Biochemie und Pathobiochemie: Sphingolipid-Stoffwechsel

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Inhaltsverzeichnis

[Bearbeiten] Allgemeines

Strukturformel von Sphingosin.
Allgemeine Strukturformel der Sphingolipide.

Sphingolipide spielen v.a. als Membranlipide im Nervensystem eine wichtige Rolle. Auch die Blutgruppenantigene leiten sich von den Sphingolipiden ab. Sie bestehen aus Sphingosin, einem Aminoalkohol, der über eine Doppelbindung mit einem langen Kohlenstoffschwanz verbunden ist, sowie einer Fettsäure, die an der Sphingosin-Aminogruppe hängt. Nach dem Rest am C1-Atom kann man die Spingolipide in verschiedene Gruppen einteilen:

  • Ceramid (R = Wasserstoff)
  • Sphingophospholipide:
    • Ceramid-1-phosphat (R = Phosphat)
    • Sphingomyelin (R = Phosphocholin)
  • Glycosphingolipide:
    • Cerebroside (R = Monosaccharid, Glucose oder Galactose)
      • Sulfatid (R = Sulfogalactose)
    • Lacto-Serie (R = Oligosaccharid, enthält Lactosylceramid)
    • Neo-Lacto-Serie (R = Oligosaccharid, enthält Lactosylceramid)
    • Globoside (R = Oligosaccharid)
    • Ganglioside (R = N-Acetylneuraminsäure-haltiges verzweigtes Oligosaccharid)

Sphingophospholipide enthalten ein Phosphat (Phosphoceramid) oder ein Phosphocholin (Sphingomyelin) und sind damit näher mit den Phosphoglyceriden verwandt. Innerhalb der Gruppen unterscheiden sich die Sphingolipide besonders durch die Art der Fettsäure(n).

Der Abbau der Sphingolipide erfolgt (überwiegend?) in den Lysosomen.

[Bearbeiten] Biosynthese von Ceramid

⇓ Subst. ( ⇑ ) Co. Enzym EC EG Erkr.
Palmitoyl-CoA.svg Palmitoyl-CoA
L-Serin

CoA-SH, CO2

 R-Pfeil runter 1-3.svg Pyridoxal- phosphat Serin-C-Palmitoyltransferase 2.3.1.50 Tr Hereditäre sensorische Neuropathie I
3-Dehydrosphinganin.svg 3-Dehydrosphinganin
NADPH/H+

NADP+

 R-Pfeil runter 1-3.svg 3-Dehydrosphinganin-Reduktase 1.1.1.102 Ox
Sphinganin.svg Sphinganin (Dihydrosphingosin)
Acyl-CoA

CoA-SH

 1. R-Pfeil runter 1-3.svg R-Pfeil hoch 2-3.svg 2. Fettsäure

H2O

 1) Sphingosin-N-Acyltransferase 2.3.1.24 Tr
2) Ceramidase 3.5.1.23 Hyd Farber Lipo- granulomatose
2) YDC1 (alkalische Phytoceramidase) 3.5.1.- Hyd
Dihydroceramid.svg N-Acylsphinganin (Dihydroceramid)
O2, NADPH/H+ ?

2 H2O, NADP+ ?

 R-Pfeil runter 1-3.svg DEGS2 (degenerative spermatocyte homolog 2, lipid desaturase (Drosophila)) 1.14.-.- Ox
Ceramid.svg N-Acylsphingosin (Ceramid)

Ceramid ist die Ausgangssubstanz für das Sphingomyelin und für die Glycosphingolipide.

[Bearbeiten] Erzeugung von Dihydrosphingosin-1-phosphat aus Dihydrosphingosin (Sphinganin)

⇓ Subst. ( ⇑ ) Co. Enzym EC EG Erkr.
Sphinganin.svg Sphinganin (Dihydrosphingosin)
ATP

ADP

 1. R-Pfeil runter 1-3.svg R-Pfeil hoch 2-3.svg 2. Pi

H2O

 1) Sphinganin-Kinase 2.7.1.91 Tr
2) Phosphatidat-Phosphatase 3.1.3.4 Hyd
2) Sphingosin-1-phosphat-Phosphatase 3.1.3.- Hyd
Sphinganin-1-phosphat.svg Sphinganin-1-phosphat (Dihydrosphingosin-1-phosphat)

[Bearbeiten] Bildung von Sphingosin und Sphingosin-1-phosphat aus Ceramid

⇓ Subst. ( ⇑ ) Co. Enzym EC EG Erkr.
Ceramid.svg Ceramid (N-Acylsphingosin)
H2O

Fettsäure

 R-Pfeil runter 1-3.svg Ceramidase 3.5.1.23 Hyd Farber Lipo- granulomatose
Sphingosin2.svg Sphingosin
ATP

ADP

 1. R-Pfeil runter 1-3.svg R-Pfeil hoch 2-3.svg 2. Pi

H2O

 1) Sphinganin-Kinase 2.7.1.91 Tr
2) Phosphatidat-Phosphatase 3.1.3.4 Hyd
2) Sphingosin-1-phosphat-Phosphatase 3.1.3.- Hyd
Sphingosin-1-phosphat.svg Sphingosin-1-phosphat

[Bearbeiten] Sphingophospholipide: Bildung von Ceramid-1-phosphat aus Ceramid

⇓ Subst. ( ⇑ ) Co. Enzym EC EG Erkr.
Ceramid.svg Ceramid (N-Acylsphingosin)
ATP

ADP

 1. R-Pfeil runter 1-3.svg R-Pfeil hoch 2-3.svg 2. Pi

H2O

 1) Ceramid-Kinase 2.7.1.138 Tr
2) Phosphatidat-Phosphatase 3.1.3.4 Hyd
2) Sphingosin-1-phosphat-Phosphatase 3.1.3.- Hyd
Ceramid-1-phosphat.svg Ceramid-1-phosphat

[Bearbeiten] Sphingophospholipide: Biosynthese von Sphingomyelin aus Ceramid

⇓ Subst. ( ⇑ ) Co. Enzym EC EG Erkr.
Ceramid.svg Ceramid (N-Acylsphingosin)
CDP-Cholin

CMP

 1. R-Pfeil runter 1-3.svg R-Pfeil hoch 2-3.svg 2. Cholinphosphat

H2O

 1) Ceramid- Cholinphosphotransferase 2.7.8.3 Tr
2) Sphingomyelin- Phosphodiesterase 3.1.4.12 Hyd Niemann-Pick-Krankheit A, B
Sphingomyelin.svg Sphingo- myelin

Sphingomyelin findet man insbesondere in den Myelinscheiden des Nervensystems.

[Bearbeiten] Cerebroside und Derivate: Galactosylceramide

⇓ Subst. ( ⇑ ) Co. Enzym EC EG Erkr.
Ceramid.svg Ceramid (N-Acylsphingosin)
UDP-Galactose

UDP

 1. R-Pfeil runter 1-3.svg R-Pfeil hoch 2-3.svg 2. Galactose

H2O

 1) N-Acylsphingosin- Galactosyltransferase 2.4.1.47 Tr
2) Galactosylceramidase 3.2.1.46 Hyd Morbus Krabbe
Beta-D-Galactosylceramid.svg D-Galactosylceramid
R-Pfeil hoch 2-3.svg Galactose

H2O

 Mg, NAD α-Galactosidase 3.2.1.22 Hyd Morbus Fabry
Digalactosylceramid.svg Digalactosylceramid
3'-Phosphoadenylylsulfat (PAPS)

Adenosin-3',5'-bisphosphat (PAP)

 R-Pfeil runter 1-3.svg Galactosylceramid-Sulfotransferase 2.8.2.11 Tr
Digalactosylceramidsulfat.svg Digalactosyl- ceramidsulfat

Auch D-Galactosylceramid kann sulfatiert werden:

⇓ Subst. ( ⇑ ) Co. Enzym EC EG Erkr.
Beta-D-Galactosylceramid.svg D-Galactosylceramid
3'-Phosphoadenylylsulfat (PAPS)

Adenosin-3',5'-bisphosphat (PAP)

 1. R-Pfeil runter 1-3.svg R-Pfeil hoch 2-3.svg 2. Sulfat

H2O

 1) Galactosylceramid- Sulfotransferase 2.8.2.11 Tr
2) Arylsulfatase 3.1.6.1 Hyd
2) Cerebrosid-Sulfatase 3.1.6.8 Hyd Metachromatische Leukodystrophie
Beta-D-Galactosylceramidsulfat.svg Galactosyl- ceramidsulfat (Sulfatid)

Abbau von GM4 (N-Acetylneuraminyl-galactosylceramid) zu Galactosylceramid:

⇓ Subst. ( ⇑ ) Co. Enzym EC EG Erkr.
N-Acetylneuraminyl-galactosylceramid.svg

GM4 (N-Acetyl-neuraminyl-galactosyl-ceramid)
H2O

N-Acetylneuraminat

 R-Pfeil runter 1-3.svg Exo-α-Sialidase (α-Neuraminidase) 3.2.1.18 Hyd Sialidose II (Mucolipidose I)
Beta-D-Galactosylceramid.svg D-Galactosylceramid

[Bearbeiten] Cerebroside und Derivate: Glucosylceramide

⇓ Subst. ( ⇑ ) Co. Enzym EC EG Erkr.
Ceramid.svg Ceramid (N-Acylsphingosin)
UDP-Glucose

UDP

 1. R-Pfeil runter 1-3.svg R-Pfeil hoch 2-3.svg 2. Glucose

H2O

 1) Ceramid-Glucosyltransferase 2.4.1.80 Tr
2) Glucosylceramidase (saure β-Glucosidase) 3.2.1.45 Hyd Morbus Gaucher Typ I, II, III, IIIc, neonatal letal
Beta-D-Glucosylceramid.svg D-Glucosyl- ceramid
UDP-Galactose

UDP

 1. R-Pfeil runter 1-3.svg R-Pfeil hoch 2-3.svg 2. Galactose

H2O

 1) β-1,4-Galactosyltransferase 2.4.1.- Tr
2) β-Galactosidase 3.2.1.23 Hyd GM1-Gangliosidose, Mucopolysaccharidose IVb (Morquio B)
Lactosylceramid.svg Lactosyl- ceramid

Lactosylceramid ist der Ausgangspunkt für die Biosynthese der verschiedenen Glycosphingolipide, z.B. der Blutgruppen-Antigene.

[Bearbeiten] Weblinks



Allgemeine Hintergrundfarbe für Substrate Hintergrundfarbe Reaktionspfeile „Schlüsselenzyme“
Energiereiche Phosphate Reduktionsäquivalente CO2 / HCO3− C1-Reste Stickstoff

Abk.: Tr.: Transkriptionelle Regulation, Tl.: Regulation der Translation, Lok.: Regulation über die Enzymlokalisation, Kov.: Regulation durch kovalente Modifikation, All.: Allosterische Regulation, Koop.: Kooperativer Effekt, Co.: Cofaktoren, EC: Enzymklassifikation, EG: Enzymgruppe (Oxidoreductase, Transferase, Hydrolase, Lyase, Isomerase, Ligase), Erkr.: Assoziierte Erkrankungen.



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