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.2008年2月；9(2):112-24.
doi:10.1038/nrm2330。

膜脂：它们在哪里以及它们的行为

杰里特·范·米尔 1, 丹尼斯·沃克尔, 杰拉尔德·费根森
附属公司
审查

膜脂：它们的位置和行为

杰里特·范·米尔等。 Nat Rev Mol细胞生物学. 2008年2月.

摘要

在整个生物世界中，一层30安的疏水膜通常划定了作为单个细胞生死边界的环境。生化和生物物理研究结果提供了膜的组成和结构的详细模型，其中包括跨脂质双层（脂质不对称）和膜的横向（脂质域）的动态组织水平。细胞如何应用合成代谢和分解代谢酶、转座子和转运蛋白，以及脂质的固有物理相行为及其与膜蛋白的相互作用，来创造其各自膜的独特成分和多重功能？

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数字

图1
图1。膜脂和脂质第二信使
主要的真核细胞膜脂质是甘油磷脂，如磷脂酰胆碱（PtdCho；PC）。它们的二酰甘油（DAG）主链携带磷酸盐（磷脂酸；PA）和胆碱（形成PtdCho）、乙醇胺（形成磷脂酰乙醇胺（PtdEtn））；PE）、丝氨酸（形成磷脂酰丝氨酸（PtdSer）；PS）或肌醇（形成磷脂酰肌醇（PtdIns）；PI）。原型磷脂二棕榈酰PtdCho表现出近圆柱形的分子几何结构，横截面积为64Å2头部至尾部长度为19°（参考122）。磷脂鞘磷脂（SM）和鞘糖脂葡萄糖基神经酰胺（GlcCer）具有神经酰胺（Cer）骨架，由鞘磷脂碱（例如鞘氨醇；Sph）组成，后者是与脂肪酸相连的酰胺。酵母鞘脂携带C26脂肪酸，并含有含有额外甘露糖和磷酸盐的磷酸肌醇-X取代基。膜脂质的分解产物作为脂质的第二信使。甘油磷脂衍生的信号分子包括lysoPtdCho（LPC）、lysoPA（LPA）、PA和DAG。鞘磷脂衍生的信号分子包括鞘氨醇磷酰胆碱（SPC）、Sph、1-磷酸鞘氨醇（S1P）、1-磷酸铈（C1P）和铈。花生四烯酸（AA）产生信号二十烷酸和内源性大麻素。各种磷酸化的PtdIns分子（也称为磷脂酰肌醇）标记细胞膜并补充细胞溶质蛋白。它们通过激酶和磷酸酶的作用相互转化。图经REF许可修改。©（2005）Macmillan Publishers Ltd。
图2
图2。脂质合成和细胞膜的稳态组成
不同膜的脂质组成在整个细胞中都不同。脂质组成数据表示为哺乳动物（蓝色）和酵母（浅蓝色）中总磷脂（PL）的百分比。作为固醇含量的测量，还包括胆固醇（CHOL；哺乳动物）和麦角固醇（ERG；酵母）与磷脂的摩尔比。主面板显示了参与信号传递和细胞器识别途径的主要磷脂（蓝色）和脂质的合成位置（红色）。应该认识到，除神经酰胺（Cer）外，信号和识别脂质的水平显著低于总磷脂的1%。内质网（ER）中组装的主要甘油磷脂是磷脂酰胆碱（PtdCho；PC）、磷脂酰乙醇胺（PtdEtn；PE）、磷脂肌醇（PtdIns；PI）、磷脂酰基丝氨酸（PtdSer；PS）和磷脂酸（PA）。此外，ER还合成Cer、半乳糖神经酰胺（GalCer）、胆固醇和麦角固醇。ER和脂滴均参与甾酯和三酰甘油（TG）的合成。高尔基腔是鞘磷脂（SM）、复合鞘糖脂（GSL）和酵母肌醇鞘脂（ISL）合成的场所。PtdCho也在高尔基体中合成，可能在其二酰甘油（DAG）前体水平上与蛋白质分泌偶联。线粒体中大约45%的磷脂（主要是PtdEtn、PA和心磷脂（CL））是由细胞器自主合成的。BMP（双（单酰甘油）磷酸盐）是晚期内体内膜中的一种主要磷脂。π（3,5）P2磷脂酰肌醇-（3,5）-二磷酸；PI（4,5）P2，磷脂酰肌醇-（4,5）-二磷酸；PI（3,4,5）P3，磷脂酰肌醇-（3,4，5）-三磷酸；磷脂酰肌醇-4-磷酸；R、 剩余脂质；S1P，1-磷酸鞘氨醇。
图3
图3。脂质不对称分布的产生机制
当脂质从内质网（ER）转移到高尔基体、质膜并进入内体时，内在的脂质转运蛋白决定了磷脂在双层中的分布。一在内质网中，磷脂的非特异性跨双层平衡已被证明，膜在双层小叶之间显示出近似对称的脂质分布。b在高尔基体中，P4-ATP酶将磷脂酰丝氨酸（PtdSer；PS）和磷脂酰乙醇胺（PtdEtn；PE）转运到细胞溶质表面。鞘氨醇（SM）由管腔侧神经酰胺（Cer）的SM合成酶产生。存在于管腔小叶中的磷脂酰胆碱（PtdCho；PC）和SM分子都不会被运输到胞浆面。因此，高尔基体中的不对称性是由PtdSer和PtdEtn的特定转运以及SM和PtdCho的缺乏转运造成的。在SM合成中，PtdCho被转化为二酰甘油（DAG），在双层之间自由平衡。DAG可以作为胆碱酯酶同工酶的底物，其产物是SM。c（c）在质膜上，P4 ATP酶将PtdSer和PtdEtn转运到细胞溶质表面，在基本条件下，PtdCho或SM很少或根本没有转运到细胞溶解表面。这种稳态分布可以通过激活超燃糖酶和/或抑制P4-ATP酶而被破坏。d日在内胚体中，荧光PtdCho和SM以及鞘糖脂（GSL）由于缺乏特定的转运机制而局限于管腔小叶。P4-ATP酶通过内体循环。
图4
图4。新兴的脂质转运模型
一磷脂酰胆碱；红色）在细胞溶质内质网（ER）表面（1）上合成，并在ER膜上自由翻转。在两侧，它在任何膜（2）中横向扩散。PtdCho通过小泡到达高尔基体（3）、质膜（4）和内体（未显示）。它通过细胞器（5）的细胞溶质表面之间的转移蛋白运输，可能通过接触位点（6和7）。神经酰胺（Cer）转移蛋白CERT将Cer从内质网运输到高尔基体（7），用于内腔鞘磷脂（SM）的合成。SM不能翻转并在囊泡腔内移动（5）。SM和胆固醇的血浆膜富集预测了它们在顺行芽接部位的浓度。改编自REF。非囊泡脂质转运模型预测载体蛋白与供体膜蛋白的相互作用，促进载脂（绿色）的结扎。货运参与促进载体从供体分离并扩散到受体膜，这是由不同的磷脂酰肌醇识别的。载体和受体膜之间的结合导致货物释放，预计这将降低载体对受体膜的亲和力，并使循环重新启动。供体和/或受体膜上的辅助蛋白可以增强载体蛋白的结合和解离。它们还可能促进接触部位的形成，从而限制脂质载体的扩散路径。该模型提供了产生净脂质转移所需的方向性和特异性要素。
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