結構生物化學/細胞器/線粒體/心磷脂與線粒體
心磷脂被稱為線粒體的標誌性磷脂。它負責線粒體的多種功能，包括但不限於 ATP 合成。因此，心磷脂代謝的紊亂和干擾會導致病理問題。最近，一項研究正在進行，研究參與心磷脂生物合成的酶。心磷脂生物合成後，有三種重塑酶會修飾心磷脂的醯基鏈組成，產生一種與線粒體功能障礙相關的“功能障礙”心磷脂，或以成熟形式產生的組織特異性心磷脂。以下將討論新發現的參與心磷脂代謝的分子，以及心磷脂代謝變化如何影響人類疾病。
心磷脂的形成是線粒體酶功能的關鍵，因此，線粒體功能障礙相關的疾病會發生。這種化合物被稱為線粒體的“標誌性磷脂”，因為它總是存在並且線上粒體中形成。它似乎還有助於 ATP 的形成，而 ATP 是線粒體的主要作用。
當心磷脂存在於細胞器的膜中時，該細胞器一定是線粒體。這是心磷脂的聲譽，即線粒體的標誌性磷脂。因此，毫不奇怪，細胞中大部分心磷脂都與線粒體的內膜密切相關。此外，心磷脂的合成實際上發生線上粒體的內膜中。與其他也在細胞的特殊隔室中合成的磷脂不同，心磷脂仍然與線粒體膜密切相關，並且不會像其他磷脂那樣分佈到其他內膜系統中。由於心磷脂與線粒體之間的這種密切聯絡，人們推測心磷脂在透過氧化磷酸化產生 ATP 中發揮著重要作用。除此之外，由於心磷脂只存在於具有電化學梯度的膜中，因此它也支援心磷脂與細胞能量工廠中的 ATP 產生有關。除了氧化磷酸化外，心磷脂還在許多線粒體活動中發揮作用。心磷脂包含兩個由甘油連線的磷脂醯基。因此，心磷脂是一種脂類二聚體，具有四個醯基鏈，而不是其他磷脂中的兩個。在所有生物合成酶中，除了心磷脂合酶外，它們都沒有醯基鏈特異性。因此，最後的醯基鏈組成不是在生物合成過程中形成的，而是在脫醯化-再醯化/轉醯化反應中形成的。當這些反應加在一起時，它們會形成最終形式的細胞/組織特異性心磷脂。換句話說，不同的生物體可以具有不同的心磷脂最終分子形式，即使是在同一生物體的不同組織中也是如此。這表明不同形式的心磷脂的存在是為了滿足不同組織和細胞的功能，主要是為了適應不同組織/細胞的功能和能量需求。然而，我們仍然不確定不同的醯基鏈組成是否會影響其功能本身。我們確實知道，巴斯氏綜合徵與心磷脂代謝的第一個先天性錯誤有關，因為其心磷脂在生物合成中發生了變化。到目前為止，已經發現了三種已知的心磷脂重塑途徑，以及在心磷脂生物合成途徑的不同階段中已知的蛋白質。
心磷脂生物合成發生在真核細胞的線粒體中。最近發現了磷脂醯甘油磷酸去磷酸化酶和心磷脂重塑級聯反應啟動的酶。
磷脂醯甘油磷酸磷酸酶
在磷脂醯甘油磷酸磷酸酶中鑑定出 Gep4 和 PTPMT1 蛋白。最初，Gep4 在酵母中作為禁止劑的遺傳相互作用體進行篩選，這導致將 Gep4 確定為心磷脂合成途徑中磷脂醯甘油磷酸磷酸酶的關鍵參與者。事實上，gep4 缺失株的心磷脂和磷脂醯甘油含量很少，從而導致磷脂醯甘油磷酸積累，並使呼吸超級複合體失穩。此外，它不能在需要正常 OXPHOS 系統的碳源上生長。此外，重組 Gep4 在實驗室進行的實驗中將磷脂醯甘油磷酸去磷酸化為磷脂醯甘油。
最近，發現了 PTPMT1 底物的功能。PTPMT1 是線粒體中磷酸酶和張力蛋白同源家族的一部分。PTPMT1 敲除小鼠在胚胎第 8.5 天之前在子宮內死亡，表明 PTPMT1 對生命是必需的。在觀察 PTPMT1 敲除小鼠的鼠胚成纖維細胞時，觀察到生長緩慢、OXPHOS 缺陷、複合物 I 水平降低和內膜形態改變。此外，心磷脂和磷脂醯甘油水平降低，而磷脂醯甘油磷酸積累。與 Gep4 類似，重組 PTPMT1 將磷脂醯甘油磷酸去磷酸化為磷脂醯甘油。雖然 Gep4 僅存在於植物和真菌中，但 PTPMT1 在進化上是保守的。儘管如此，這兩種蛋白質線上粒體內膜中發揮著重要作用，並催化相同的反應。有趣的是，PTPMT1 能夠拯救 Geo4 缺失株。儘管心磷脂存在於內膜的兩側，但兩種蛋白質 Gep4 和 PTPMT1 僅存在於內膜的基質側。
心磷脂磷脂酶
去除單個醯基鏈會導致單溶血心磷脂，從而啟動心磷脂重塑。在酵母中，tafazzin (Taz1) 是參與心磷脂重塑的轉醯基酶。它是透過從另一個磷脂中獲取醯基鏈並將其連線到單溶血心磷脂來實現的。在 Taz1 的上游，存在心磷脂脫醯基酶 1 (Cld1)。令人驚訝的是，Δcld Δtaz1 酵母沒有單溶血心磷脂，並且具有正常水平的心磷脂。然而，觀察到 Cld1 參與不止一個代謝途徑。這是因為 Δcld1 Δtaz1 菌株的生長表型比單個突變體更糟糕。其次，Cld1 可以向磷脂以及心磷脂中加水。
該分子在成為功能性分子之前會經歷成熟過程，遵循以下步驟
形成心磷脂的途徑需要多種酶，每一步都需要一種酶。心磷脂形成出現問題會導致線粒體功能降低，這意味著心磷脂線上粒體中的以下作用：提高 OXPHOS（參與 ATP 形成的氧化磷酸化）的效率
- 穩定參與此過程的元件
- 捕獲質子，導致梯度變化，而這種變化參與了在迴圈中產生最多 ATP 的過程，從而導致梯度增加，進而導致 ATP 產生增加。
- 幫助細胞死亡過程。
- 它是其他化合物能夠識別和識別線粒體的關鍵。
心磷脂的正常啟用一個重要方面是重塑過程，共有三種，缺一不可。有三種關鍵酶促進這種重塑過程。
- Tafazzin
- 單溶血磷脂醯膽鹼醯基轉移酶 1
- 醯基輔酶A: 溶血磷脂醯膽鹼醯基轉移酶 1
這些酶功能障礙的主要疾病包括：威爾遜病和巴斯綜合徵。
雖然對心磷脂代謝及其如何導致人類疾病的研究還處於起步階段，但一直都在進行實驗。目前，我們已經擁有完整的生物合成途徑和重塑清單。未來，可以進一步研究心磷脂代謝的調控及其與健康的關係。隨著對答案的興趣和模型的不斷增加，我們正接近於積累更多關於這種線粒體標誌性磷脂的知識。
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