miniatura|dereita|Estrutura xeral dos ácidos fosfatídicos. miniatura|Ácido fosfatídico. No ácido fosfatídico X é un H. Os fosfoglicéridos teñen unha estrutura baseada no ácido fosfatídico, na cal X é unha molécula polar esterificada no fosfato. Os ácidos fosfatídicos (abreviadamente PA) son un tipo de fosfolípido composto por un glicerol que ten esterificados os seus grupos OH con dous ácidos graxos e un ácido fosfórico. Tamén pode describirse como un diacilglicérido fosfatado, o fosfolípido máis simple. O ácido fosfórico está ionizado a pH celular, orixinando fosfatidatos. Os ácidos fosfatídicos diferéncianse uns doutros polos ácidos graxos que leven.
Os ácidos fosfatídicos son o esqueleto básico de todos os fosfolípidos, os cales levan unha molécula polar esterificada no fosfato do ácido fosfatídico, polo que reciben o nome de fosfatidil + nome da cabeza polar, por exemplo fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina etc. Os fosfolípidos son os principais constituíntes das membranas celulares.
O ácido fosfatídico é tamén o punto de partida para a síntese de triacilglicéridos (triglicéridos).
Biosíntese A ruta metabólica principal de síntesis de novo do ácido fosfatídico iníciase co glicerol 3-fosfato, o cal provén da dihidroxiacetona fosfato, un intermediario da glicólise, que é transformada polo encima glicerol-3-fosfato deshidroxenase:
325px
Outra vía máis minoritaria de obtención de glicerol 3-fosfato é por fosforilación de glicerol libre catalizada pola glicerol quinase con consumo dun ATP.Devlin, T. M. 2004. Bioquímica, 4ª edición. Reverté, Barcelona. ISBN 84-291-7208-4
A síntese de novo de ácido fosfatídico implica dous pasos con adición secuencial de dous ácidos graxos nos hidroxilos 1 e 2 do glierol 3-fosfato, reaccións catalizadas polas aciltransferases I e II; os ácidos graxos son traídos polo coencima A en forma de acilo graxos-CoA :
600px
Ademais da síntese de novo, o ácido fosfatídico pode formarse doutras tres maneiras: Pola acción da fosfolipase D (PLD), por medio da hidrólise do enlace P-O da fosfatidilcolina para producir ácido fosfatídico e colina. Pola fosforilación dun diacilglicérido pola diacilglicerol quinase Pola acilación do ácido lisofosfatídico pola ácido lisofosfatídico-aciltransferase; esta é a vía metabólica máis común.
O ácido fosfatídico degrádase por conversión en diacilglicéridos pola fosfatidato fosfatase ou en ácido liso-fosfatídico por acción da fosfolipase A.
Funcións do ácido fosfatídico na célula As funcións exercidas polo ácido fosfatídico nas células poden agruparse en tres categorías: O ácido fosfatídico é o precursor para a biosíntese de moitos outros lípidos. As propiedades físicas do ácido fosfatídico teñen influencia na curvatura da membrana. O ácido fosfatídico actúa como un lípido sinalizador, recrutando proteínas citosólicas nas membranas axeitadas (por exemplo, a esfingosina quinase 1). Estas tres funcións non son mutuamente excluíntes. Por exemplo, o ácido fosfatídico pode estar implicado na formación de vesículas ao favorecer a curvatura da membrana e recrutar as proteínas que levarán a cabo a tarefa de estrangulamento da vesícula e evaxinación, moito menos favorable enerxeticamente.
O ácido fosfatídico como precursor biosintético O ácido fosfatídico é un lípido vital para a acélula, que actúa (directa ou indirectamente) como un precursor biosintético para a formación de todos os glicerolípidos da célula.
Nos mamíferos e lévedos, coñécense dúas rutas metabólicas para a síntese de novo do ácido fosfatídico, a vía do glicerol 3-fosfato e a da dihidroxiacetona fosfato. Nas bacterias, só funciona a primeira, e as mutacións que bloquean esta vía son letais, o que demostra a importancia do ácido fosfatídico na célula. Nos mamíferos e lévedos, nos que os encimas destas vías son redundantes, as mutacións nun destes encimas non son letais. Porén, hai que salientar que in vitro as diferentes aciltransferases mostran diferentes especificidades de substrato con respecto aos acil-CoAs que incorporan ácidos graxos ao ácido fosfatídico. Ademais as diferentes aciltransferases teñen tamén diferentes distribucións intracelulares, como o retículo endoplasmático, a mitocondria ou os peroxisomas, e hai diferentes concentracións locais de ácidos graxos activados. Isto suxire que as distintas aciltransferases presentes nas células de mamífero e lévedo poden ser responsables de producir distintos conxuntos de ácidos fosfatídicos.
A conversión do ácido fosfatídico en diacilglicerol (DAG) feita polas lípido fosfato fosfohidrolases (LPP) é o paso crítico para a produción de fosfatidilcolina (PC), fosfatidiletanolamina (PE) e fosfatidilserina (PS). Ademais, o diacilglicérido convértese en CDP-diacilglicérido, o cal é o precursor do fosfatidilglicerol (PG), do fosfatidilinositol (PI) e dos fosfoinosítidos (PIP, PIP2, PIP3).
As concentracións de ácido fosfatídico mantéñense a niveis extremadamente baixos na célula pola actividade das potentes lípido fosfato fosfohidrolases (LPP). Estas converten o ácido fosfatídico en diacilglicérido moi rapidamente e, como o diacilglicérido é o precursor de moitos outros lípidos, tamén el é metabolizado axiña formando lípidos de membrana. Isto significa que calquera aumento na produción de ácido fosfatídico ten que estar en correspondencia en cada momento cun aumento na actividade das LPPs e dos encimas do metabolismo dos diacilglicéridos.
O ácido fosfatídico é, por tanto, esencial para a síntese lipídica e a supervivencia da célula, aínda que, en condicións normais, mantense na célula en niveis moi baixos.
Propiedades biofísicas do ácido fosfatídico O ácido fosfatídico é o único fosfolípido que ten un grupo químico pequeno e fortemente cargado no extremo da molécula, que está situado moi próximo ao esqueleto de glicerol da molécula. Sábese que o ácido fosfatídico xoga un papel tanto na fisión de vesículas coma na fusión, e estas funcións poden relacionarse coas súas propiedades biofísicas.
Nos lugares da membrana onde hai evaxinación ou fusión de vesículas, a membrana é ou faise moi curvada. Un fenómeno esencial na evaxinación de vesículas, como as que transportan produtos desde o aparato de Golgi, é a creación na membrana dunha zona de estreitamento e a súa subseguinte estrangulación. Diversos estudos suxiren que este proceso pode estar dirixido por lípidos, e postulouse un papel central dos diacilglicéridos debido á súa forma molecular probablemente única na célula. A presenza de dúas cadeas de ácido graxo e a ausencia de grupos de cabeza adicionais orixina unha grande curvatura negativa na membrana.
A ácido lisofosfatídico-aciltransferase (LPAAT) BARS-50 foi tamén implicada na evaxinación de vesículas desde o aparato de Golgi. Isto suxire que a conversión do ácido lisofosfatídico en ácido fosfatídico podería afectar á curvatura da membrana. A actividade da LPAAT fai que se duplique o número de cadeas de ácido graxo, incrementando notablemente a área da sección do lípido que está "dentro" da membrana, á vez que o grupo de cabeza da superficie non sofre cambios. Isto pode dar lugar a unha maior curvatura negativa na membrana. Os investigadores da Universidade de Utrecht examinaron o efecto sobre a curvatura da membrana do ácido lisofosfatídico comparado co do ácido fosfatídico medindo o efecto destes na temperatura de transición da fosfatidiletanolamina das bicapas lipídicas a fases non laminares utilizando 31P-NMR (resonancia magnética nuclear). A curvatura inducida por estes lípidos demostrou ser dependente non só da estrutura do ácido lisofosfatídico en relación coa do ácido fosfatídico senón tamén de propiedades dinámicas, como a hidratación dos grupos químicos de cabeza e de interaccións inter- e intramoleculares. Por exemplo, o Ca2+ pode interaccionar con dúas moléculas de ácido fosfatídico para formar un complexo neutro pero moi curvado. A neutralización das cargas das cabezas polares, que doutro modo orixinarían repulsión, e a ausencia de calquera impedimento estérico permite interaccións intermoleculares moito máis fortes entre as cadeas de ácidos graxos, orixinando microdominios ricos en ácido fosfatídico. Así, in vitro, os cambios fisiolóxicos de pH, temperatura, e concentracións de catións teñen intensos efectos sobre a curvatura da membrana inducidos polos ácidos fosfatídico e lisofosfatídico. A interconversión entre o ácido lisofosfatídico, o ácido fosfatídico e os diacilglicéridos, xunto cos cambios no pH e na concentración de catións, poden causar que a membrana se dobre e desestabilice, polo que teñen unha influencia directa na fisión de membranas simplemente debido ás súas propiedades biofísicas. Non obstatante, aínda que os ácidos fosfatídico e lisofosfatídico está claro que in vitro afectan á curvatura da membrana; non está tan claro que o fagan in vivo.
O papel exercido polos ácidos fosfatídico e lisofosfatídico, e dos diacilglicéridos de promover a curvatura da membrana non impide que tamén teñan un papel no recrutamento de proteínas na membrana. Por exemplo, os requirimentos de Ca2+ para a fusión de liposomas complexos non se ve moi afectada pola adición de anexina I, pero si se reduce pola fosfolipase D (PLD). Porén, con anexina I e PLD actuando conxuntamente, o grao de fusión de membranas se ve moi aumentado, e o requirimento de Ca2+ redúcese case 1000 veces ata case os niveis fisiolóxicos.
Deste modo, as funcións metabólicas, biofísicas o recrutamento e o papel sinalizador do ácido fosfatídico poden estar interrelacionadas.
Medidda da produción de ácido fosfatídico Como os ácidos fosfatídicos son rapidamente convertidos en diacilglicéridos, esas moléculas teñen unha vida moi curta na célula. Isto significa que é difícil medir a produción de ácido fosfatídico e, por tanto, estudar as súas funcións na célula. Porén, a actividade da fosfolipase D (PLD) pode medirse pola adición de alcohois primarios á célula. A fosfolipase D leva a cabo entón a reacción de transfosfatidilación, en vez dunha reacción de hidrólise, producindo fosfatidil alcohois en lugar de ácidos fosfatídicos. Os fosfatidil alcohois son vías metabólicas sen saída, e poden ser doadamente extraídos e medidos. Así poden medirse a actividade da fosfolipase D e a produción de ácidos fosfatídicos, e, bloqueando a formación de ácidos fosfatídicos, interfírese a función destes nos procesos celulares.
O ácido fosfatídico como lípido de sinalización Como xa se explicou, a fosfolipase D (PLD) hidroliza a fosfatidilcolina a ácido fosfatídico e colina. Como a colina é moi abundante na célula, a actividade da PLD non está afectada significativamente polos niveis de colina; e é improbable que a colina exerza unha función sinalizadora.
O papel da activación da fosfolipase D en numerosos contextos de sinalización celular, combinada coa comentada ausencia de función sinalizadora da colina, suxire que o ácido fosfatídico é importante na sinalización. Porén, o ácido fosfatídico é convertido rapidamente en diacilglicéridos, e os diacilglicéridos tamén se sabe que son moléculas sinalizadoras. Isto formula a cuestión de se o ácido fosfatídico ten un papel directo na sinalización ou se, polo contrario, simplemente actúa como un precursor para a produción de diacilglicéridos. Se se encontra que o ácido fosfatídico actúa soamente como un precursor dos diacilglicéridos, entón pódese facer a pregunta de por que as células terían que producir os diacilglicéridos utilizando dous encimas cando dispoñen tamén de fosfolipase C (PLC) que podería producir os diacilglicéridos nunha soa reacción.
O ácido fosfatídico producido pola PLD ou pola diacilglicérido quinase (DAGK) pode distinguirse pola adición de [γ-32P]ATP. Este método mostra se o grupo fosfato deriva da actividade da quinase recente ou se procedía da fosfatidilcolina.