结构生物化学/细胞器/线粒体/心磷脂与线粒体
心磷脂被称为线粒体的标志性磷脂。它负责线粒体的多种功能，包括但不限于 ATP 合成。因此，心磷脂代谢的紊乱和干扰会导致病理问题。最近，一项研究正在进行，研究参与心磷脂生物合成的酶。心磷脂生物合成后，有三种重塑酶会修饰心磷脂的酰基链组成，产生一种与线粒体功能障碍相关的“功能障碍”心磷脂，或以成熟形式产生的组织特异性心磷脂。以下将讨论新发现的参与心磷脂代谢的分子，以及心磷脂代谢变化如何影响人类疾病。
心磷脂的形成是线粒体酶功能的关键，因此，线粒体功能障碍相关的疾病会发生。这种化合物被称为线粒体的“标志性磷脂”，因为它总是存在并且在线粒体中形成。它似乎还有助于 ATP 的形成，而 ATP 是线粒体的主要作用。
当心磷脂存在于细胞器的膜中时，该细胞器一定是线粒体。这是心磷脂的声誉，即线粒体的标志性磷脂。因此，毫不奇怪，细胞中大部分心磷脂都与线粒体的内膜密切相关。此外，心磷脂的合成实际上发生在线粒体的内膜中。与其他也在细胞的特殊隔室中合成的磷脂不同，心磷脂仍然与线粒体膜密切相关，并且不会像其他磷脂那样分布到其他内膜系统中。由于心磷脂与线粒体之间的这种密切联系，人们推测心磷脂在通过氧化磷酸化产生 ATP 中发挥着重要作用。除此之外，由于心磷脂只存在于具有电化学梯度的膜中，因此它也支持心磷脂与细胞能量工厂中的 ATP 产生有关。除了氧化磷酸化外，心磷脂还在许多线粒体活动中发挥作用。心磷脂包含两个由甘油连接的磷脂酰基。因此，心磷脂是一种脂类二聚体，具有四个酰基链，而不是其他磷脂中的两个。在所有生物合成酶中，除了心磷脂合酶外，它们都没有酰基链特异性。因此，最后的酰基链组成不是在生物合成过程中形成的，而是在脱酰化-再酰化/转酰化反应中形成的。当这些反应加在一起时，它们会形成最终形式的细胞/组织特异性心磷脂。换句话说，不同的生物体可以具有不同的心磷脂最终分子形式，即使是在同一生物体的不同组织中也是如此。这表明不同形式的心磷脂的存在是为了满足不同组织和细胞的功能，主要是为了适应不同组织/细胞的功能和能量需求。然而，我们仍然不确定不同的酰基链组成是否会影响其功能本身。我们确实知道，巴斯氏综合征与心磷脂代谢的第一个先天性错误有关，因为其心磷脂在生物合成中发生了变化。到目前为止，已经发现了三种已知的心磷脂重塑途径，以及在心磷脂生物合成途径的不同阶段中已知的蛋白质。
心磷脂生物合成发生在真核细胞的线粒体中。最近发现了磷脂酰甘油磷酸去磷酸化酶和心磷脂重塑级联反应启动的酶。
磷脂酰甘油磷酸磷酸酶
在磷脂酰甘油磷酸磷酸酶中鉴定出 Gep4 和 PTPMT1 蛋白。最初，Gep4 在酵母中作为禁止剂的遗传相互作用体进行筛选，这导致将 Gep4 确定为心磷脂合成途径中磷脂酰甘油磷酸磷酸酶的关键参与者。事实上，gep4 缺失株的心磷脂和磷脂酰甘油含量很少，从而导致磷脂酰甘油磷酸积累，并使呼吸超级复合体失稳。此外，它不能在需要正常 OXPHOS 系统的碳源上生长。此外，重组 Gep4 在实验室进行的实验中将磷脂酰甘油磷酸去磷酸化为磷脂酰甘油。
最近，发现了 PTPMT1 底物的功能。PTPMT1 是线粒体中磷酸酶和张力蛋白同源家族的一部分。PTPMT1 敲除小鼠在胚胎第 8.5 天之前在子宫内死亡，表明 PTPMT1 对生命是必需的。在观察 PTPMT1 敲除小鼠的鼠胚成纤维细胞时，观察到生长缓慢、OXPHOS 缺陷、复合物 I 水平降低和内膜形态改变。此外，心磷脂和磷脂酰甘油水平降低，而磷脂酰甘油磷酸积累。与 Gep4 类似，重组 PTPMT1 将磷脂酰甘油磷酸去磷酸化为磷脂酰甘油。虽然 Gep4 仅存在于植物和真菌中，但 PTPMT1 在进化上是保守的。尽管如此，这两种蛋白质在线粒体内膜中发挥着重要作用，并催化相同的反应。有趣的是，PTPMT1 能够拯救 Geo4 缺失株。尽管心磷脂存在于内膜的两侧，但两种蛋白质 Gep4 和 PTPMT1 仅存在于内膜的基质侧。
心磷脂磷脂酶
去除单个酰基链会导致单溶血心磷脂，从而启动心磷脂重塑。在酵母中，tafazzin (Taz1) 是参与心磷脂重塑的转酰基酶。它是通过从另一个磷脂中获取酰基链并将其连接到单溶血心磷脂来实现的。在 Taz1 的上游，存在心磷脂脱酰基酶 1 (Cld1)。令人惊讶的是，Δcld Δtaz1 酵母没有单溶血心磷脂，并且具有正常水平的心磷脂。然而，观察到 Cld1 参与不止一个代谢途径。这是因为 Δcld1 Δtaz1 菌株的生长表型比单个突变体更糟糕。其次，Cld1 可以向磷脂以及心磷脂中加水。
该分子在成为功能性分子之前会经历成熟过程，遵循以下步骤
形成心磷脂的途径需要多种酶，每一步都需要一种酶。心磷脂形成出现问题会导致线粒体功能降低，这意味着心磷脂在线粒体中的以下作用：提高 OXPHOS（参与 ATP 形成的氧化磷酸化）的效率
- 稳定参与此过程的组件
- 捕获质子，导致梯度变化，而这种变化参与了在循环中产生最多 ATP 的过程，从而导致梯度增加，进而导致 ATP 产生增加。
- 帮助细胞死亡过程。
- 它是其他化合物能够识别和识别线粒体的关键。
心磷脂的正常激活一个重要方面是重塑过程，共有三种，缺一不可。有三种关键酶促进这种重塑过程。
- Tafazzin
- 单溶血磷脂酰胆碱酰基转移酶 1
- 酰基辅酶A: 溶血磷脂酰胆碱酰基转移酶 1
这些酶功能障碍的主要疾病包括：威尔逊病和巴斯综合征。
虽然对心磷脂代谢及其如何导致人类疾病的研究还处于起步阶段，但一直都在进行实验。目前，我们已经拥有完整的生物合成途径和重塑清单。未来，可以进一步研究心磷脂代谢的调控及其与健康的关系。随着对答案的兴趣和模型的不断增加，我们正接近于积累更多关于这种线粒体标志性磷脂的知识。
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