磷脂酰肌醇
| 磷脂酰肌醇 | |
|---|---|
| |
| 别名 | PI, PtdIns |
| 识别 | |
| CAS号 | 暫未分配 |
| ChEBI | 28874 |
| DrugBank | DB02144 |
| 性质 | |
| 化学式 | C47H83O13P |
| 摩尔质量 | 886.56 g/mol, neutral with fatty acid composition - 18:0, 20:4 g·mol⁻¹ |
| 若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。 | |
磷脂酰肌醇（英語：Phosphatidylinositol，缩写PI）是一种甘油磷脂分子，其中甘油的两个羟基与脂肪酸形成酯，一个羟基与肌醇-1-磷酸形成磷酸二酯。在生理pH条件下，磷脂酰肌醇的磷酸基团带有负电荷，这使得磷脂酰肌醇成为亲水性分子。
磷脂酰肌醇作为一个化学小分子，在细胞内的信号转导过程中具有重要意义。
磷脂酰肌醇作为细胞膜的组分（占比很少），定域于细胞膜内表面，可以被磷脂酶C水解，进而产生肌醇三磷酸(IP3)以及甘油二酯(DAG)，参与到下游信号通路中，作用到十分广泛、种类繁多的效应蛋白上。因此，这样一些涉及到磷脂酰肌醇的信号通路，被称为“磷脂酰肌醇信号通路”。
历史
[编辑]磷脂酰肌醇PI及其衍生物的历史可以追溯到19世纪末，Johann Joseph von Scherer[2]和Léon Maquenne[3]对肌醇的研究。随后，人们成功分离表征了肌醇，而Théodore Posternak等人的工作也让人们成功理解了肌醇的结构[4]。随着人们对肌醇及其异构体的生理功能的深入研究，生物体中许多复杂的生命过程的神秘面纱也逐渐被揭开。
磷脂酰肌醇等肌醇的酯化衍生物首先在细菌中被观察到。随后，Clinton Ballou[5][6]和Dan Brown等人在真核生物中也观察到了这些酯化衍生物。这些开创性的工作向我们揭示了磷脂酰肌醇PI及其磷酸化衍生物的结构，同时也阐明了它们作为信号分子的重要作用。为后续的一系列研究奠定了坚实的基础。
PI及其衍生物的发现，以及对于它们在细胞信号转导中的重要作用的阐释，在生物化学史上具有重要地位。从结构研究到功能鉴定，对PI及其衍生物的研究不断拓展着我们对细胞生命过程的新见解。
功能
[编辑]磷脂酰肌醇在结构上由一个三磷酸化的肌醇分子，和一分子甘油，两条脂肪连构成。其发挥信号转导功能的方式有两种，一种是以其自身的结构，招募细胞质中的信号蛋白，并将其定域在细胞膜。另一种是通过水解后形成的肌醇三磷酸与甘油二酯发挥作用。
就第一种方式而言，磷脂酰肌醇可以招募蛋白激酶B及其两个辅助激酶，并且定域在细胞膜内表面。在细胞膜内表面，这三者的聚集促成了蛋白激酶B的激活。激活后的蛋白激酶B被重新释放到蛋白质中，将信号传导到下游通路。
就第二种方式而言，被激活的G蛋白激活磷脂酶C。在磷脂酶C的作用下，被三磷酸化的肌醇分子（肌醇三磷酸IP3）从磷脂酰肌醇中脱离，余下的部分成为甘油二酯。肌醇三磷酸产生后，扩散到细胞质中，可以和位于内质网腔的钙离子通道蛋白结合，促进其开放，释放钙离子到细胞质中。甘油二酯则始终定域在细胞膜上。独立的甘油二酯分子于细胞中的钙离子，共同激活了蛋白激酶C，将信号传导到下游通路。除此以外，细胞质内提升的钙离子浓度会与钙调蛋白结合，并引发钙调蛋白构象转变，进而与靶标蛋白作用。钙调蛋白的下游靶标蛋白的经典例子是位于神经元突触的钙调蛋白依赖激酶（与学习和记忆的形成密切相关）。
代谢
[编辑]激素和神经递质可诱导PI的水解，这暗示了PI的代谢可以在细胞内成为潜在的信号转导机制。当细胞接收到外界的激素和神经递质信号后，被激活的PI 4-激酶α（PI4Kα）会将PI磷酸化成为PI4P，PI4P随后又被PI4P5K转化为PI(4,5)-P2。两次磷酸化后得到的PI(4,5)-P2随后被PLC酶水解，便可得到经典的第二信使分子IP3，同时得到甘油二酯DAG。二者都可参与到细胞内广泛的信号通路中，作用于不同的蛋白。
生物合成
[编辑]磷脂酰肌醇PI只在内质网中合成。PI从头合成的第一步是GPAT酶在sn-1链的位置对G3P（3-磷酸甘油醛）的酰化。随后，LPAAT1、LPAAT2、LPAAT3这些LPAAT酶在sn-2链的位置进行第二次酰化。两次酰化后便可得到磷脂酸PA。PA可以进一步被CDP二酰基甘油合酶转化为CDP二酰基甘油（CDP-DAG）。最后，磷脂酰肌醇合酶催化CDP-DAG和肌醇转化为PI和胞苷一磷酸CMP。
参考文献
[编辑]- ^ Mathews, Chrisotphe K.; van Holde, K.E.; Ahern, Kevin G. Biochemistry Third Edition. 2005.
- ^ Scherer. Ueber eine neue, aus dem Muskelfleische gewonnene Zuckerart. Justus Liebigs Annalen der Chemie. 1850, 73 (3) [2025-12-01]. ISSN 1099-0690. doi:10.1002/jlac.18500730303 （英语）.
- ^ Sur un nouveau genre de Lombriciens phosphorescents et sur l'espece type de ce genre, Photodrilus phosphoreus. Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences. 1887, 105 [2025-12-01]. ISSN 0001-4036. doi:10.5962/bhl.part.27561.
- ^ Posternak, Théodore. Recherches dans la série des cyclites VI. Sur la configuration de la méso‐inosite, de la scyllite et d'un inosose obtenu par voie biochimique (scyllo‐ms‐inosose). Helvetica Chimica Acta. 1942-06-15, 25 (4) [2025-12-01]. ISSN 0018-019X. doi:10.1002/hlca.19420250410 （英语）.
- ^ Pizer, Frances Lane; Ballou, Clinton E. Studies on myo-Inositol Phosphates of Natural Origin. Journal of the American Chemical Society. 1959-03, 81 (4) [2025-12-01]. ISSN 0002-7863. doi:10.1021/ja01513a040 （英语）.
- ^ Ballou, Clinton E.; Pizer, Lewis I. SYNTHESIS OF AN OPTICALLY ACTIVE myo-INOSITOL 1-PHOSPHATE. Journal of the American Chemical Society. 1959-09, 81 (17) [2025-12-01]. ISSN 0002-7863. doi:10.1021/ja01526a074 （英语）.