Phospholipid

Phospholipide ^{[ 1 ]} sind eine Klasse von Lipiden, deren Molekül einen hydrophilen „Kopf“ mit einer Phosphatgruppe und zwei hydrophobe „Schwänze“ aus Fettsäuren aufweist , die durch einen Alkoholrest (üblicherweise ein Glycerinmolekül ) verbunden sind. Marine Phospholipide enthalten typischerweise die Omega-3-Fettsäuren EPA und DHA , die in das Phospholipidmolekül integriert sind. ^{[ 2 ]} Die Phosphatgruppe kann mit einfachen organischen Molekülen wie Cholin , Ethanolamin oder Serin modifiziert werden .

Phospholipide sind essentielle Bestandteile neuronaler Membranen und spielen eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der Hirnstruktur und -funktion. ^{[ 3 ]} Sie sind an der Bildung der Blut-Hirn-Schranke beteiligt und unterstützen die Neurotransmitteraktivität , einschließlich der Synthese von Acetylcholin . ^{[ 4 ]}

Forschungen deuten darauf hin, dass der Phospholipidspiegel im Gehirn mit dem Alter abnimmt. Studien zeigen einen Rückgang von bis zu 20 % bis zum 80. Lebensjahr, was sich potenziell auf Gedächtnis, Konzentration und kognitive Leistungsfähigkeit auswirken kann. ^{[ 3 ]} Die Nahrungsergänzung mit Phospholipiden aus der Milchfettkügelchenmembran (MFGM) hat in klinischen Studien Gedächtnis, Stimmung und Stressresistenz bei Kindern und Erwachsenen positiv beeinflusst.

Mehrere randomisierte, kontrollierte Studien haben gezeigt, dass die tägliche Einnahme von 300–600 mg MFGM-Phospholipiden den wahrgenommenen Stress signifikant reduzieren und die kognitive Leistungsfähigkeit unter Druck verbessern kann. ^{[ 5 ]}

Phospholipide sind ein Hauptbestandteil aller Zellmembranen . Aufgrund ihrer amphiphilen Eigenschaften können sie Lipiddoppelschichten bilden . In Eukaryoten enthalten Zellmembranen zusätzlich Sterole , eine weitere Lipidklasse , die zwischen den Phospholipiden eingelagert ist. Diese Kombination verleiht der Membran Fluidität in zwei Dimensionen und gleichzeitig mechanische Festigkeit gegen Bruch. Gereinigte Phospholipide werden kommerziell hergestellt und finden Anwendung in der Nanotechnologie und den Materialwissenschaften . ^{[ 6 ]}

Das erste Phospholipid, das 1847 in biologischen Geweben als solches identifiziert wurde, war Lecithin oder Phosphatidylcholin im Eigelb von Hühnern, entdeckt vom französischen Chemiker und Apotheker Theodore Nicolas Gobley .

Die Phospholipide sind amphiphil . Das hydrophile Ende enthält üblicherweise eine negativ geladene Phosphatgruppe, und das hydrophobe Ende besteht üblicherweise aus zwei „Schwänzen“, die aus langen Fettsäureresten bestehen . ^{[ 7 ]}

In wässrigen Lösungen werden Phospholipide durch hydrophobe Wechselwirkungen angetrieben , die zur Aggregation der Fettsäureketten führen, um die Wechselwirkungen mit den Wassermolekülen zu minimieren. Das Ergebnis ist häufig eine Phospholipid-Doppelschicht : eine Membran, die aus zwei Schichten entgegengesetzt orientierter Phospholipidmoleküle besteht, deren Köpfe auf beiden Seiten der Flüssigkeit zugewandt sind und deren Ketten in die Membran hineinragen. Dies ist das vorherrschende Strukturmotiv der Membranen aller Zellen und einiger anderer biologischer Strukturen, wie beispielsweise Vesikel oder Virushüllen . ^{[ 8 ] [ 9 ]}

In biologischen Membranen kommen Phospholipide häufig zusammen mit anderen Molekülen (z. B. Proteinen , Glykolipiden , Sterolen ) in einer Doppelschicht wie der Zellmembran vor . ^{[ 10 ]} Lipiddoppelschichten entstehen, wenn sich hydrophobe Schwänze aneinanderreihen und so eine Membran mit hydrophilen Köpfen auf beiden Seiten bilden, die dem Wasser zugewandt sind. ^{[ 11 ]}

Diese spezifischen Eigenschaften ermöglichen es Phospholipiden, eine wichtige Rolle in der Zellmembran zu spielen. Ihre Bewegung lässt sich durch das Flüssig-Mosaik-Modell beschreiben , welches die Membran als Mosaik aus Lipidmolekülen darstellt, die als Lösungsmittel für alle darin enthaltenen Substanzen und Proteine ​​fungieren. Dadurch können Proteine ​​und Lipidmoleküle lateral durch die Lipidmatrix diffundieren und über die Membran wandern. Sterole tragen zur Membranfluidität bei, indem sie die dichte Packung der Phospholipide behindern. Dieses Modell ist jedoch mittlerweile überholt, da die Erforschung des Lipidpolymorphismus gezeigt hat, dass das Verhalten von Lipiden unter physiologischen (und anderen) Bedingungen komplex ist.

Siehe: Glycerophospholipid

• Phosphatidsäure (Phosphatidat) (PA)
• Phosphatidylethanolamin (Cephalin) (PE)
• Phosphatidylcholin (Lecithin) (PC)
• Phosphatidylserin (PS)
• Phosphoinositide:
  • Phosphatidylinositol (PI)
  • Phosphatidylinositol-3-phosphat (PI3P)
  • Phosphatidylinositol-4-phosphat (PI4P)
  • Phosphatidylinositol-5-phosphat (PI5P)
  • Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphat (PIP2)
  • Phosphatidylinositol-(3,4,5)-trisphosphat (PIP3)

Siehe Sphingolipid

• Ceramid-Phosphorylcholin ( Sphingomyelin ) (SPH)
• Ceramid-Phosphorylethanolamin ( Sphingomyelin ) (Cer-PE)
• Ceramid-Phosphoryllipid

Phospholipide werden aus verschiedenen Gründen, wie z. B. verbesserter Bioverfügbarkeit, reduzierter Toxizität und erhöhter Membranpermeabilität, häufig zur Herstellung von liposomalen , ethosomalen und anderen Nanoformulierungen topischer, oraler und parenteraler Arzneimittel eingesetzt . Liposomen ^{[ 12 ]} bestehen oft aus Phosphatidylcholin -angereicherten Phospholipiden und können auch gemischte Phospholipidketten mit Tensideigenschaften enthalten . Die ethosomale Formulierung von Ketoconazol mit Phospholipiden ist eine vielversprechende Option für die transdermale Verabreichung bei Pilzinfektionen. ^{[ 13 ]} Fortschritte in der Phospholipidforschung durch Lipidomik zur Untersuchung dieser Biomoleküle und ihrer Konformationen haben zu einem besseren Verständnis verschiedener Krankheiten (einschließlich Krebs und neurologischer Syndrome) geführt. ^{[ 14 ]}

Computersimulationen von Phospholipiden werden häufig mittels Molekulardynamik mit Kraftfeldern wie GROMOS , CHARMM oder AMBER durchgeführt . ^{[ 15 ]}

Phospholipide sind optisch stark doppelbrechend , d. h. ihr Brechungsindex ist entlang ihrer Achse anders als senkrecht dazu. Die Doppelbrechung lässt sich mithilfe gekreuzter Polarisatoren im Mikroskop messen, um beispielsweise Vesikelwände abzubilden , oder mithilfe von Techniken wie der Dualpolarisationsinterferometrie, um die Ordnung oder Störung von Lipiden in gestützten Doppelschichten zu quantifizieren.

Für die Analyse von Phospholipiden existieren keine einfachen Methoden, da die geringe Polaritätsspanne verschiedener Phospholipidarten deren Nachweis erschwert. Ölchemiker nutzen häufig die Spektroskopie, um den Gesamtphosphorgehalt zu bestimmen und daraus die ungefähre Masse der Phospholipide anhand der Molekulargewichte der erwarteten Fettsäuren zu berechnen. Moderne Lipidprofilanalysen verwenden absolutere Analysemethoden, insbesondere die NMR-Spektroskopie (^³¹ P-NMR ^{) [ 16} , ^{17 ] ,} während HPLC - ELSD ^{[ 18 ]} relative Werte liefert.

Die Phospholipidsynthese findet auf der cytosolischen Seite der ER- Membran statt ^{[ 19 ].} Diese ist mit Proteinen besetzt, die an der Synthese ( GPAT- und LPAAT-Acyltransferasen, Phosphatase und Cholinphosphotransferase) und der Verteilung ( Flippase und Floppase) beteiligt sind. Schließlich schnürt sich ein Vesikel vom ER ab, dessen äußeres Blatt Phospholipide für die cytoplasmatische Zellmembran und dessen inneres Blatt Phospholipide für die exoplasmatische Zellmembran enthält. ^{[ 20 ] [ 21 ]}

Gängige Quellen für industriell hergestellte Phospholipide sind Soja, Raps, Sonnenblumenöl, Hühnereier, Kuhmilch, Fischeier usw. Phospholipide für den Gentransfer, wie Distearoylphosphatidylcholin und Dioleoyl-3-trimethylammoniumpropan , werden synthetisch hergestellt. Jede Quelle weist ein einzigartiges Profil an einzelnen Phospholipidarten sowie Fettsäuren auf und eignet sich daher für unterschiedliche Anwendungen in der Lebensmittel-, Ernährungs-, Pharma-, Kosmetik- und Wirkstoffindustrie.

Bestimmte Phospholipide können gespalten werden, wodurch Produkte entstehen, die als sekundäre Botenstoffe in der Signaltransduktion fungieren . Beispiele hierfür sind Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphat (PIP₂ _{) , das durch das Enzym} Phospholipase C in Inositoltriphosphat (IP₃ ₎ und Diacylglycerol (DAG) gespalten werden kann . Beide übernehmen die Funktionen von G-Proteinen des Typs _Gq als Reaktion auf verschiedene Stimuli und greifen in diverse Prozesse ein, von der Langzeitdepression in Neuronen ^{[ 22 ]} bis hin zu Leukozyten -Signalwegen, die durch Chemokinrezeptoren initiiert werden ^{[ 23 ]} .

Phospholipide greifen auch in Prostaglandin -Signalwege ein, indem sie als Ausgangsmaterial für Lipaseenzyme zur Herstellung von Prostaglandinvorstufen dienen . In Pflanzen dienen sie als Ausgangsmaterial für die Produktion von Jasmonsäure , einem Pflanzenhormon, das in seiner Struktur den Prostaglandinen ähnelt und Abwehrreaktionen gegen Krankheitserreger vermittelt. ^{[ 24 ]}

Phospholipide, insbesondere Phosphatidylcholin, sind ein Hauptbestandteil von Eigelblecithin. In dieser Form wirken sie als starke natürliche Emulgatoren, indem sie Öl-Wasser-Grenzflächen stabilisieren, und werden häufig in Lebensmitteln wie Mayonnaise, Soßen und anderen Wasser-Öl-Emulsionen verwendet. ^{[ 25 ]}

Eine ausführliche Liste finden Sie in der folgenden Tabelle.

• Natürliche Phospholipidderivate:

  Ei-PC ( Eilecithin ), Ei-PG, Soja-PC, hydriertes Soja-PC, Sphingomyelin als natürliche Phospholipide.

• Synthetische Phospholipidderivate:
  • Phosphatidsäure (DMPA, DPPA, DSPA)
  • Phosphatidylcholin (DDPC, DLPC, DMPC, DPPC , DSPC, DOPC, POPC , DEPC)
  • Phosphatidylglycerin (DMPG, DPPG, DSPG, POPG)
  • Phosphatidylethanolamin (DMPE, DPPE, DSPE DOPE)
  • Phosphatidylserin (DOPS)
  • PEG-Phospholipid (mPEG-Phospholipid, Polyglycerin-Phospholipid, funktionalisiertes Phospholipid, terminal aktiviertes Phospholipid)

• Kabeltheorie
• Galaktolipid
• Sulfolipid