Synthesis of Glycerophospholipids – Membrane Lipid Metabolism

00:01 Man kann mit Sicherheit sagen, dass, ohne Lipiddoppelschicht, eine Zelle keine Zelle ist.

00:05 In dieser Vorlesung werde ich den Stoffwechsel der primären Moleküle behandeln, die an der Bildung der Lipiddoppelschicht der Zellmembran beteiligt sind.

00:12 Dabei werden die Glycerophospholipide und auch die Synthese der Sphingolipide erörtert.

00:19 Die Glycerophospholipide sind, wie ich schon sagte, einer der Hauptbestandteile der Zellmembran.

00:24 Sie können sehen, wie sie zustande kommen oder wie ihr Name zustande kommt, durch die Tatsache, dass sie in der Mitte, wie Sie hier sehen, ein Glycerin-Grundgerüst haben.

00:32 Auf der rechten Seite haben sie eine Phosphokomponente die Phosphat enthält und sehr polar ist.

00:37 Und auf der linken Seite befindet sich der Lipidteil der Glycerophospholipide, der aus zwei Fettsäuren besteht, die an das Glycerin gebunden sind.

00:43 Diese Verbindung ist sehr amphiphil, was bedeutet, dass sie einen Teil hat, der sehr polar ist und einen anderen Teil, der unpolar ist.

00:51 Nun, diese schematische Struktur eines Glycerophospholipids, die ich hier auf dem Bildschirm zeige, würde ich auf die nächste Folie übertragen.

00:57 Bitte beachten Sie das "X" unten rechts; denn dies ist der Anknüpfungspunkt für andere Moleküle, die das fertige Glycerophospholipid bilden.

01:04 Auf der rechten Seite sehen Sie nun die schematische Struktur und Sie können das X in dem Feld sehen, das ich hier angegeben habe.

01:10 Wenn das X ein Wasserstoff ist, dann ist das Molekül von dem wir sprechen Phosphatidat.

01:15 Das Phosphatidat ist kein wesentlicher Bestandteil der Lipiddoppelschicht.

01:20 Aber es ist ein Vorläufer für die Synthese der anderen Moleküle unten.

01:25 Wenn X ein Serin ist, wie Sie hier sehen können, dann ist die Verbindung, die dabei entsteht, Phosphatidylserin, Serin ist natürlich eine Aminosäure.

01:33 Wenn das X ein Ethanolamin ist, haben wir Phosphatidylethanolamin.

01:38 Wenn das X ein Cholin ist, haben wir haben wir Phosphatidylcholin.

01:41 Und schließlich, wenn das X Inositol ist, haben wir Phosphatidylinositol.

01:45 Im Gegensatz zu den anderen Ergänzungen, die über dem Phosphatidylinositol standen, ionisiert das Inositol selbst nicht, aber es ist dank der Hydroxylgruppen, die sich daran befinden, eine sehr polare Verbindung.

01:57 Die Synthese von Glycerophospholipiden überschneidet sich mit der Synthese von Fetten, wie wir noch sehen werden.

02:02 Der Ausgangspunkt sowohl für Fette als auch für Glycerophospholipide, ist das Molekül, das Sie hier auf dem Bildschirm sehen, Glycerin-3-phosphat.

02:09 Dem Glycerin-3-phosphat wird durch das Enzym Acyltransferase 1 in einer Esterbindung an Position 1 eine Fettsäure angehängt, wie Sie sehen können.

02:18 Wir haben dies auch bei der Fettsynthese zur Bildung von Lysophosphatidsäure gesehen.

02:24 Die Lysophosphatidsäure erhält eine Fettsäure am zweiten Kohlenstoff des Glycerins, genau wie bei der Fettsynthese, um die Phosphatidsäure zu bilden, über die wir bereits gesprochen haben.

02:35 Sie können jetzt die Phosphatidsäure ganz oben in der Struktur sehen und das ist nur das, was wir in diese ursprüngliche Struktur eingebracht haben.

02:42 Die Synthese weiterer Phosphatidylverbindungen kann nun durch zwei verschiedene Mechanismen erfolgen, die, wie Sie sehen werden, sehr allgemein gehalten sind.

02:52 Beide Mechanismen beinhalten die Verwendung eines sogenannten aktivierten Zwischenprodukts.

02:57 Ein aktiviertes Zwischenprodukt ist ein Molekül mit einer hochenergetischen Bindung, das die Energie dieser Bindung nutzt, um einen Teil seiner selbst an etwas anderes abzugeben, wie wir noch sehen werden.

03:08 Die beiden allgemeinen Mechanismen, die Sie sehen werden, weisen einige Parallelen auf, auch wenn sie die Dinge in gewisser Weise umkehren.

03:15 Die erste Methode, die ich Ihnen zeigen werde, geht aus von einem Molekül, das durch die Phosphatidylverbindung aktiviert ist.

03:23 Dieser Stoff wird CDP-Diacylglycerin genannt.

03:28 Der CDP-Teil dieses Moleküls stammt natürlich von dem Nukleotid CTP, das bei der Synthese von RNA verwendet wird.

03:35 Und der Rest ist die Phosphatidsäure, die wir im letzten Bild auf dem Bildschirm synthetisiert haben.

03:41 Wenn wir also Phosphatidsäure nehmen und sie mit CTP kombinieren, entsteht dieses Molekül.

03:46 Wir spalten in diesem Prozess ein Pyrophosphat ab, das ist das PPi auf der Seite.

03:51 Wir begannen mit 4 Phosphaten, eines auf Phosphatidsäure und drei auf CTP. Am Ende haben wir 4 Phosphate.

03:59 Zwei im CDP-Diacylglycerin und zwei im Pyrophosphat.

04:05 Der Phosphatidylanteil ist hier noch einmal zur Orientierung dargestellt; denn das ist der Teil, der in die Synthese der Phosphatidylverbindung einfließt.

04:15 Das CTP spaltet sich nicht als CDP, sondern als CMP ab.

04:20 Es hinterlässt also eines seiner Phosphate zur Phosphatidylverbindung.

04:28 Okay, wir können hier eine Reaktion, zum Beispiel mit Inositol, sehen.

04:31 CDP-Diacylglycerin plus Inositol ergibt Phosphatidylinositol plus das CMP, das sich, wie gesagt, abspaltet.

04:40 Für diese Reaktion wird nun die Energie der hochenergetischen Bindung des aktivierten Zwischenprodukts CDP-Diacylglycerin benötigt.

04:49 Dank der Energie dieser Bindung können die beiden Moleküle miteinander verbunden werden, nämlich die Phosphatidylverbindung und das Inositol.

04:56 Diese Reaktion benötigt keine Energie aus ATP; denn die Energie stammt von dem aktivierten Zwischenprodukt, das zuvor erzeugt wurde.

05:06 Der zweite Mechanismus für die Synthese von Glycerophospholipiden dreht die Verwendung des aktivierten Zwischenprodukts gewissermaßen um, wie wir sehen werden.

05:14 Hier ist also zunächst eine Verbindung, die wir dem Phosphatidylteil als X in der Abbildung oben rechts hinzufügen wollen. Das ist Ethanolamin.

05:24 Um dies zu erreichen, aktivieren wir Ethanolamin mit Hilfe des CDP.

05:29 Bevor wir nun die Phosphatidylverbindung mit dem CDP aktiviert haben: Um das Ethanolamin zu aktivieren, wird es zunächst mit einem Phosphat versehen, um Phosphorylethanolamin herzustellen. Dieses Phosphorylethanolamin ist nun ein Substrat für die Herstellung von CDP-Ethanolamin.

05:47 Die Art und Weise, wie dies geschieht, ist natürlich, dass wir ein Phosphat am Phosphorylethanolamin haben.

05:52 Wir haben drei Phosphate am CTP und wenn wir die beiden kombinieren, erhalten wir CDP-Ethanolamin und wir spalten das Pyrophosphat ab, genau wie wir es beim Phosphatidylmaterial getan haben.

06:04 Dieses CDP-Ethanolamin ist auch ein aktiviertes Zwischenprodukt.

06:08 Die Energie für die Bildung der neuen Verbindung wird von diesem aktivierten Zwischenprodukt kommen.

06:16 Wir sehen also, dass sich das CMP während dieser Aktivierung genau so abspaltet, wie wir es zuvor bei der Abspaltung des CMP von der Phosphatidsäure gesehen haben.

06:25 Das Ethanolamin fügt derweil zwei Substanzen hinzu, bei denen es sich um Diacylglycerin handelt und bildet so die Phosphatidylverbindung.

06:35 Hier ist also das CDP-Ethanolamin zu sehen.

06:37 Hier ist Diacylglycerin. In diesem Fall handelt es sich nicht um Phosphatidsäure, sondern um eine Phosphatidsäure ohne Phosphat; denn das Phosphat stammt hier aus dem aktivierten Zwischenprodukt.

06:50 Wenn wir diese beiden zusammenfügen, erhalten wir Phosphatidylethanolamin und CMP.

06:54 Wir haben also das CMP abgespalten und sind wieder mit zwei Phosphaten auf dem aktivierten Zwischenprodukt eingestiegen.

07:03 Eines davon wurde in die Herstellung des endgültigen Phosphatidylethanolamins übernommen.

07:08 Diese beiden von mir beschriebenen Mechanismen, entweder die Aktivierung der Phosphatidsäure oder die Aktivierung des hinzugefügten Moleküls, sind also die allgemeine Wege, auf denen Glycerophospholipide in Zellen synthetisiert werden.