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포스파티딜이노시톨

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1. 개요

포스파티딜이노시톨(PI)은 19세기 말에 발견된 지질의 일종으로, 세포막의 구성 성분이며 세포 신호 전달에 중요한 역할을 한다. PI는 글리세롤 골격, 지방산 꼬리, 이노시톨 머리 부분으로 구성되며, 이노시톨의 이성질체 형태에 따라 다양한 생물학적 기능을 수행한다. PI는 포스파티딜이노시톨 생성효소에 의해 합성되며, 인산화 과정을 통해 다양한 포스포이노시타이드로 변환되어 지질 신호 전달, 세포 신호 전달, 막 소포 트래피킹 등 다양한 세포 과정에 관여한다. PI의 가수분해는 세포 내 신호 전달 경로를 활성화하는 데 중요한 역할을 하며, 섭취는 혈중 HDL 콜레스테롤 수치를 높이는 효과가 있다.

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포스파티딜이노시톨 - [화학 물질]에 관한 문서
기본 정보
인지질 구조
인지질 분자의 다양한 분리된 구성 요소 개요; 이노시톨, 인산, 글리세롤 골격, sn-1 아실 사슬, sn-2 아실 사슬. Mathias Sollie Sandsdalen이 BioRender.com에서 제작하고 N.J. Blunsom과 S. Cockcroft에서 수정함.
IUPAC 이름[(2R)-3-[하이드록시-[(5R)-2,3,4,5,6-펜타하이드록시사이클로헥실]옥시포스포릴]옥시-2-옥타데카노일옥시프로필] (8Z,11Z,14Z,17Z)-아이코사-8,11,14,17-테트라에노에이트
기타 이름PI
PtdIns
식별자
CAS 등록번호해당 없음
ChEBI'28874'
DrugBankDB02144
PubChem해당 없음
KEGGC01194
닛카지 번호J453.836F
J-Global ID'200907072738604483'
MeSH 이름Phosphatidylinositol
LipidMapsLMGP06010000
SMILES해당 없음
속성
화학식C₄₇H₈₃O₁₃P
몰 질량887.104 g/mol (중성, 지방산 조성: 18:0, 20:4)
외형해당 없음
밀도해당 없음
녹는점해당 없음
끓는점해당 없음
용해도해당 없음
위험성
주요 위험해당 없음
인화점해당 없음
자동 발화점해당 없음

2. 역사

포스파티딜이노시톨(PI)과 그 유도체는 19세기 말 요한 요제프 폰 셰러[2]와 레옹 마켄[3][4][5]에 의해 발견된 이래 풍부한 역사를 가지고 있다. 처음에는 단맛 때문에 "이노시톨"로 알려졌으며, 이노시톨의 분리와 특성화는 이의 사이클로헥산올 구조를 이해하는 기반을 마련했다. 테오도르 포스테르나크의 연구는 진핵생물 조직에서 발견되는 주요 형태인 myo-이노시톨의 구성을 더 명확히 했다.[6][7][8] 이노시톨 이성질체와 이들의 생리학적 기능에 대한 연구는 다양한 유기체에서 복잡한 상호 작용을 밝혀냈다.

지질 내, 특히 PI 내 이노시톨의 에스테르화된 존재는 처음에는 세균에서 관찰되었고, 나중에는 클린턴 발루[9][10]와 댄 브라운과 같은 연구자들에 의해 진핵생물에서 확인되었다.[11] 그들의 선구적인 연구는 PI의 구조와 그 인산화된 형태를 확립하여 신호 분자로서의 역할을 조명했다. 이노시톨 명명법과 이성질체의 복잡성에도 불구하고, 현대 연구는 세포 생리학 및 신호 전달 경로에서 이들의 다양한 기능에 대한 이해를 크게 발전시켰다.

PI와 그 유도체의 발견, 그리고 세포 신호 전달에서의 복잡한 역할은 생화학 분야에서 중요한 장을 기록한다. 이노시톨의 구조에 대한 초기 연구에서부터 다양한 이성질체와 이들의 생리학적 기능의 확인에 이르기까지, 이노시톨 화합물에 대한 연구는 세포 과정에 대한 새로운 통찰력을 계속해서 밝혀내고 있다.[12]

3. 화학 및 구조

포스파티딜이노시톨은 극성 및 비극성 영역을 모두 가지고 있어 양친매성 지질로 분류된다. 글리세롤 골격, 2개의 비극성 지방산 꼬리, 이노시톨 극성 머리 부분으로 치환된 인산기를 포함하는 글리세로인지질의 일종이다.[15] 포스포이노시타이드의 가장 일반적인 지방산은 SN1 위치의 스테아르산과 SN2 위치의 아라키돈산이다.

포스포이노시타이드의 가수분해는 1몰의 글리세롤, 2몰의 지방산, 1몰의 이노시톨, 그리고 이노시톨 고리에 있는 인산의 수에 따라 1, 2 또는 3몰의 인산을 생성한다. 포스포이노시타이드는 모든 인지질 중에서 가장 산성이 강한 것으로 알려져 있다.

감각 뉴런에 사용되는 포스파티딜이노시톨의 특정 지방산과 그 입체 구조는 아직 밝혀지지 않았다. 포스파티딜이노시톨(PI)은 인산기, 두 개의 지방산 사슬, 그리고 하나의 이노시톨 분자로 구성된 지질이며, 진핵생물 세포막의 세포질 쪽에 소량 존재한다. 인산기는 생리학적 pH에서 분자에 음전하를 부여한다.[13]

이노시톨 고리의 3, 4, 5번 위치의 수산기는 7가지 다른 조합으로 인산화될 수 있으며, 많은 종류의 키나아제의 기질이 될 수 있기 때문에 신호 전달에 관여한다. 2번과 6번 수산기는 입체 장애 때문에 인산화되지 않는 것으로 여겨진다. 인산화된 7종의 모든 이성질체가 동물에서 발견되었지만, 식물에서는 '''포스파티딜이노시톨 3,4,5-삼인산'''만 발견되지 않았다.[31]

3. 1. 이노시톨 이성질체

포스파티딜이노시톨(PI)은 아홉 가지 형태, 즉 myo-, scyllo-, muco-, epi-, neo-, allo-, D-chiro-, L-chiro-, cis-이노시톨로 존재할 수 있다. 이러한 이성질체는 생물학에서 흔히 발견되며, 미각 감각, 인산염 수준 조절, 대사 플럭스, 전사, mRNA 수출 및 번역, 인슐린 신호 전달, 배아 발달, 스트레스 반응 등 다양한 기능을 수행한다. Cis-이노시톨은 자연계에서 자연적으로 발견되지 않는 유일한 이성질체이다.[14]

4. 생합성



실험실에서 포스파티딜이노시톨 합성은 포스파티딜이노시톨 생성효소에 의해 촉매되며 CDP-다이아실글리세롤 및 L-미오-이노시톨을 포함한다.[33]

포스파티딜이노시톨(PI)의 합성은 세포에서 가장 큰 막 구성 요소인 소포체 (ER)로 제한된다.[23] 이 부위는 포스파티딜콜린(PC), 포스파티딜에탄올아민(PE), 포스파티딜세린(PS), 트리아실글리세롤(TG)를 포함한 대부분의 인지질 합성에도 기여한다.[24] 합성은 일련의 효소 반응을 포함한다.

PI의 생합성 및 인산화는 주로 소기관의 세포질 쪽 표면에 국한되지만, 특히 ER에서는 그렇지 않다. PI의 ''드 노보'' PI 합성은 GPAT 효소에 의해 ''sn-1'' 아실 사슬 위치에서 글리세르알데히드-3-인산(G-3-P)의 아실화 과정으로 시작된다.[25] 이 과정은 LPAAT1, LPAAT2 및 LPAAT3, LPAAT 효소에 의한 ''sn-2'' 아실 사슬 위치에서 두 번째 아실화가 뒤따른다.[26] 이 이중 단계 과정은 G-3-P를 포스파티드산(PA)으로 아실화한다.

PA는 CDP-다이아실글리세롤 합성효소라는 과정을 통해 중간체인 CDP-다이아실글리세롤(CDP-DG)로 전환된다. 이 합성은 CDS1 및 CDS2, CDS- 효소의 사용에 의해 촉매된다. 최종 효소 과정에서 CDP-DG와 이노시톨은 효소 PI 합성효소(PIS)에 의해 촉매되어 PI로 합성된다.[27][28]

5. 포스포이노시타이드

포스파티딜이노시톨의 인산화된 형태는 포스포이노시타이드(phosphoinositide영어)라고 불리며 지질 신호전달, 세포 신호전달 및 막 소포 트래피킹에서 중요한 역할을 한다. 이노시톨 고리는 3번, 4번, 5번 하이드록실기에서 다양한 키네이스에 의해 인산화될 수 있다. 그러나 2번 및 6번 하이드록실기는 입체 장애로 인해 일반적으로 인산화되지 않는다.[16]

5. 1. 포스포이노시타이드의 종류

포스파티딜이노시톨의 인산화된 형태는 포스포이노시타이드(phosphoinositide영어)라고 불리며 지질 신호전달, 세포 신호전달 및 막 소포 트래피킹에서 중요한 역할을 한다. 이노시톨 고리는 3번, 4번, 5번 하이드록실기에서 7가지의 다른 조합으로 다양한 키네이스에 의해 인산화될 수 있다. 그러나 2번 및 6번 하이드록실기는 입체 장애로 인해 일반적으로 인산화되지 않는다.[16]

동물에서 발견되는 7가지 포스포이노시타이드는 다음과 같다.

종류설명
포스파티딜이노시톨 일인산
포스파티딜이노시톨 이중인산
포스파티딜이노시톨 삼중인산



이러한 포스포이노시타이드는 포스파티딜이노시톨 3,4,5-삼중인산(PI(3,4,5)P3)을 제외하고 식물 세포에서도 발견된다.[34]

6. 가수분해

포스파티딜이노시톨(PI) 대사의 중요성은 PI의 가수분해를 유도하는 호르몬과 신경전달물질에 대한 연구를 통해 입증된 잠재적인 전달 기전으로서의 역할에 있다. 가수분해는 효소 PI 4-키나아제 알파(PI4Kα)가 PI를 PI 4-인산(PI4P)으로 전환하는 것으로 시작하며, 이어서 효소 PI 4-인산-5-키나아제(PI4P5K)에 의해 PI (4,5) 이인산(PI(4,5)P2)으로 전환된다. PI(4,5)P2는 그 다음 포스포리파아제 C(PLC)에 의해 가수분해되어 이차 전달자인 이노시톨 (1,4,5) 삼인산(IP3)과 다이아실글리세롤(DG)을 생성한다. DG는 그 다음 DG 키나아제(DGK)에 의해 인산화되어 포스파티드산(PA)을 생성한다. PA는 또한 포스파티딜콜린(PC)으로부터 포스포리파아제 D(PLD)에 의해 직접 생성된다. 지질 전달 단백질은 막 사이에서 PI와 PA의 교환을 촉진하여 PI 합성이 불가능한 미토콘드리아와 같은 소기관에서도 형질막의 수용체 기전에 사용할 수 있도록 한다.

7. 생리 작용

포스파티딜이노시톨 섭취는 혈중 HDL 콜레스테롤 수치를 상승시키는 작용이 있다.[32]

참조

[1] 논문 Phosphatidylinositol synthesis at the endoplasmic reticulum https://discovery.uc[...] 2020
[2] 논문 Uber eine neue aus dem Muskelfleisch gewonnene Zuckerart 1850
[3] 논문 Préparation, proprietés et constitution se l'inosite 1887
[4] 논문 Sur les propriétés de l'inosite 1887
[5] 논문 Sur quelques dérivés de l'inosite 1887
[6] 논문 Recherches dans la série des cyclites VI. Sut la configuration de la méso-inosite, de la scyllite et d'un inosose obtenu par voie biochimique (scyllo-ms-inosose) 1942
[7] 논문 Acetonierung und Konfiguration des Meso-inosits http://link.springer[...] 1942
[8] 논문 SYMPOSIUM REVIEW: Phosphoinositides: lipid regulators of membrane proteins: Phosphoinositides instruct membrane proteins 2010
[9] 논문 Studies on myo-Inositol Phosphates of Natural Origin 1959
[10] 논문 SYNTHESIS OF AN OPTICALLY ACTIVE myo-INOSITOL 1-PHOSPHATE 1959
[11] 논문 732. Phospholipids. Part VII. The structure of a monophosphoinositide http://xlink.rsc.org[...] 1961
[12] 논문 A short history of inositol lipids 2016
[13] 논문 Ionization Properties of Phosphatidylinositol Polyphosphates in Mixed Model Membranes https://pubs.acs.org[...] 2009-10-13
[14] 논문 The "Other" Inositols and Their Phosphates: Synthesis, Biology, and Medicine (with Recent Advances in myo -Inositol Chemistry) 2016-01-26
[15] 논문 Phosphatidylinositol-glycan-specific phospholipase D is an amphiphilic glycoprotein that in serum is associated with high-density lipoproteins https://febs.onlinel[...] 1992
[16] 논문 SYMPOSIUM REVIEW: Phosphoinositides: lipid regulators of membrane proteins: Phosphoinositides instruct membrane proteins 2010-09-01
[17] 서적 Inositol Phospholipid Metabolism in Arabidopsis. Characterized and Putative Isoforms of Inositol Phospholipid Kinase and Phosphoinositide-Specific Phospholipase C
[18] 논문 SYMPOSIUM REVIEW: Phosphoinositides: lipid regulators of membrane proteins: Phosphoinositides instruct membrane proteins 2010-09-01
[19] 논문 Multistep Compositional Remodeling of Supported Lipid Membranes by Interfacially Active Phosphatidylinositol Kinases 2016-05-17
[20] 논문 Phosphatidylinositol synthesis at the endoplasmic reticulum https://linkinghub.e[...] 2020
[21] 논문 Phosphatidyldmositol hydrolysis: A multifunctional transducing mechanism https://linkinghub.e[...] 1981
[22] 논문 Phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate and calcium at ER-PM junctions — Complex interplay of simple messengers 2023
[23] 논문 Phosphoinositides in Control of Membrane Dynamics https://www.annualre[...] 2016
[24] 논문 Phosphoinositide Diversity, Distribution, and Effector Function: Stepping Out of the Box https://onlinelibrar[...] 2017
[25] 기타 Phospholipid Synthesis in Mammalian Cells https://linkinghub.e[...] Elsevier 2024-02-15
[26] 논문 Protein Dynamics Influence the Enzymatic Activity of Phospholipase A/Acyltransferases 3 and 4 2021
[27] 논문 PLC regulation: emerging pictures for molecular mechanisms https://linkinghub.e[...] 2011
[28] 논문 Phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate and calcium at ER-PM junctions — Complex interplay of simple messengers 2023
[29] 기타 Inositol Phospholipid Metabolism and Phosphatidyl Inositol Kinases http://www.sciencedi[...] Elsevier 2003
[30] 기타 Inositol Phospholipid http://www.jlr.org/c[...] Journal of lipid research 1960-04
[31] 서적 Inositol Phospholipid Metabolism in Arabidopsis. Characterized and Putative Isoforms of Inositol Phospholipid Kinase and Phosphoinositide-Specific Phospholipase C 2002
[32] 기타 Phosphatidylinositol increases HDL-C levels in humans http://www.jlr.org/c[...] The Journal of Lipid Research 2005-02
[33] 서적 Biochemistry Third Edition
[34] 서적 Inositol Phospholipid Metabolism in Arabidopsis. Characterized and Putative Isoforms of Inositol Phospholipid Kinase and Phosphoinositide-Specific Phospholipase C



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