Biochemie und Pathobiochemie: Sphingolipid-Stoffwechsel
Allgemeines
BearbeitenSphingolipide spielen v.a. als Membranlipide im Nervensystem eine wichtige Rolle. Auch die Blutgruppenantigene leiten sich von den Sphingolipiden ab. Sie bestehen aus Sphingosin, einem Aminoalkohol, der über eine Doppelbindung mit einem langen Kohlenstoffschwanz verbunden ist, sowie einer Fettsäure, die an der Sphingosin-Aminogruppe hängt. Nach dem Rest am C1-Atom kann man die Spingolipide in verschiedene Gruppen einteilen:
- Ceramid (R = Wasserstoff)
- Sphingophospholipide:
- Ceramid-1-phosphat (R = Phosphat)
- Sphingomyelin (R = Phosphocholin)
- Glycosphingolipide:
- Cerebroside (R = Monosaccharid, Glucose oder Galactose)
- Sulfatid (R = Sulfogalactose)
- Lacto-Serie (R = Oligosaccharid, enthält Lactosylceramid)
- Neo-Lacto-Serie (R = Oligosaccharid, enthält Lactosylceramid)
- Globoside (R = Oligosaccharid)
- Ganglioside (R = N-Acetylneuraminsäure-haltiges verzweigtes Oligosaccharid)
- Cerebroside (R = Monosaccharid, Glucose oder Galactose)
Sphingophospholipide enthalten ein Phosphat (Phosphoceramid) oder ein Phosphocholin (Sphingomyelin) und sind damit näher mit den Phosphoglyceriden verwandt. Innerhalb der Gruppen unterscheiden sich die Sphingolipide besonders durch die Art der Fettsäure(n).
Der Abbau der Sphingolipide erfolgt (überwiegend?) in den Lysosomen.
Biosynthese von Ceramid
Bearbeiten⇓ | Subst. | ( ⇑ ) | Co. | Enzym | EC | EG | Erkr. | |||
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L-Serin
CoA-SH, CO2 |
Pyridoxal- phosphat | Serin-C-Palmitoyltransferase | 2.3.1.50 | Tr | Hereditäre sensorische Neuropathie I | |||||
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NADPH/H+ | 3-Dehydrosphinganin-Reduktase | 1.1.1.102 | Ox | |||||||
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Acyl-CoA | 1. 2. | Fettsäure
H2O |
1) Sphingosin-N-Acyltransferase | 2.3.1.24 | Tr | |||||
2) Ceramidase | 3.5.1.23 | Hyd | Farber Lipo- granulomatose | |||||||
2) YDC1 (alkalische Phytoceramidase) | 3.5.1.- | Hyd | ||||||||
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O2, NADPH/H+ ?
2 H2O, NADP+ ? |
DEGS2 (degenerative spermatocyte homolog 2, lipid desaturase (Drosophila)) | 1.14.-.- | Ox | |||||||
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Ceramid ist die Ausgangssubstanz für das Sphingomyelin und für die Glycosphingolipide.
Erzeugung von Dihydrosphingosin-1-phosphat aus Dihydrosphingosin (Sphinganin)
Bearbeiten⇓ | Subst. | ( ⇑ ) | Co. | Enzym | EC | EG | Erkr. | |||
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ATP
ADP |
1. 2. | Pi
H2O |
1) Sphinganin-Kinase | 2.7.1.91 | Tr | |||||
2) Phosphatidat-Phosphatase | 3.1.3.4 | Hyd | ||||||||
2) Sphingosin-1-phosphat-Phosphatase | 3.1.3.- | Hyd | ||||||||
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Bildung von Sphingosin und Sphingosin-1-phosphat aus Ceramid
Bearbeiten⇓ | Subst. | ( ⇑ ) | Co. | Enzym | EC | EG | Erkr. | |||
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H2O | Ceramidase | 3.5.1.23 | Hyd | Farber Lipo- granulomatose | ||||||
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ATP
ADP |
1. 2. | Pi
H2O |
1) Sphinganin-Kinase | 2.7.1.91 | Tr | |||||
2) Phosphatidat-Phosphatase | 3.1.3.4 | Hyd | ||||||||
2) Sphingosin-1-phosphat-Phosphatase | 3.1.3.- | Hyd | ||||||||
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Sphingophospholipide: Bildung von Ceramid-1-phosphat aus Ceramid
Bearbeiten⇓ | Subst. | ( ⇑ ) | Co. | Enzym | EC | EG | Erkr. | |||
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ATP
ADP |
1. 2. | Pi
H2O |
1) Ceramid-Kinase | 2.7.1.138 | Tr | |||||
2) Phosphatidat-Phosphatase | 3.1.3.4 | Hyd | ||||||||
2) Sphingosin-1-phosphat-Phosphatase | 3.1.3.- | Hyd | ||||||||
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Sphingophospholipide: Biosynthese von Sphingomyelin aus Ceramid
Bearbeiten⇓ | Subst. | ( ⇑ ) | Co. | Enzym | EC | EG | Erkr. | |||
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CDP-Cholin | 1. 2. | Cholinphosphat
H2O |
1) Ceramid- Cholinphosphotransferase | 2.7.8.3 | Tr | |||||
2) Sphingomyelin- Phosphodiesterase | 3.1.4.12 | Hyd | Niemann-Pick-Krankheit A, B | |||||||
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Sphingomyelin findet man insbesondere in den Myelinscheiden des Nervensystems.
Cerebroside und Derivate: Galactosylceramide
Bearbeiten⇓ | Subst. | ( ⇑ ) | Co. | Enzym | EC | EG | Erkr. | |||
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UDP-Galactose
UDP |
1. 2. | Galactose
H2O |
1) N-Acylsphingosin- Galactosyltransferase | 2.4.1.47 | Tr | |||||
2) Galactosylceramidase | 3.2.1.46 | Hyd | Morbus Krabbe | |||||||
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Galactose
H2O |
Mg, NAD | α-Galactosidase | 3.2.1.22 | Hyd | Morbus Fabry | |||||
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3'-Phosphoadenylylsulfat (PAPS)
Adenosin-3',5'-bisphosphat (PAP) |
Galactosylceramid-Sulfotransferase | 2.8.2.11 | Tr | |||||||
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Auch D-Galactosylceramid kann sulfatiert werden:
⇓ | Subst. | ( ⇑ ) | Co. | Enzym | EC | EG | Erkr. | |||
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3'-Phosphoadenylylsulfat (PAPS)
Adenosin-3',5'-bisphosphat (PAP) |
1. 2. | Sulfat
H2O |
1) Galactosylceramid- Sulfotransferase | 2.8.2.11 | Tr | |||||
2) Arylsulfatase | 3.1.6.1 | Hyd | ||||||||
2) Cerebrosid-Sulfatase | 3.1.6.8 | Hyd | Metachromatische Leukodystrophie | |||||||
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Abbau von GM4 (N-Acetylneuraminyl-galactosylceramid) zu Galactosylceramid:
⇓ | Subst. | ( ⇑ ) | Co. | Enzym | EC | EG | Erkr. | |||
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H2O | Exo-α-Sialidase (α-Neuraminidase) | 3.2.1.18 | Hyd | Sialidose II (Mucolipidose I) | ||||||
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Cerebroside und Derivate: Glucosylceramide
Bearbeiten⇓ | Subst. | ( ⇑ ) | Co. | Enzym | EC | EG | Erkr. | |||
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UDP-Glucose
UDP |
1. 2. | Glucose
H2O |
1) Ceramid-Glucosyltransferase | 2.4.1.80 | Tr | |||||
2) Glucosylceramidase (saure β-Glucosidase) | 3.2.1.45 | Hyd | Morbus Gaucher Typ I, II, III, IIIc, neonatal letal | |||||||
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UDP-Galactose
UDP |
1. 2. | Galactose
H2O |
1) β-1,4-Galactosyltransferase | 2.4.1.- | Tr | |||||
2) β-Galactosidase | 3.2.1.23 | Hyd | GM1-Gangliosidose, Mucopolysaccharidose IVb (Morquio B) | |||||||
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Lactosylceramid ist der Ausgangspunkt für die Biosynthese der verschiedenen Glycosphingolipide, z.B. der Blutgruppen-Antigene.
Weblinks
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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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