Фосфатидилэтаноламин как фосфолипид мембран¶

Фосфатидилэтаноламин (сокращённо ФЭ, PE; от греч. φωσφόρος — «светоносный» и лат. ethanolaminum) — фосфолипид из класса глицерофосфолипидов, в молекуле которого остаток фосфорной кислоты связан с аминоспиртом этаноламином. Наряду с фосфатидилхолином и фосфатидилсерином относится к основным структурным липидам биологических мембран. В литературе встречается также название «кефалин», исторически данное веществу, выделенному из мозговой ткани.

¶Химическое строение

Молекула фосфатидилэтаноламина построена на основе глицерина. К первому и второму атомам углерода глицерола присоединены остатки жирных кислот (обычно одна насыщенная и одна ненасыщенная), к третьему — фосфатная группа, этерифицированная этаноламином (2-аминоэтанолом). Общая формула может быть записана как R₁–COO–CH₂–CH(OCOR₂)–CH₂–O–PO₃–CH₂–CH₂–NH₂, где R₁ и R₂ — углеводородные радикалы жирных кислот.

Благодаря наличию аминогруппы полярная «головка» молекулы несёт положительный заряд, а фосфатная группа — отрицательный. В физиологических условиях фосфатидилэтаноламин существует в цвиттер-ионной форме. Такая амфифильность — сочетание гидрофобных «хвостов» и гидрофильной «головки» — определяет способность молекулы самопроизвольно формировать бислойные структуры в водной среде.

Молекулярная масса зависит от длины и степени ненасыщенности жирнокислотных остатков и обычно лежит в диапазоне 700–800 Да.

¶Распространение в природе

Фосфатидилэтаноламин присутствует в клетках всех изученных организмов — от бактерий до человека. Его доля среди мембранных фосфолипидов варьирует:

• у бактерий, например Escherichia coli, ФЭ может составлять до 70–80 % всех фосфолипидов;
• в мембранах животных клеток на него приходится, как правило, 15–25 % фосфолипидов;
• особенно богаты им внутренние мембраны митохондрий, а также мембраны нервной ткани.

В клетках эукариот распределение ФЭ между сторонами мембраны асимметрично: он преимущественно локализован во внутреннем (цитозольном) монослое плазматической мембраны.

¶Биосинтез

У бактерий и в клетках животных основным путём синтеза служит реакция с участием цитидиндифосфат-этаноламина (CDP-этаноламина). Этаноламин сначала фосфорилируется до фосфоэтаноламина, затем превращается в CDP-этаноламин, который реагирует с диацилглицеролом, образуя фосфатидилэтаноламин.

У растений и некоторых микроорганизмов работает также декарбоксилирование фосфатидилсерина: фермент фосфатидилсериндекарбоксилаза отщепляет карбоксильную группу от серинового остатка, превращая фосфатидилсерин в фосфатидилэтаноламин. У млекопитающих этот путь локализован в митохондриях.

Существует и «путь Кеннеди» — последовательность реакций, названная по имени американского биохимика Юджина Кеннеди, описавшего её в 1950-х годах.

¶Биологические функции

Фосфатидилэтаноламин выполняет несколько групп функций.

Структурная. Как компонент липидного бислоя ФЭ обеспечивает целостность и текучесть мембран. Его коническая форма (малая полярная головка при объёмистых хвостах) способствует формированию участков с высокой кривизной, что важно при делении клеток и везикулярном транспорте.

Участие в свёртывании крови. На поверхности активированных тромбоцитов экспонированный ФЭ служит площадкой сборки комплексов факторов свёртывания. Это один из ключевых механизмов гемостаза.

Сигнальная роль. Фосфатидилэтаноламин служит источником вторичных мессенджеров и субстратом для ферментов, в том числе для синтеза анандамида — эндогенного лиганда каннабиноидных рецепторов.

Аутофагия. Конъюгация ФЭ с белком LC3 является необходимым этапом формирования аутофагосом — структур, обеспечивающих внутриклеточную деградацию компонентов.

Проводимость нервной ткани. В составе миелиновой оболочки ФЭ участвует в изоляции нервных волокон.

¶Методы исследования и анализа

Для разделения и идентификации фосфолипидов, включая ФЭ, применяют тонкослойную хроматографию, высокоэффективную жидкостную хроматографию (ВЭЖХ) и масс-спектрометрию. Количественное определение часто проводят по содержанию фосфора после минерализации пробы. Для визуализации на хроматограммах используют специфические реагенты, например нингидрин, дающий окрашивание с аминогруппами.

¶Клиническое и прикладное значение

Изменения содержания и состава фосфатидилэтаноламина в тканях связывают с рядом патологических состояний. Отмечается его участие в процессах, изучаемых при нейродегенеративных заболеваниях, нарушениях липидного обмена и некоторых формах рака. Экспонирование ФЭ на внешней поверхности клетки рассматривается как один из сигналов, распознаваемых иммунной системой и участвующих в удалении повреждённых клеток.

В фармацевтике и пищевой промышленности используются производные и смеси, содержащие фосфатидилэтаноламин, в частности лецитины. В косметологии и при производстве липосомальных препаратов ФЭ применяют как компонент липидных носителей, поскольку он хорошо совместим с мембранами клеток.

¶Родственные соединения

Фосфатидилэтаноламин входит в семейство глицерофосфолипидов вместе с фосфатидилхолином, фосфатидилсерином, фосфатидилинозитолом и кардиолипином. Близким по структуре соединением является плазмалоген — фосфолипид, содержащий простую эфирную связь по первому положению глицерина; значительная часть плазмалогенов в организме представлена именно этаноламиновыми формами.

Отдельную группу образуют лизоформы — производные с одной жирнокислотной цепью, обладающие детергентными свойствами и играющие роль в ремоделировании мембран.