke of synthetische fosfolipiden heeft invloed op hun inkapselingsefficiëntie.

Fosfolipiden kunnen liposomen maken, speciale blaasjes die de celmembraanstructuur beter kunnen evenaren. Deze liposomen dienen vervolgens als geneesmiddeldragers voor hydrofiele of lipofiele geneesmiddelen, geneesmiddelen met gereguleerde afgifte en andere middelen. Liposomen gemaakt van fosfolipiden worden vaak gebruikt in geneesmiddelen tegen kanker, gentherapie en vaccins. Liposomen kunnen zeer specifiek worden gemaakt voor medicijnafgifte, door ze te laten lijken op het celmembraan dat ze moeten passeren. Het fosfolipidegehalte van liposomen kan worden gewijzigd op basis van de plaats van de beoogde ziekte.

De emulgerende eigenschappen van fosfolipiden maken ze ideaal voor intraveneuze injectie-emulsies. Eierdooier en soja-fosfolipide-emulsies worden vaak voor dit doel gebruikt.

Als geneesmiddelen een slechte biologische beschikbaarheid hebben, kunnen soms natuurlijke flavonoïden worden gebruikt om complexen met fosfolipiden te vormen, wat de absorptie van geneesmiddelen helpt. Deze complexen hebben de neiging stabiele geneesmiddelen met langere werking op te leveren.

Naarmate verder onderzoek meer informatie oplevert over de steeds nuttigere fosfolipiden, zal de wetenschap profiteren van de kennis om cellulaire processen beter te begrijpen en om meer gerichte medicijnen te maken. >