Biochemie und Pathobiochemie: Phosphoglycerid-Stoffwechsel

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Allgemeines

Phospholipide bilden den Hauptteil der Lipidphase biologischer (Doppel-)Membranen. Sie bestehen aus einer hydrophilen Phosphatgruppe und meist zwei hydrophoben Fettsäuren, die über ein Glycerin verbunden sind. Man unterscheidet zwei Gruppen, Phosphoglyceride und Sphingomyeline (die Sphingomyeline gehören sowohl zu den Phospholipiden als auch zu den Sphingolipiden, denen ein eigenes Kapitel gewidmet ist).

Wichtige Phosphoglyceride, die am Aufbau von Biomembranen beteiligt sind, sind Phosphatidylethanolamin, Phosphatidylserin, sowie das mengenmäßig am häufigsten vorkommende Phosphoglycerid, das Phosphatidylcholin (Lecithin) und die Phosphatidyl-Inositole, die eine wichtige Rolle in intrazellulären Signaltransduktionskaskaden spielen.

Biosynthese von Phosphatidat (1,2-Diacylglycerin-3-phosphat)

⇓

Subst.

( ⇑ )

Co.

Enzym

EC

EG

Erkr.

Dihydroxyacetonphosphat (DHAP)

NADH/H⁺

NAD⁺

NADH/H⁺

NAD⁺

Glycerin-3-phosphat-Dehydrogenase 1 löslich

1.1.1.8

Ox

Red. Akz.

Ox. Akz.

oder

Red. Akz.

Ox. Akz.

Flavin

oder

Glycerol-3-phosphat-Dehydrogenase 2 mitochondrial

Glycerol-3-phosphat-Acyltransferase mitochondrial

2.3.1.15

Tr

1-Acylglycerol-3-phosphat (Lysophosphatidsäure)

Acyl-CoA

CoA-SH

1-Acylglycerol-3-phosphat- O-Acyltransferase

2.3.1.51

Tr

1,2-Diacylglycerol-3-phosphat (Phosphatidat)

Die aufgeführten Schritte zur Biosynthese von 1,2-Diacylglycerin-3-phosphat (Phosphatidsäure bzw. Phosphatidat) sind mit den ersten Schritten der Triacylglycerinbiosynthese identisch. Phosphatidat kann auch durch Phosphorylierung von 1,2-Diacylglycerin (aus dem Triacylglycerin-Abbau) gewonnen werden (Diacylglycerinkinase, 2.7.1.107).

Phosphatidat ist der Ausgangspunkt für die Biosynthese der verschiedenen Phosphoglyceride. Phosphadidat selbst findet sich im Gewebe nur in geringen Mengen.

Biosynthese von 1-Phosphatidyl-D-myo-Inositol

⇓

Subst.

( ⇑ )

Co.

Enzym

EC

EG

Erkr.

Phosphatidat

CTP

PP_i

CDP-Diacylglycerol-Synthase (Phosphatidat-Cytidylyltransferase)

2.7.7.41

Tr

CDP-Diacyl-glycerol

myo-Inositol

CMP

CDP-Diacylglycerol--Inositol-3-Phosphatidyltransferase

2.7.8.11

Tr

1-Phosphatidyl-D-myo-Inositol

Den weiteren Stoffwechsel der Inositolphosphate finden Sie im Kapitel Inositolphosphat-Stoffwechsel. 1-Phosphatidyl-D-myo-Inositol ist auch der Startpunkt der Biosynthese von Glycosylphosphatidylinositol-Ankern (GPI-Anker).

Biosynthese von Cardiolipin

⇓

Subst.

( ⇑ )

Co.

Enzym

EC

EG

Erkr.

Phosphatidat

CTP

PP_i

CDP-Diacylglycerol-Synthase (Phosphatidat-Cytidylyltransferase)

2.7.7.41

Tr

CDP-Diacylglycerin

Glycerin-3-phosphat

CMP

CDP-Diacylglycerol--Glycerol- 3-phosphat-3-Phosphatidyltransferase

2.7.8.5

Tr

Phosphatidyl-glycerolphosphat

H₂O

P_i

Phosphatidylglycerophosphatase

3.1.3.27

Hyd

Phosphatidylglycerol

CDP-Diacylglycerin

CMP

Cardiolipin-Synthase 1

?

Cardiolipin

Cardiolipin (Diphosphatidylglycerin) findet sich in hoher Konzentration in der inneren Membran von Mitochondrien und damit auch vermehrt in Mitochondrien-reichen Geweben wie Herz und Muskel.

Klinik: Bei der Syphilis (und vielen anderen Erkrankungen, die mit Gewebsschäden einhergehen) treten Autoantikörper gegen das mitochondriale Cardiolipin (Cl) auf. Diese können mit dem sog. VDRL-Test (Veneral-Disease-Research-Laboratories-Test) in einer Agglutinationsreaktion nachgewiesen und zur Verlaufskontrolle der Syphillis genutzt werden.

Eine erbliche Erkrankung, die mit dem Cardiolipin-Stoffwechsel assoziiert ist das Barth-Syndrom.

Stoffwechsel von Phosphatidylcholin (Lecithin)

Ausgangspunkt ist 1,2-Diacylglycerin. Dieses stammt aus dem Triacylglycerin-Abbau oder aus Phosphatidat (1,2-Diacylglycerin-3-phosphat) (s.o. und Triacylglycerinbiosynthese).

⇓

Subst.

( ⇑ )

Co.

Enzym

EC

EG

Erkr.

Phosphatidat

H₂O

P_i

Phosphatidat-Phosphatase

3.1.3.4

Hyd

1,2-Diacylglycerin

CDP-Cholin

CMP

Diacylglycerol-Cholinphosphotransferase

2.7.8.2

Tr

Phosphatidylcholin (Lecithin)

Sterol

Sterol-Fettsäureester

Lecithin--Cholesterol-Acyltransferase (LCAT)

2.3.1.43

Tr

Fischaugenkrankheit, Norum-Krankheit

H₂O

Fettsäure

oder

Ca

oder

Phospholipase A₂

3.1.1.4

Hyd

1-Acylglycerin-3-phosphocholin (2-Lysolecithin)

H₂O

Fettsäure

Lysophospholipase

3.1.1.5

Hyd

Glycerin-3-phosphocholin

Spaltung von Phosphatidylcholin zu Cholin und Phosphatidat:

⇓

Subst.

( ⇑ )

Co.

Enzym

EC

EG

Erkr.

Phosphatidylcholin (Lecithin)

H₂O

Cholin

Phospholipase D

3.1.4.4

Hyd

Phosphatidat

Stoffwechsel von Phosphatidylserin und Phosphatidylethanolamin

Biosynthese von Phosphatidylserin und Phosphatidylethanolamin aus Lecithin und sukzessive Abspaltung der Fettsäuren:

⇓

Subst.

( ⇑ )

Co.

Enzym

EC

EG

Erkr.

Phosphatidylcholin (Lecithin)

L-Serin

Cholin

Phosphatidylserin-Synthase

2.7.8.-

Tr

Phosphatidyl-L-Serin

CO₂

1.

2.

Ethanolamin

L-Serin

Pyridoxal- phosphat od. Pyruvat

1) Phosphatidylserin- Decarboxylase

4.1.1.65

Ly

2) Phosphatidylserin- Synthase 2

2.7.8.-

Tr

Phosphatidylethanolamin

H₂O

Fettsäure

Ca

Phospholipase A₂

3.1.1.4

Hyd

1-Acylglycerin- 3-phosphoethanolamin (L-2-Lysophosphatidyl- ethanolamin)

H₂O

Fettsäure

Lysophospholipase

3.1.1.5

Hyd

Glycerin-3-phosphoethanolamin

Spaltung von Phosphatidylethanolamin zu Ethanolamin und Phosphatidat:

⇓

Subst.

( ⇑ )

Co.

Enzym

EC

EG

Erkr.

Phosphatidyl- ethanolamin

H₂O

Ethanolamin

Phospholipase D

3.1.4.4

Hyd

Phosphatidat

Phosphatidylethanolamin und Phosphatidylcholin (Lecithin) besitzen eine negativ geladene Phosphat-Gruppe (Anion) und ein positiv geladenes Stickstoff-Atom (Kation), d.h. sie sind insgesamt neutral geladen. Phosphatidylserin trägt zusätzlich eine negative geladene Carboxyl-Gruppe und ist deswegen im physiologischen Milieu negativ geladen.

Weblinks

KEGG: Glycerophospholipid metabolism - Homo sapiens (human)

Allgemeine Hintergrundfarbe für Substrate	Hintergrundfarbe Reaktionspfeile	„Schlüsselenzyme“
Energiereiche Phosphate Reduktionsäquivalente	CO₂ / HCO₃⁻ C1-Reste Stickstoff

Abk.: Tr.: Transkriptionelle Regulation, Tl.: Regulation der Translation, Lok.: Regulation über die Enzymlokalisation, Kov.: Regulation durch kovalente Modifikation, All.: Allosterische Regulation, Koop.: Kooperativer Effekt, Co.: Cofaktoren, EC: Enzymklassifikation, EG: Enzymgruppe (Oxidoreductase, Transferase, Hydrolase, Lyase, Isomerase, Ligase), Erkr.: Assoziierte Erkrankungen.

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