معلومة

3.4: الدهون - علم الأحياء

3.4: الدهون - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

ما الذي ستتعلمه للقيام به: توضيح الأنواع المختلفة من الدهون وربط بنيتها بدورها في النظم البيولوجية

ربما تكون الدهون والزيوت من أكثر أنواع الدهون التي تعرفها في حياتك اليومية. الكلمة سمين عادة ما يجلب صورة سلبية في أذهاننا. هناك أيضًا دهون أخرى ضرورية لحياة الإنسان ، بما في ذلك الفسفوليبيدات والمنشطات والشموع.

في حين أن وجود فائض من أي مادة يمكن أن يمثل مشكلة ، فإن كل هذه الدهون تلعب أدوارًا أساسية في الكائنات الحية.

في هذه النتيجة ، سنناقش الدهون والدور الذي تخطط له في أجسامنا.

أهداف التعلم

  • يميز بين أنواع الدهون المختلفة
  • التعرف على العديد من الوظائف الرئيسية للدهون

تشتمل الدهون على مجموعة متنوعة من المركبات غير القطبية إلى حد كبير بطبيعتها. هذا لأنها هيدروكربونات تشتمل في الغالب على روابط كربون-كربون أو كربون-هيدروجين غير قطبية. الجزيئات غير القطبية كارهة للماء ("خوف الماء") ، أو غير قابلة للذوبان في الماء. تؤدي الدهون وظائف مختلفة في الخلية. تخزن الخلايا الطاقة للاستخدام طويل الأمد في شكل دهون. توفر الدهون أيضًا عزلًا عن البيئة للنباتات والحيوانات (الشكل 1). على سبيل المثال ، تساعد في الحفاظ على الطيور المائية والثدييات جافة عند تكوين طبقة واقية فوق الفراء أو الريش بسبب طبيعتها المقاومة للماء. الدهون هي أيضًا اللبنات الأساسية للعديد من الهرمونات وهي مكون مهم لجميع أغشية الخلايا. تشمل الدهون الدهون والزيوت والشموع والفوسفوليبيد والمنشطات.

دهون وزيوت

يتكون جزيء الدهون ، مثل الدهون الثلاثية ، من مكونين رئيسيين - الجلسرين والأحماض الدهنية. الجلسرين مركب عضوي به ثلاث ذرات كربون وخمس ذرات هيدروجين وثلاث مجموعات هيدروكسيل (–OH). تحتوي الأحماض الدهنية على سلسلة طويلة من الهيدروكربونات التي ترتبط بها مجموعة كربوكسيل حمضية ، ومن هنا جاء اسم "الأحماض الدهنية". قد يتراوح عدد الكربون في الأحماض الدهنية من 4 إلى 36 ؛ الأكثر شيوعًا هي تلك التي تحتوي على 12-18 ذرة كربون. في جزيء الدهون ، يرتبط حمض دهني بكل من ذرات الأكسجين الثلاث في مجموعات –OH لجزيء الجلسرين برابطة تساهمية (الشكل 2).

أثناء تكوين الرابطة التساهمية هذه ، يتم إطلاق ثلاثة جزيئات ماء. قد تكون الأحماض الدهنية الثلاثة في الدهون متشابهة أو غير متشابهة. تسمى هذه الدهون أيضًا بالدهون الثلاثية لأنها تحتوي على ثلاثة أحماض دهنية. بعض الأحماض الدهنية لها أسماء شائعة تحدد أصلها. على سبيل المثال ، حمض البالمتيك ، وهو حمض دهني مشبع ، مشتق من شجرة النخيل. مشتق من حمض الأراكيدك Arachis hypogaea، الاسم العلمي للفول السوداني.

قد تكون الأحماض الدهنية مشبعة أو غير مشبعة. في سلسلة الأحماض الدهنية ، إذا كان هناك روابط مفردة فقط بين الكربون المتجاور في سلسلة الهيدروكربون ، فإن الحمض الدهني يكون مشبعًا. الأحماض الدهنية المشبعة مشبعة بالهيدروجين. وبعبارة أخرى ، فإن عدد ذرات الهيدروجين المرتبطة بالهيكل الكربوني يتم تعظيمه.

عندما تحتوي سلسلة الهيدروكربون على رابطة مزدوجة ، فإن الأحماض الدهنية عبارة عن حمض دهني غير مشبع.

معظم الدهون غير المشبعة سائلة في درجة حرارة الغرفة وتسمى بالزيوت. إذا كان هناك رابطة مزدوجة واحدة في الجزيء ، فإنها تُعرف باسم الدهون الأحادية غير المشبعة (على سبيل المثال ، زيت الزيتون) ، وإذا كان هناك أكثر من رابطة مزدوجة واحدة ، فإنها تُعرف باسم الدهون المتعددة غير المشبعة (على سبيل المثال ، زيت الكانولا).

تميل الدهون المشبعة إلى التكتل بإحكام وتكون صلبة في درجة حرارة الغرفة. تعتبر الدهون الحيوانية المحتوية على حامض دهني وحمض النخيل الموجود في اللحوم ، والدهون المحتوية على حمض الزبد الموجود في الزبدة ، أمثلة على الدهون المشبعة. تخزن الثدييات الدهون في خلايا متخصصة تسمى الخلايا الشحمية ، حيث تشغل كريات الدهون معظم الخلية. في النباتات ، يتم تخزين الدهون أو الزيت في البذور ويستخدم كمصدر للطاقة أثناء التطور الجنيني.

عادة ما تكون الدهون أو الزيوت غير المشبعة من أصل نباتي وتحتوي على أحماض دهنية غير مشبعة. تتسبب الرابطة المزدوجة في حدوث انحناء أو "تشويش" يمنع الأحماض الدهنية من التعبئة بإحكام ، مما يبقيها سائلة في درجة حرارة الغرفة. زيت الزيتون وزيت الذرة وزيت الكانولا وزيت كبد الحوت أمثلة على الدهون غير المشبعة. تساعد الدهون غير المشبعة على تحسين مستويات الكوليسترول في الدم ، بينما تساهم الدهون المشبعة في تكوين الترسبات الدهنية في الشرايين ، مما يزيد من خطر الإصابة بنوبة قلبية.

المارجرين وبعض أنواع زبدة الفول السوداني والسمن أمثلة على المهدرجة صناعياً عبر- الدهون. أظهرت الدراسات الحديثة أن زيادة في عبر- قد تؤدي الدهون في النظام الغذائي للإنسان إلى زيادة مستويات البروتين الدهني منخفض الكثافة (LDL) ، أو الكوليسترول "الضار" ، والذي بدوره قد يؤدي إلى ترسب اللويحات في الشرايين ، مما يؤدي إلى الإصابة بأمراض القلب. ألغت العديد من مطاعم الوجبات السريعة مؤخرًا استخدام عبر-الدهون ، وملصقات الطعام الأمريكية مطلوبة الآن لإدراج عبر- محتوى الدهون: في صناعة الأغذية ، يتم هدرجة الزيوت صناعياً لجعلها شبه صلبة ، مما يؤدي إلى تقليل التلف وزيادة العمر الافتراضي. ببساطة ، يتم ضخ غاز الهيدروجين عبر الزيوت لتجميدها. أثناء عملية الهدرجة هذه ، تكون الروابط المزدوجة لـ رابطة الدول المستقلة- يمكن تحويل التكوين في سلسلة الهيدروكربون إلى روابط مزدوجة في عبر- المعلومات. هذا يشكل أ عبر- الدهون من أ رابطة الدول المستقلة-سمين. يؤثر اتجاه الروابط المزدوجة على الخصائص الكيميائية للدهون (الشكل 3).

الأحماض الدهنية الأساسية هي أحماض دهنية مطلوبة ولكن لا يصنعها جسم الإنسان. وبالتالي ، يجب استكمالها من خلال النظام الغذائي. تندرج أحماض أوميغا 3 الدهنية ضمن هذه الفئة وهي واحدة من اثنين فقط من الأحماض الدهنية الأساسية المعروفة للإنسان (الآخر هو أحماض أوميغا 6 الدهنية). إنها نوع من الدهون المتعددة غير المشبعة وتسمى أحماض أوميغا 3 الدهنية لأن الكربون الثالث من نهاية الأحماض الدهنية يشارك في رابطة مزدوجة.

يعتبر السلمون والتراوت والتونة مصادر جيدة لأحماض أوميغا 3 الدهنية. الأحماض الدهنية أوميغا 3 مهمة في وظائف المخ والنمو الطبيعي والتطور. قد تمنع أيضًا أمراض القلب وتقلل من خطر الإصابة بالسرطان.

مثل الكربوهيدرات ، تلقت الدهون الكثير من الدعاية السيئة. صحيح أن الإفراط في تناول الأطعمة المقلية والأطعمة "الدهنية" الأخرى يؤدي إلى زيادة الوزن. ومع ذلك ، فإن الدهون لها وظائف مهمة. تعمل الدهون كمخزن للطاقة على المدى الطويل. كما أنها توفر عزلًا للجسم. لذلك ، يجب استهلاك الدهون غير المشبعة "الصحية" بكميات معتدلة على أساس منتظم.

الفوسفوليبيد

الفسفوليبيدات هي المكون الرئيسي لغشاء البلازما. مثل الدهون ، فهي تتكون من سلاسل الأحماض الدهنية المرتبطة بالجلسرين أو العمود الفقري المشابه. بدلاً من ثلاثة أحماض دهنية مرتبطة ، ومع ذلك ، هناك نوعان من الأحماض الدهنية والكربون الثالث من العمود الفقري للجليسرول مرتبط بمجموعة الفوسفات. يتم تعديل مجموعة الفوسفات بإضافة كحول.

يحتوي الفسفوليبيد على مناطق كارهة للماء ومحبة للماء. سلاسل الأحماض الدهنية كارهة للماء وتستبعد نفسها من الماء ، في حين أن الفوسفات محبة للماء وتتفاعل مع الماء.

الخلايا محاطة بغشاء يحتوي على طبقة ثنائية من الفوسفوليبيد. تواجه الأحماض الدهنية للفوسفوليبيد الداخل ، بعيدًا عن الماء ، في حين أن مجموعة الفوسفات يمكن أن تواجه البيئة الخارجية أو داخل الخلية ، وكلاهما مائي.

المنشطات والشموع

على عكس الدهون الفسفورية والدهون التي نوقشت سابقًا ، فإن المنشطات لها هيكل حلقي. على الرغم من أنها لا تشبه الدهون الأخرى ، إلا أنها مجمعة معها لأنها أيضًا كارهة للماء. تحتوي جميع المنشطات على أربع حلقات كربون مرتبطة والعديد منها ، مثل الكوليسترول ، لها ذيل قصير.

الكوليسترول هو الستيرويد. يتم تصنيع الكوليسترول بشكل رئيسي في الكبد وهو مقدمة للعديد من هرمونات الستيرويد ، مثل التستوستيرون والإستراديول. وهو أيضًا مقدمة لفيتامينات E و K. يعتبر الكوليسترول مقدمة للأملاح الصفراوية التي تساعد في تكسير الدهون وامتصاصها لاحقًا بواسطة الخلايا. على الرغم من الحديث عن الكوليسترول في كثير من الأحيان بعبارات سلبية ، إلا أنه ضروري لعمل الجسم بشكل سليم. إنه مكون رئيسي لأغشية البلازما في الخلايا الحيوانية.

تتكون الشموع من سلسلة هيدروكربونية مع مجموعة كحول (–OH) وحمض دهني. تشمل أمثلة شموع الحيوانات شمع العسل واللانولين. تحتوي النباتات أيضًا على شمع ، مثل الطلاء الموجود على أوراقها ، والذي يساعد على منعها من الجفاف.

للحصول على منظور إضافي للدهون ، استكشف هذه الرسوم المتحركة التفاعلية.

أهداف التعلم

الدهون هي فئة من الجزيئات الكبيرة غير القطبية والطارئة للماء بطبيعتها. تشمل الأنواع الرئيسية الدهون والزيوت والشموع والفوسفوليبيد والمنشطات. الدهون هي شكل من أشكال الطاقة المخزنة وتُعرف أيضًا باسم ثلاثي الجلسرين أو الدهون الثلاثية. تتكون الدهون من الأحماض الدهنية وإما الجلسرين أو السفينجوزين. قد تكون الأحماض الدهنية غير مشبعة أو مشبعة ، اعتمادًا على وجود أو عدم وجود روابط مزدوجة في سلسلة الهيدروكربون. في حالة وجود روابط مفردة فقط ، تُعرف باسم الأحماض الدهنية المشبعة. قد تحتوي الأحماض الدهنية غير المشبعة على رابطة مزدوجة واحدة أو أكثر في سلسلة الهيدروكربون. تشكل الفوسفوليبيد مصفوفة الأغشية. لديهم الجلسرين أو العمود الفقري السفينجوزين التي ترتبط بها سلسلتان من الأحماض الدهنية ومجموعة تحتوي على الفوسفات. المنشطات هي فئة أخرى من الدهون. يتكون هيكلها الأساسي من أربع حلقات كربون مصهورة. الكوليسترول هو نوع من الستيرويد وهو مكون مهم لغشاء البلازما ، حيث يساعد في الحفاظ على الطبيعة السائلة للغشاء. وهو أيضا مقدمة لهرمونات الستيرويد مثل التستوستيرون.

تأكد من فهمك

أجب عن السؤال (الأسئلة) أدناه لمعرفة مدى فهمك للموضوعات التي تم تناولها في القسم السابق. هذا الاختبار القصير يفعل ليس احتسب في درجتك في الفصل ، ويمكنك إعادة احتسابها لعدد غير محدود من المرات.

استخدم هذا الاختبار للتحقق من فهمك وتحديد ما إذا كنت تريد (1) دراسة القسم السابق بشكل أكبر أو (2) الانتقال إلى القسم التالي.


3.4: الأغشية والدهون الغشائية

جميع الخلايا الحية محاطة بغشاء الخلية. تحتوي الخلايا النباتية (الشكل ( فهرس الصفحة <1A> )) والخلايا الحيوانية (الشكل ( فهرس الصفحة <1B> )) على نواة خلية محاطة أيضًا بغشاء وتحمل المعلومات الوراثية للخلية. كل شيء بين غشاء الخلية والغشاء النووي و mdash بما في ذلك السوائل داخل الخلايا ومختلف المكونات الخلوية مثل الميتوكوندريا والريبوزومات و [مدشيس] تسمى السيتوبلازم. تمتلك أغشية جميع الخلايا بنية متشابهة بشكل أساسي ، لكن وظيفة الغشاء تختلف بشكل كبير من كائن حي إلى آخر وحتى من خلية إلى أخرى داخل كائن حي واحد. ينشأ هذا التنوع بشكل رئيسي من وجود بروتينات ودهون مختلفة في الغشاء.

الشكل ( PageIndex <1> ): (أ) خلية نباتية مثالية. لا تحدث كل الهياكل الموضحة هنا في كل نوع من أنواع الخلايا النباتية. (ب) خلية حيوانية مثالية. نادرًا ما توجد الهياكل الموضحة هنا في خلية حيوانية واحدة.

تكون الدهون في أغشية الخلايا قطبية للغاية ولكن لها خصائص مزدوجة: جزء من الدهون أيوني وبالتالي يذوب في الماء ، في حين أن الباقي له بنية هيدروكربونية وبالتالي يذوب في المواد غير القطبية. في كثير من الأحيان ، يشار إلى الجزء الأيوني على أنه محب للماء ، بمعنى & ldquowater المحبة ، & rdquo والجزء غير القطبي على أنه مسعور ، بمعنى & ldquowater fearing & rdquo (يصده الماء). عندما يُسمح لها بالطفو بحرية في الماء ، تتجمع الدهون القطبية معًا تلقائيًا في أي من الترتيبات الثلاثة: المذيلات ، والطبقات الأحادية ، والطبقات الثنائية (الشكل ( فهرس الصفحة <2> )).

الشكل ( فهرس الصفحة <2> ): تراكيب دهنية قطبية مشكلة تلقائيًا في الماء: أحادي الطبقة وميسيل وطبقة ثنائية

الميسيلات عبارة عن تجمعات يتم فيها توجيه الدهون وذيول الهيدروكربون و mdashbeing مسعور و mdashare موجهة نحو مركز التجمع وبعيدًا عن المياه المحيطة بينما يتم توجيه الرؤوس المحبة للماء إلى الخارج ، في اتصال مع الماء. قد تحتوي كل مذيلة على آلاف جزيئات الدهون. قد تشكل الدهون القطبية أيضًا أحادي الطبقة ، وهي طبقة بسماكة جزيء واحد على سطح الماء. تواجه الرؤوس القطبية في الماء ، وتلتصق ذيول غير القطبية في الهواء. الطبقات الثنائية هي طبقات مزدوجة من الدهون مرتبة بحيث تكون ذيول كارهة للماء محصورة بين سطح داخلي وسطح خارجي يتكون من رؤوس محبة للماء. تتلامس الرؤوس المحبة للماء مع الماء على جانبي الطبقة الثنائية ، في حين أن الذيل ، المحبوس داخل الطبقة الثنائية ، يُمنع من الاتصال بالماء. تشكل الطبقات الثنائية مثل هذا كل غشاء خلية (الشكل ( فهرس الصفحة <3> )).

الشكل ( PageIndex <3> ): رسم تخطيطي لغشاء الخلية. الغشاء الذي يحيط بخلية حيوانية نموذجية عبارة عن طبقة ثنائية فوسفورية مع جزيئات الكوليسترول والبروتينات المدمجة. سلاسل قليلة السكاريد القصيرة متصلة بالسطح الخارجي.

في الطبقة الداخلية ثنائية الطبقة ، تتفاعل ذيول الكارهة للماء (أي أجزاء الأحماض الدهنية من جزيئات الدهون) عن طريق قوى التشتت. تضعف التفاعلات بوجود الأحماض الدهنية غير المشبعة. نتيجة لذلك ، تكون مكونات الغشاء حرة في الطحن إلى حد ما تقريبًا ، ويوصف الغشاء بأنه سائل.

يمكن تصنيف الدهون الموجودة في أغشية الخلايا بطرق مختلفة. الفسفوليبيدات هي دهون تحتوي على الفوسفور. الجليكوليبيدات هي دهون تحتوي على السكر. تم العثور على الأخيرة حصريًا على السطح الخارجي لغشاء الخلية ، وتعمل كعلامات سطحية مميزة للخلية وبالتالي تعمل في التعرف الخلوي والتواصل من خلية إلى خلية. السفينجوليبيدات هي فوسفوليبيدات أو جليكوليبيدات تحتوي على كحول أميني غير مشبع سفينجوزين بدلاً من الجلسرين. يتم عرض الهياكل التخطيطية للدهون الغشائية التمثيلية في الشكل ( فهرس الصفحة <4> ).

الشكل ( PageIndex <4> ): التراكيب المكونة لبعض الدهون الغشائية الهامة

فوسفوجليسريد (المعروف أيضًا باسم glycerophospholipids) هي أكثر أنواع الدهون الفوسفورية وفرة في أغشية الخلايا. تتكون من وحدة جلسرين مع أحماض دهنية متصلة بأول ذرتين من الكربون ، في حين أن وحدة حمض الفوسفوريك ، مؤسترة بجزيء كحول (عادة كحول أميني ، كما هو الحال في الجزء (أ) من الشكل ( فهرس الصفحة <5> )) على ذرة الكربون الثالثة من الجلسرين (الجزء (ب) من الشكل ( فهرس الصفحة <5> )). لاحظ أن جزيء الفسفوجليسريد مطابق لثلاثي الجليسريد حتى وحدة حمض الفوسفوريك (الجزء (ب) من الشكل ( فهرس الصفحة <5> )).

الشكل ( PageIndex <5> ): الفوسفوجليسريد. (أ) توجد الكحولات الأمينية بشكل شائع في الفوسفوجليسريد ، والتي تتضح في صيغتها الهيكلية (ب).

هناك نوعان شائعان من الفوسفوجليسريد. الفوسفوجليسريد الذي يحتوي على إيثانولامين كما يسمى الكحول الأميني فوسفاتيد إيثانول أمين أو السيفالين. تم العثور على السيفالين في أنسجة المخ والأعصاب ولها أيضًا دور في تخثر الدم. فوسفوجليسريد يحتوي على مادة الكولين كما تسمى وحدة الكحول الأمينية فوسفاتيديل كولين أو الليسيثين. تحدث الليسيثين في جميع الكائنات الحية. مثل السيفالين ، فهي مكونات مهمة لأنسجة الأعصاب والدماغ. صفار البيض غني بالليسيثين بشكل خاص. تستخدم الليسيثين من الدرجة التجارية المعزولة من فول الصويا على نطاق واسع في الأطعمة كعوامل استحلاب. يتم استخدام عامل الاستحلاب لتثبيت مستحلب وتشتت مدشة لسائلين لا يختلطان عادة ، مثل الزيت والماء. العديد من الأطعمة عبارة عن مستحلبات. الحليب مستحلب من الزبدة في الماء. عامل الاستحلاب في الحليب هو بروتين يسمى الكازين. المايونيز هو مستحلب من زيت السلطة في الماء ، يستقر بواسطة الليسيثين الموجود في صفار البيض.

سفينجوميلين ، أبسط شحميات سفينجولية ، يحتوي كل منها على حمض دهني ، وحمض الفوسفوريك ، والسفينجوزين ، والكولين (الشكل ( فهرس الصفحة <6> )). نظرًا لاحتوائها على حمض الفوسفوريك ، فإنها تُصنف أيضًا على أنها فوسفورية. سفينجوميلين هي مكونات مهمة لغمد المايلين المحيط بالمحور العصبي للخلية العصبية. التصلب المتعدد هو أحد الأمراض العديدة الناتجة عن تلف غمد الميالين.

الشكل ( PageIndex <6> ): الشحميات السفينغولية. (أ) تم العثور على Sphingosine ، وهو كحول أميني ، في جميع sphingolipids. (ب) يُعرف السفينجوميلين أيضًا باسم الفوسفوليبيد ، كما يتضح من وحدة حمض الفوسفوريك في هيكلها.

تحتوي معظم الخلايا الحيوانية على شحميات سفينجولية تسمى cerebrosides (الشكل ( فهرس الصفحة <7> )). تتكون المبيدات الحشرية من السفينجوزين ، والأحماض الدهنية ، والجلاكتوز أو الجلوكوز. لذلك فهي تشبه السفينجوميلين ولكن لديها وحدة سكر بدلاً من مجموعة فوسفات الكولين. المبيدات الحشرية هي مكونات مهمة لأغشية الخلايا العصبية والدماغية.

الشكل ( PageIndex <7> ): Cerebrosides. Cerebrosides هي شحميات سفينجولية تحتوي على وحدة سكر.

الشحميات السفينغولية التي تسمى الغانغليوزيدات أكثر تعقيدًا ، وعادة ما تحتوي على سلسلة متفرعة من ثلاثة إلى ثمانية السكريات الأحادية و / أو السكريات المستبدلة. بسبب الاختلاف الكبير في مكونات السكر ، تم التعرف على حوالي 130 نوعًا من الغانجليوسيدات. تعتمد معظم عمليات التعرف والتواصل من خلية إلى أخرى (على سبيل المثال ، مستضدات فصيلة الدم) على الاختلافات في تسلسل السكريات في هذه المركبات. تنتشر Gangliosides بشكل أكبر في الأغشية الخارجية للخلايا العصبية ، على الرغم من أنها تحدث أيضًا بكميات أقل في الأغشية الخارجية لمعظم الخلايا الأخرى. نظرًا لاحتواء cerebrosides و gangliosides على مجموعات سكر ، فإنها تُصنف أيضًا على أنها جليكوليبيدات.


3.3 الدهون

في هذا القسم سوف تستكشف الأسئلة التالية:

  • ما هي الأنواع الأربعة الرئيسية للدهون؟
  • ما هي وظائف الدهون في الكائنات الحية؟
  • ما الفرق بين الأحماض الدهنية المشبعة وغير المشبعة؟
  • ما هو التركيب الجزيئي للفوسفوليبيد ، وما هو دور الفسفوليبيد في الخلايا؟
  • ما هي البنية الأساسية للستيرويد ، وما هي أمثلة على وظائفها؟
  • كيف يساعد الكوليسترول في الحفاظ على الطبيعة السائلة لغشاء البلازما للخلايا؟

اتصال لدورات AP ®

تعتبر الدهون أيضًا من مصادر الطاقة التي تدعم العمليات الخلوية. مثل الكربوهيدرات ، تتكون الدهون من الكربون والهيدروجين والأكسجين ، لكن هذه الذرات مرتبة بشكل مختلف. معظم الدهون غير قطبية وطارئة للماء. تشمل الأنواع الرئيسية الدهون والزيوت والشموع والفوسفوليبيد والمنشطات. تتكون الدهون النموذجية من ثلاثة أحماض دهنية مرتبطة بجزيء واحد من الجلسرين ، وتشكل الدهون الثلاثية أو ثلاثي الجلسرين. قد تكون الأحماض الدهنية مشبعة أو غير مشبعة ، اعتمادًا على وجود أو عدم وجود روابط مزدوجة في سلسلة الهيدروكربون ، يحتوي الحمض الدهني المشبع على أقصى عدد من ذرات الهيدروجين المرتبطة بالكربون ، وبالتالي الروابط المفردة فقط. بشكل عام ، تميل الدهون السائلة في درجة حرارة الغرفة (مثل زيت الكانولا) إلى أن تكون غير مشبعة أكثر من الدهون الصلبة في درجة حرارة الغرفة. في صناعة الأغذية ، يتم هدرجة الزيوت صناعيًا لجعلها أكثر ملاءمة كيميائيًا للاستخدام في الأطعمة المصنعة. خلال عملية الهدرجة هذه ، يمكن تحويل الروابط المزدوجة في التشكل في السلسلة الهيدروكربونية إلى روابط مزدوجة في التحول لسوء الحظ ، فقد ثبت أن الدهون المتحولة تساهم في الإصابة بأمراض القلب. الفسفوليبيدات هي نوع خاص من الدهون المرتبطة بأغشية الخلايا وعادة ما يكون لها العمود الفقري الجلسرين (أو السفينجوزين) الذي ترتبط به سلسلتان من الأحماض الدهنية ومجموعة تحتوي على الفوسفات. نتيجة لذلك ، تعتبر الفسفوليبيدات أمفيباثيك لأنها تحتوي على مكونات كارهة للماء ومحبة للماء. (في الفصلين 4 و 5 سنستكشف بمزيد من التفصيل كيف تساعد الطبيعة الأمفيباثية للفوسفوليبيدات في أغشية خلايا البلازما على تنظيم مرور المواد داخل وخارج الخلية.) على الرغم من اختلاف التركيبات الجزيئية للستيرويدات عن تلك الموجودة في الدهون الثلاثية والفوسفوليبيدات ، الستيرويدات تصنف على أنها دهون بناءً على خصائصها الكارهة للماء. الكوليسترول هو نوع من الستيرويد في غشاء البلازما للخلايا الحيوانية. الكوليسترول هو أيضا مقدمة لهرمونات الستيرويد مثل التستوستيرون.

المعلومات المقدمة والأمثلة الموضحة في القسم ، تدعم المفاهيم الموضحة في الفكرة الكبيرة 4 من إطار منهج علم الأحياء AP ®. توفر أهداف التعلم المدرجة في إطار المناهج الدراسية أساسًا شفافًا لدورة AP ® Biology ، وتجربة معملية قائمة على الاستفسار ، وأنشطة تعليمية ، وأسئلة اختبار AP ®. يدمج هدف التعلم المحتوى المطلوب مع واحد أو أكثر من الممارسات العلمية السبعة.

فكرة كبيرة 4 تتفاعل النظم البيولوجية ، وهذه الأنظمة وتفاعلاتها تمتلك خصائص معقدة.
الفهم الدائم 4 التفاعلات داخل النظم البيولوجية تؤدي إلى خصائص معقدة.
المعرفة الأساسية 4-أ 1 تحدد المكونات الفرعية للجزيئات البيولوجية وتسلسلها خصائص هذا الجزيء.
ممارسة العلوم 7.1 يمكن للطالب ربط الظواهر والنماذج عبر المقاييس المكانية والزمانية.
هدف التعلم 4.1 يستطيع الطالب شرح العلاقة بين التسلسل والمكونات الفرعية للبوليمر البيولوجي وخصائصه.
المعرفة الأساسية 4-أ 1 تحدد المكونات الفرعية للجزيئات البيولوجية وتسلسلها خصائص هذا الجزيء.
ممارسة العلوم 1.3 يمكن للطالب صقل تمثيلات ونماذج للظواهر الطبيعية أو من صنع الإنسان والأنظمة في المجال.
هدف التعلم 4.2 يستطيع الطالب تحسين التمثيلات والنماذج لشرح كيف تحدد المكونات الفرعية للبوليمر البيولوجي وتسلسلها خصائص هذا البوليمر.
المعرفة الأساسية 4-أ 1 تحدد المكونات الفرعية للجزيئات البيولوجية وتسلسلها خصائص هذا الجزيء.
ممارسة العلوم 6.1 يمكن للطالب تبرير الادعاءات بالأدلة.
ممارسة العلوم 6.4 يمكن للطالب تقديم ادعاءات وتنبؤات حول الظواهر الطبيعية بناءً على النظريات والنماذج العلمية.
هدف التعلم 4.3 الطالب قادر على استخدام النماذج للتنبؤ وتبرير أن التغييرات في المكونات الفرعية للبوليمر البيولوجي تؤثر على وظائف الجزيئات.

دعم المعلم

من المفاهيم الخاطئة المهمة التي يجب التغلب عليها للطلاب هي أن الدهون ليست ضارة بالجسم. إنها ضرورية للغاية لوظائف الجسم ، بما في ذلك النمو والبقاء.

مفهوم آخر للمناقشة هو عدم ذوبان الدهون في الماء. إنه واضح في تتبيلة السلطة ، لكن لماذا يحدث؟ إذا ارتبطت مجموعات وظيفية أخرى بالدهون ، فقد تحتوي على بعض الشحنات وتعطي درجة من الذوبان للدهون ، ولكن معظم الدهون لا تحتوي على أي شحنات على سطح الجزيئات وغير قابلة للذوبان في الماء ، لذلك ، عادة ما تكون الدهون وصفت بأنها كارهة للماء.

يجب ربط الدهون غير القابلة للذوبان بالبروتينات في الجسم لتصبح قابلة للذوبان في سوائل الجسم. اطلب من الفصل البحث عن البروتينات التي تنقل وتحمل الدهون. تحديد مساهماتهم في الصحة أو المرض.

تحتوي أسئلة تحدي ممارسة العلوم على أسئلة اختبار إضافية لهذا القسم والتي ستساعدك على التحضير لامتحان AP. تتناول هذه الأسئلة المعايير التالية:
[APLO 2.9] [APLO 2.10] [APLO 2.12] [APLO 2.13] [APLO 2.14] [APLO 4.14]

دهون وزيوت

تشتمل الدهون على مجموعة متنوعة من المركبات غير القطبية إلى حد كبير بطبيعتها. هذا لأنها هيدروكربونات تتضمن في الغالب روابط كربون-كربون أو كربون-هيدروجين غير قطبية. الجزيئات غير القطبية كارهة للماء ("خوف الماء") ، أو غير قابلة للذوبان في الماء. تؤدي الدهون وظائف مختلفة في الخلية. تخزن الخلايا الطاقة للاستخدام طويل الأمد في شكل دهون. توفر الدهون أيضًا عزلًا عن البيئة للنباتات والحيوانات (الشكل 3.13). على سبيل المثال ، يمكن لطبيعتها المقاومة للماء أن تساعد في الحفاظ على جفاف الطيور المائية والثدييات من خلال تكوين طبقة واقية فوق الفراء أو الريش. الدهون هي أيضًا اللبنات الأساسية للعديد من الهرمونات ومكوِّن مهم لجميع أغشية الخلايا. تشمل الدهون الدهون والشمع والفوسفوليبيد والمنشطات.

دعم المعلم

الفرق بين الدهون والزيت هو حالة المركب عند درجة حرارة الغرفة (68 درجة فهرنهايت). الدهن مادة صلبة أو شبه صلبة والزيت سائل عند درجة الحرارة هذه. تتكون كل من الدهون والزيوت من الجلسرين واثنين أو ثلاثة من سلاسل الأحماض الدهنية المرتبطة بالكربون عن طريق تخليق الجفاف. الأحماض الدهنية عبارة عن سلسلة من ذرات الكربون مع ذرات الهيدروجين متصلة بمواقع الترابط المفتوحة. إذا كانت السلسلة مشبعة بالكامل بذرات الهيدروجين ، فإنها تسمى دهون مشبعة. يميل هذا إلى إعطاء المركب تكوينًا صلبًا نسبيًا ويساعده على أن يكون صلبًا. إذا كانت أي من ذرات الهيدروجين مفقودة ، فإنها تسمى دهون أو زيت غير مشبع. يؤدي غياب ذرات الهيدروجين على طول السلسلة إلى تكوين روابط مزدوجة بين ذرات الكربون المجاورة ، مما يؤدي إلى ثني السلسلة. يتسبب هذا في دفع الجزيئات للجزيئات الأخرى القريبة منها ، مما يمنع تكدس سلاسل الأحماض الدهنية ، وينتج عن ذلك سائل في درجة حرارة الغرفة. تميل الدهون إلى احتواء تركيز عالٍ من الأحماض الدهنية المشبعة وتميل الزيوت إلى احتواء المزيد من سلاسل الأحماض الدهنية غير المشبعة. كلا النوعين لهما تأثير على الصحة ، فكمية عالية من الدهون المشبعة هي أقل صحية بكثير من كمية أعلى من الدهون غير المشبعة. استثناء من الدهون المتحولة ، وهي دهون غير مشبعة توجد في الأطعمة المصنعة. تتصرف الدهون المتحولة مثل الدهون المشبعة.

قسم الفصل إلى ثلاثة أقسام: القسم 1: قسم الألبان القسم 2: تتبيلات السلطة ، والقسم 3: رقائق البطاطس .. سيقوم كل قسم بزيارة السوبر ماركت وتحديد الدهون أو الزيوت الموجودة في خمسة أصناف في فئتها. بعد ذلك ، سيعد كل قسم مخططًا يسرد النتائج التي توصلوا إليها ويشاركونها مع الفصل.

يتكون جزيء الدهون من مكونين رئيسيين - الجلسرين والأحماض الدهنية. الجلسرين مركب عضوي (كحول) مع ثلاث كربون وخمسة هيدروجين وثلاث مجموعات هيدروكسيل (OH). تحتوي الأحماض الدهنية على سلسلة طويلة من الهيدروكربونات التي ترتبط بها مجموعة الكربوكسيل ، ومن هنا جاء اسم "الأحماض الدهنية". قد يتراوح عدد الكربون في الأحماض الدهنية من 4 إلى 36 وأكثرها شيوعًا هي تلك التي تحتوي على 12-18 ذرة كربون. في جزيء الدهون ، ترتبط الأحماض الدهنية بكل من الكربونات الثلاثة لجزيء الجلسرين برابطة استر من خلال ذرة أكسجين (الشكل 3.14).

أثناء تكوين رابطة الإستر هذه ، يتم إطلاق ثلاثة جزيئات ماء. قد تكون الأحماض الدهنية الثلاثة في ثلاثي الجلسرين متشابهة أو غير متشابهة. يطلق على الدهون أيضًا اسم ثلاثي الجلسرين أو الدهون الثلاثية بسبب تركيبها الكيميائي. بعض الأحماض الدهنية لها أسماء شائعة تحدد أصلها. على سبيل المثال ، حمض البالمتيك ، وهو حمض دهني مشبع ، مشتق من شجرة النخيل. مشتق من حمض الأراكيدك قصور أراشيس ، الاسم العلمي للفول السوداني أو الفول السوداني.

قد تكون الأحماض الدهنية مشبعة أو غير مشبعة. في سلسلة الأحماض الدهنية ، إذا كان هناك روابط مفردة فقط بين الكربون المتجاور في سلسلة الهيدروكربون ، يقال إن الحمض الدهني مشبع. الأحماض الدهنية المشبعة مشبعة بالهيدروجين وبعبارة أخرى ، يتم زيادة عدد ذرات الهيدروجين المرتبطة بهيكل الكربون إلى الحد الأقصى. حمض دهني مثال على حمض دهني مشبع (الشكل 3.15)

عندما تحتوي سلسلة الهيدروكربون على رابطة مزدوجة ، يقال أن الحمض الدهني غير مشبع. حمض الأوليك مثال على الأحماض الدهنية غير المشبعة (الشكل 3.16).

معظم الدهون غير المشبعة سائلة في درجة حرارة الغرفة وتسمى بالزيوت. إذا كانت هناك رابطة مزدوجة واحدة في الجزيء ، فإنها تُعرف باسم الدهون الأحادية غير المشبعة (على سبيل المثال ، زيت الزيتون) ، وإذا كان هناك أكثر من رابطة مزدوجة واحدة ، فإنها تُعرف باسم الدهون المتعددة غير المشبعة (على سبيل المثال ، زيت الكانولا).

عندما لا يكون للحمض الدهني روابط مزدوجة ، فإنه يُعرف باسم حمض دهني مشبع لأنه لا يمكن إضافة المزيد من الهيدروجين إلى ذرات الكربون في السلسلة. قد تحتوي الدهون على أحماض دهنية متشابهة أو مختلفة مرتبطة بالجلسرين. تميل الأحماض الدهنية الطويلة المستقيمة ذات الروابط المفردة إلى التعبئة بإحكام وتكون صلبة في درجة حرارة الغرفة. تعتبر الدهون الحيوانية التي تحتوي على حامض دهني وحمض النخيل (شائعة في اللحوم) والدهون مع حمض الزبد (شائع في الزبدة) أمثلة على الدهون المشبعة. تخزن الثدييات الدهون في خلايا متخصصة تسمى الخلايا الشحمية ، حيث تشغل كريات الدهون معظم حجم الخلية. في النباتات ، يتم تخزين الدهون أو الزيت في العديد من البذور ويستخدم كمصدر للطاقة أثناء نمو الشتلات. عادة ما تكون الدهون أو الزيوت غير المشبعة من أصل نباتي وتحتوي على رابطة الدول المستقلة الأحماض الدهنية غير المشبعة. رابطة الدول المستقلة و عبر تشير إلى تكوين الجزيء حول الرابطة المزدوجة. إذا كان الهيدروجين موجودًا في نفس المستوى ، فإنه يشار إليه على أنه دهون رابطة الدول المستقلة إذا كانت ذرات الهيدروجين على مستويين مختلفين ، يشار إليها على أنها دهون متحولة. ال رابطة الدول المستقلة تتسبب الرابطة المزدوجة في حدوث انحناء أو "تشويش" يمنع الأحماض الدهنية من التعبئة بإحكام ، مما يبقيها سائلة في درجة حرارة الغرفة (الشكل 3.17). زيت الزيتون وزيت الذرة وزيت الكانولا وزيت كبد الحوت أمثلة على الدهون غير المشبعة. تساعد الدهون غير المشبعة على خفض مستويات الكوليسترول في الدم بينما تساهم الدهون المشبعة في تكوين طبقة البلاك في الشرايين.

الدهون المتحولة

في صناعة الأغذية ، يتم هدرجة الزيوت صناعيًا لجعلها شبه صلبة وذات قوام مرغوب فيه للعديد من المنتجات الغذائية المصنعة. ببساطة ، يتم ضخ غاز الهيدروجين عبر الزيوت لتجميدها. أثناء عملية الهدرجة هذه ، تكون الروابط المزدوجة لـ رابطة الدول المستقلة- يمكن تحويل الشكل في سلسلة الهيدروكربون إلى روابط مزدوجة في التحويل.

المارجرين وبعض أنواع زبدة الفول السوداني والسمن هي أمثلة على الدهون المتحولة المهدرجة صناعياً. أظهرت الدراسات الحديثة أن زيادة الدهون المتحولة في النظام الغذائي للإنسان قد تؤدي إلى زيادة مستويات البروتينات الدهنية منخفضة الكثافة (LDL) ، أو الكوليسترول "الضار" ، والذي بدوره قد يؤدي إلى ترسب البلاك في الشرايين ، مما يؤدي إلى مرض قلبي. حظرت العديد من مطاعم الوجبات السريعة مؤخرًا استخدام الدهون غير المشبعة ، ويلزم أن تعرض ملصقات الطعام على محتوى الدهون المتحولة.

أحماض أوميغا الدهنية

الأحماض الدهنية الأساسية هي أحماض دهنية مطلوبة ولكن لا يصنعها جسم الإنسان. وبالتالي ، يجب استكمالها من خلال تناولها عن طريق النظام الغذائي. تندرج أحماض أوميغا -3 الدهنية (مثل تلك الموضحة في الشكل 3.18) ضمن هذه الفئة وهي واحدة من اثنين فقط معروفين للبشر (الآخر هو أحماض أوميغا 6 الدهنية). هذه أحماض دهنية متعددة غير مشبعة وتسمى أوميغا 3 لأن الكربون الثالث من نهاية سلسلة الهيدروكربون متصل بالكربون المجاور له برابطة مزدوجة.

يتم ترقيم أبعد كربون بعيدًا عن مجموعة الكربوكسيل على أنه أوميغا (ω) الكربون ، وإذا كانت الرابطة المزدوجة بين الكربون الثالث والرابع من هذه النهاية ، فإنها تُعرف باسم حمض أوميغا 3 الدهني. مهم من الناحية التغذوية لأن الجسم لا يصنعها ، تشمل أحماض أوميغا 3 الدهنية حمض ألفا لينوليك (ALA) وحمض إيكوسابنتاينويك (EPA) وحمض الدوكوساهيكسانويك (DHA) ، وكلها غير مشبعة. يعتبر السلمون والتراوت والتونة مصادر جيدة لأحماض أوميغا 3 الدهنية. تشير الأبحاث إلى أن أحماض أوميغا 3 الدهنية تقلل من خطر الموت المفاجئ من النوبات القلبية ، وتقلل من الدهون الثلاثية في الدم ، وتخفض ضغط الدم ، وتمنع تجلط الدم عن طريق تثبيط تخثر الدم. كما أنها تقلل الالتهاب ، وقد تساعد في تقليل خطر الإصابة ببعض أنواع السرطان في الحيوانات.

مثل الكربوهيدرات ، تلقت الدهون الكثير من الدعاية السيئة. صحيح أن الإفراط في تناول الأطعمة المقلية والأطعمة "الدهنية" الأخرى يؤدي إلى زيادة الوزن. ومع ذلك ، فإن الدهون لها وظائف مهمة. العديد من الفيتامينات قابلة للذوبان في الدهون ، وتعمل الدهون كشكل تخزين طويل الأمد للأحماض الدهنية: مصدر للطاقة. كما أنها توفر عزلًا للجسم. لذلك ، يجب استهلاك الدهون "الصحية" بكميات معتدلة بشكل منتظم.

دعم المعلم

هذا السؤال هو تطبيق الهدف التعليمي 4.3 والممارسات العلمية 6.1 و 6.4 لأن الطلاب يتوقعون كيف يمكن للتغيير في المكونات الفرعية للجزيء أن يؤثر على خصائص الجزيء.

يتكون الفسفوليبيد من مجموعة فوسفات مرتبطة بالجلسرين المرتبط بسلسلتين من الأحماض الدهنية. إحدى سلاسل الأحماض الدهنية مشبعة والأخرى غير مشبعة. تكون السلسلة المشبعة مستقيمة ، بينما تحتوي السلسلة غير المشبعة على منحنى. تشكل الفسفوليبيدات طبقات ثنائية للدهون ، وهي المكون الرئيسي لمعظم أغشية البلازما وتعطيها خاصية تشبه السوائل ، نتيجة لذيول الأحماض الدهنية التي تخلق مساحة بين جزيئات الفوسفوليبيد.

قد يكون من الصعب تصور مفهوم ذيل حامض دهني منحني يساهم في سيولة غشاء الخلية. احصل على بعض دبابيس الملابس الخشبية القديمة. يصبح المقبض الموجود في الأعلى جزيء فوسفات. يتحول الشقان الموجودان في الدبابيس إلى أحماض دهنية. كلا الشوكات صلبة ، لذا فهي من الأحماض الدهنية المشبعة. لا توجد أحماض دهنية غير مشبعة في هذا العرض. أمسك عددًا من الدبابيس بإحكام في يدك واطلب من الطالب إزالة دبوس في المنتصف. لا ينبغي أن يكونوا قادرين على ذلك ، لأنك تضغط على شوكات كل الدبابيس معًا. سيكون هذا في غشاء الخلية دون أي أحماض دهنية غير مشبعة تدفع السلاسل المجاورة بعيدًا ، مما يخلق فراغات تسمح للغشاء بالتصرف مثل السوائل.


3.3 الدهون

تشتمل الدهون على مجموعة متنوعة من المركبات غير القطبية إلى حد كبير بطبيعتها. هذا لأنها هيدروكربونات تشتمل في الغالب على روابط كربون-كربون أو كربون-هيدروجين غير قطبية. الجزيئات غير القطبية كارهة للماء ("خوف الماء") ، أو غير قابلة للذوبان في الماء. تؤدي الدهون وظائف مختلفة في الخلية. تخزن الخلايا الطاقة للاستخدام طويل الأمد في شكل دهون. توفر الدهون أيضًا عزلًا عن البيئة للنباتات والحيوانات (الشكل 3.12). For example, they help keep aquatic birds and mammals dry when forming a protective layer over fur or feathers because of their water-repellant hydrophobic nature. Lipids are also the building blocks of many hormones and are an important constituent of all cellular membranes. Lipids include fats, oils, waxes, phospholipids, and steroids.

Fats and Oils

A fat molecule consists of two main components—glycerol and fatty acids. Glycerol is an organic compound (alcohol) with three carbons, five hydrogens, and three hydroxyl (OH) groups. Fatty acids have a long chain of hydrocarbons to which a carboxyl group is attached, hence the name “fatty acid.” The number of carbons in the fatty acid may range from 4 to 36 most common are those containing 12–18 carbons. In a fat molecule, the fatty acids are attached to each of the three carbons of the glycerol molecule with an ester bond through an oxygen atom (Figure 3.13).

During this ester bond formation, three water molecules are released. The three fatty acids in the triacylglycerol may be similar or dissimilar. Fats are also called triacylglycerols or triglycerides because of their chemical structure. Some fatty acids have common names that specify their origin. For example, palmitic acid, a saturated fatty acid , is derived from the palm tree. Arachidic acid is derived from Arachis hypogea, the scientific name for groundnuts or peanuts.

Fatty acids may be saturated or unsaturated. In a fatty acid chain, if there are only single bonds between neighboring carbons in the hydrocarbon chain, the fatty acid is said to be saturated. Saturated fatty acids are saturated with hydrogen in other words, the number of hydrogen atoms attached to the carbon skeleton is maximized. Stearic acid is an example of a saturated fatty acid (Figure 3.14)

When the hydrocarbon chain contains a double bond, the fatty acid is said to be unsaturated . Oleic acid is an example of an unsaturated fatty acid (Figure 3.15).

Most unsaturated fats are liquid at room temperature and are called oils. If there is one double bond in the molecule, then it is known as a monounsaturated fat (e.g., olive oil), and if there is more than one double bond, then it is known as a polyunsaturated fat (e.g., canola oil).

When a fatty acid has no double bonds, it is known as a saturated fatty acid because no more hydrogen may be added to the carbon atoms of the chain. A fat may contain similar or different fatty acids attached to glycerol. Long straight fatty acids with single bonds tend to get packed tightly and are solid at room temperature. Animal fats with stearic acid and palmitic acid (common in meat) and the fat with butyric acid (common in butter) are examples of saturated fats. Mammals store fats in specialized cells called adipocytes, where globules of fat occupy most of the cell’s volume. In plants, fat or oil is stored in many seeds and is used as a source of energy during seedling development. Unsaturated fats or oils are usually of plant origin and contain رابطة الدول المستقلة unsaturated fatty acids. رابطة الدول المستقلة و عبر indicate the configuration of the molecule around the double bond. If hydrogens are present in the same plane, it is referred to as a cis fat if the hydrogen atoms are on two different planes, it is referred to as a trans fat . ال رابطة الدول المستقلة double bond causes a bend or a “kink” that prevents the fatty acids from packing tightly, keeping them liquid at room temperature (Figure 3.16). Olive oil, corn oil, canola oil, and cod liver oil are examples of unsaturated fats. Unsaturated fats help to lower blood cholesterol levels whereas saturated fats contribute to plaque formation in the arteries.

Trans Fats

In the food industry, oils are artificially hydrogenated to make them semi-solid and of a consistency desirable for many processed food products. Simply speaking, hydrogen gas is bubbled through oils to solidify them. During this hydrogenation process, double bonds of the رابطة الدول المستقلة- conformation in the hydrocarbon chain may be converted to double bonds in the trans- conformation.

Margarine, some types of peanut butter, and shortening are examples of artificially hydrogenated trans fats. Recent studies have shown that an increase in trans fats in the human diet may lead to an increase in levels of low-density lipoproteins (LDL), or “bad” cholesterol, which in turn may lead to plaque deposition in the arteries, resulting in heart disease. Many fast food restaurants have recently banned the use of trans fats, and food labels are required to display the trans fat content.

Omega Fatty Acids

Essential fatty acids are fatty acids required but not synthesized by the human body. Consequently, they have to be supplemented through ingestion via the diet. Omega -3 fatty acids (like that shown in Figure 3.17) fall into this category and are one of only two known for humans (the other being omega-6 fatty acid). These are polyunsaturated fatty acids and are called omega-3 because the third carbon from the end of the hydrocarbon chain is connected to its neighboring carbon by a double bond.

The farthest carbon away from the carboxyl group is numbered as the omega (ω) carbon, and if the double bond is between the third and fourth carbon from that end, it is known as an omega-3 fatty acid. Nutritionally important because the body does not make them, omega-3 fatty acids include alpha-linoleic acid (ALA), eicosapentaenoic acid (EPA), and docosahexaenoic acid (DHA), all of which are polyunsaturated. Salmon, trout, and tuna are good sources of omega-3 fatty acids. Research indicates that omega-3 fatty acids reduce the risk of sudden death from heart attacks, reduce triglycerides in the blood, lower blood pressure, and prevent thrombosis by inhibiting blood clotting. They also reduce inflammation, and may help reduce the risk of some cancers in animals.

Like carbohydrates, fats have received a lot of bad publicity. It is true that eating an excess of fried foods and other “fatty” foods leads to weight gain. However, fats do have important functions. Many vitamins are fat soluble, and fats serve as a long-term storage form of fatty acids: a source of energy. They also provide insulation for the body. Therefore, “healthy” fats in moderate amounts should be consumed on a regular basis.

Waxes

Wax covers the feathers of some aquatic birds and the leaf surfaces of some plants. Because of the hydrophobic nature of waxes, they prevent water from sticking on the surface (Figure 3.18). Waxes are made up of long fatty acid chains esterified to long-chain alcohols.

الفوسفوليبيد

Phospholipids are major constituents of the plasma membrane, the outermost layer of animal cells. Like fats, they are composed of fatty acid chains attached to a glycerol or sphingosine backbone. Instead of three fatty acids attached as in triglycerides, however, there are two fatty acids forming diacylglycerol, and the third carbon of the glycerol backbone is occupied by a modified phosphate group (Figure 3.19). A phosphate group alone attached to a diaglycerol does not qualify as a phospholipid it is phosphatidate (diacylglycerol 3-phosphate), the precursor of phospholipids. The phosphate group is modified by an alcohol. Phosphatidylcholine and phosphatidylserine are two important phospholipids that are found in plasma membranes.

A phospholipid is an amphipathic molecule, meaning it has a hydrophobic and a hydrophilic part. The fatty acid chains are hydrophobic and cannot interact with water, whereas the phosphate-containing group is hydrophilic and interacts with water (Figure 3.20).

The head is the hydrophilic part, and the tail contains the hydrophobic fatty acids. In a membrane, a bilayer of phospholipids forms the matrix of the structure, the fatty acid tails of phospholipids face inside, away from water, whereas the phosphate group faces the outside, aqueous side (Figure 3.20).

الفسفوليبيدات مسؤولة عن الطبيعة الديناميكية لغشاء البلازما. If a drop of phospholipids is placed in water, it spontaneously forms a structure known as a micelle, where the hydrophilic phosphate heads face the outside and the fatty acids face the interior of this structure.

منشطات

Unlike the phospholipids and fats discussed earlier, steroids have a fused ring structure. Although they do not resemble the other lipids, they are grouped with them because they are also hydrophobic and insoluble in water. All steroids have four linked carbon rings and several of them, like cholesterol, have a short tail (Figure 3.21). Many steroids also have the –OH functional group, which puts them in the alcohol classification (sterols).

Cholesterol is the most common steroid. Cholesterol is mainly synthesized in the liver and is the precursor to many steroid hormones such as testosterone and estradiol, which are secreted by the gonads and endocrine glands. It is also the precursor to Vitamin D. Cholesterol is also the precursor of bile salts, which help in the emulsification of fats and their subsequent absorption by cells. على الرغم من أن الكوليسترول غالبًا ما يتم التحدث عنه بعبارات سلبية من قبل الأشخاص العاديين ، إلا أنه ضروري لعمل الجسم بشكل سليم. وهو أحد مكونات الغشاء البلازمي للخلايا الحيوانية ويوجد داخل طبقة ثنائية الفوسفوليبيد. نظرًا لكونه الهيكل الخارجي للخلايا الحيوانية ، فإن غشاء البلازما مسؤول عن نقل المواد والتعرف الخلوي ويشارك في الاتصال من خلية إلى أخرى.

ارتباط بالتعلم

For an additional perspective on lipids, explore the interactive animation “Biomolecules: The Lipids”


In 1988, Lewis C. Cantley published a paper describing the discovery of a novel type of phosphoinositide kinase with the unprecedented ability to phosphorylate the 3' position of the inositol ring resulting in the formation of phosphatidylinositol-3-phosphate (PI3P). [1] Working independently, Alexis Traynor-Kaplan and coworkers published a paper demonstrating that a novel lipid, phosphatidylinositol 3,4,5 trisphosphate (PIP3) occurs naturally in human neutrophils with levels that increased rapidly following physiologic stimulation with chemotactic peptide. [2] Subsequent studies demonstrated that في الجسم الحي the enzyme originally identified by Cantley's group prefers PtdIns(4,5)P2 as a substrate, producing the product PIP3. [3]

PIP3 functions to activate downstream signaling components, the most notable one being the protein kinase AKT, which activates downstream anabolic signaling pathways required for cell growth and survival. [4]

PtdIns(3,4,5)ص3 is dephosphorylated by the phosphatase PTEN on the 3 position, generating PI(4,5)P2, and by SHIPs (SH2-containing inositol phosphatase) on the 5' position of the inositol ring, producing PI(3,4)P2. [5]

The PH domain in a number of proteins binds to PtdIns(3,4,5)ص3. Such proteins include Akt/PKB, [6] PDK1, [7] Btk1, and ARNO. [8]

PIP3 continues to play a critical role outside of the cytosol, notably at the postsynaptic terminal of hippocampal cells. Here, PIP3 has been implicated in regulating synaptic strengthening and AMPA expression, contributing to long-term potentiation. Moreover, PIP3 suppression disrupts normal AMPA expression on the neuron membrane and instead leads to the accumulation of AMPA on dendritic spines, commonly associated with synaptic depression. [9]

Although clearly an important molecule alone, it is notable that PIP3 interacts with other proteins to mediate synaptic plasticity. Of these proteins, Phldb2 has been shown to interact with PIP3 to induce and maintain LTP. In the absence of such an interaction, memory consolidation is impaired. [10]


Phosphatidylinositol 3,4-bisphosphate

Phosphatidylinositol (3,4)-bisphosphate (PtdIns(3,4)ص2) is a minor phospholipid component of cell membranes, yet an important second messenger. The generation of PtdIns(3,4)ص2 at the plasma membrane activates a number of important cell signaling pathways. [1]

Of all the phospholipids found within the membrane, inositol phospholipids make up less than 10%. [2] Phosphoinositide’s (PI’s) also known as phosphatidylinositol phosphates, are synthesized in the cells endoplasmic reticulum by the protein phosphatidylinositol synthase (PIS). [3] [4] [5] PI’s are highly compartmentalized, their main components include a glycerol backbone, two fatty acid chains enriched with stearic acid and arachidonic acid, and an inositol ring whose phosphate groups regulation differs between organelles depending on the specific PI and PIP kinases and PIP phosphatases present in the organelle (Image 1). [6] [7] [8] These kinases and phosphatases conduct phosphorylation and dephosphorylation at the inositol sugar head groups 3’, 4’, and 5’ positions, producing differing phosphoinositides, including PtdIns(3,4)P2 (Image 2). [9] [1] PI kinases catalyze phosphate groups binding while PI phosphatases remove phosphate groups at the three positions on the PI inositol ring, giving seven different combinations of PI’s. [10] [11]

PtdIns(3,4)ص2 is dephophosphorylated by the phosphatase INPP4B on the 4 position of the inositol ring and by the TPTE (transmembrane phosphatases with tensin homology) family of phosphatases on the 3 position of the inositol ring.

The PH domain in a number of proteins binds to PtdIns(3,4)ص2 including the PH domain in PKB. The generation of PtdIns(3,4)ص2 at the plasma membrane upon the activation of class I PI 3-kinases and SHIP phosphatases causes these proteins to translocate to the plasma membrane, thereby affecting their activity.

Class I and II phosphoinositide 3-kinases (PI3Ks) synthesize PtdIns(3,4)P2 by phosphorylating the phosphoinositide PI4P’s 3-OH position. [12] [13] Phosphatases SHIP1 and SH2-containing inositol 5’-polyphosphatases (SHIP2) produce PtdIns(3,4)P2 through desphosphorylation of PtdIns(3,4,5)P3’s 5’ inositol ring position. [14] [15] In addition to these positive regulators at the plasma membrane (PM), 3-phosphatase tensin homolog (PTEN) acts as a negative regulator of PtdIns(3,4)P2 production by depleting PtdIns(3,4,5)P3 levels at the PM through dephosphorylation of PtdIns(3,4,5)P3’s 3’ inositol ring position, giving rise to PtdIns(4,5)P2. [16] [17] Inositol polyphosphate 4-phosphatase isozymes, INPP4A and INPP4B, also act as negative PtdIns(3,4)P2 regulators, though through a more direct interaction- by hydrolyzing PtdIns(3,4)P2’s 4-phosphate, producing PI3P. [18] [19] [20] PtdIns(3,4)P2 has been indicated to be critical for AKT (Protein kinase B, PKB https://en.wikipedia.org/wiki/Protein_kinase_B) activation within the PI3K pathway through the PI’s regulation by the SHIP1 and 2 phosphatases. Akt is recruited and subsequently activated through its PH domains interaction with PtdIns(3,4)P2 and PtdIns(3,4,5)P3 both of which have shown to have high affinity with the Akt PH domain. [21] Once bound to the PM through its interaction with PtdIns(3,4)P2 and PtdIns(3,4,5)P3, Akt is activated through release of its auto-inhibitory interaction between the PH and kinase domains. [22] Following this release, T308 in the proteins activation loop and S437 in the proteins hydrophobic domain are phosphorylated by Phosphoinositide-dependent kinase-1 (PDK1) [23] and mechanistic target of Rapamycin Complex 2 (mTORC2), [24] respectively. Test tube experiments have shown that the essential recruitment of PDK1 for Akt activation at the PM can be driven through interactions with both PtdIns(3,4)P2 and PtdIns(3,4,5)P3. [25]

It was originally presumed that 5-phosphatases dephosphorylation of PI(3,4,5)P3 would be anti-tumoral, similar to tumor suppressor PTEN. Yet the 5-phosphatase SHIP proteins synthesis of PI(3,4)P2 has been linked to tumor cell survival due to the lipid’s binding and subsequent activation of Akt. [26] Akt activation causes downstream metabolism alterations, apoptosis suppression and a rise in cell proliferation. [27] This pathway and its effects have shown up in 50% of cancers. [28] In conjunction, investigators have shown a rise in PI(3,4)P2 levels and mutation of 4-phosphatase INPP4B has shown mammary epithelial transformation. [29] Recently, PtdIns(3,4)P2 has been shown to play an important role in vesicle maturation during clathrin-mediated endocytosis (CME) (https://en.wikipedia.org/wiki/Receptor-mediated_endocytosis). [30] [31] PtdIns(4)P synthesizing phosphatases SHIP2 and synaptojanin are recruited to clathrin structures at the beginning of the CME process. [32] [33] This production of PtdIns(4)P subsequently leads to PtdIns(3,4)P2 synthesis through PI3K-C2α11, and the newly synthesized PtdIns(3,4)P2 then recruits SNX9 and SNX18 PX-BAR domain proteins which narrow the nascent vesicles neck to eventually be cut and released by dynamin, forming vesicles. [34] [35] PI(3,4)P2 plays another possible role at the PM, promoting cytoskeletal rearrangements through actin regulatory proteins like Lamellipodin. [36] [37] Lamellipodin is recruited to the PM where it is believed to interact with PI(3,4)P2 through its PH domain. Once at the PM, it can regulate lamellipodia actin networks and cell migration by interacting with actin-binding proteins like Ena/VASP. [38] [39] [40]

  1. ^ Dimitrios Karathanassis Robert V. Stahelin Jerónimo Bravo Olga Perisic Christine M Pacold Wonhwa Cho Roger L Williams (2002). "Binding of the PX domain of p47phox to phosphatidylinositol 3,4-bisphosphate and phosphatidic acid is masked by an intramolecular interaction". EMBO Journal. 21 (19): 5057–5068. doi:10.1093/emboj/cdf519. PMC129041 . PMID12356722.
  2. ^ Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walters, P. (2015). Molecular biology of the cell (Sixth ed.). New York, NY: Garland Science.
  3. ^ Gozzelino, L., De Santis, M. C., Gulluni, F., Hirsch, E., & Martini, M. (2020). PI(3,4)P2 Signaling in Cancer and Metabolism. Frontiers in oncology, 10, 360. https://doi.org/10.3389/fonc.2020.00360
  4. ^ Agranoff BW, Bradley R M, Brady RO. The enzymatic synthesis of inositol phosphatide. J بيول كيم. (1958) 233:1077–83.
  5. ^ Epand RM. Recognition of polyunsaturated acyl chains by enzymes acting on membrane lipids. Biochim Biophys Acta. (2012) 1818:957–62. 10.1016/j.bbamem.2011.07.018
  6. ^ Agranoff BW, Bradley R M, Brady RO. The enzymatic synthesis of inositol phosphatide. J بيول كيم. (1958) 233:1077–83.
  7. ^ Epand RM. Recognition of polyunsaturated acyl chains by enzymes acting on membrane lipids. Biochim Biophys Acta. (2012) 1818:957–62. 10.1016/j.bbamem.2011.07.018
  8. ^ Gozzelino, L., De Santis, M. C., Gulluni, F., Hirsch, E., & Martini, M. (2020). PI(3,4)P2 Signaling in Cancer and Metabolism. Frontiers in oncology, 10, 360. https://doi.org/10.3389/fonc.2020.00360
  9. ^ Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walters, P. (2015). Molecular biology of the cell (Sixth ed.). New York, NY: Garland Science.
  10. ^ Gozzelino, L., De Santis, M. C., Gulluni, F., Hirsch, E., & Martini, M. (2020). PI(3,4)P2 Signaling in Cancer and Metabolism. Frontiers in oncology, 10, 360. https://doi.org/10.3389/fonc.2020.00360
  11. ^ Balla T. Phosphoinositides: tiny lipids with giant impact on cell regulation. Physiol Rev. (2013) 93:1019–137. 10.1152/physrev.00028.2012
  12. ^ Gozzelino, L., De Santis, M. C., Gulluni, F., Hirsch, E., & Martini, M. (2020). PI(3,4)P2 Signaling in Cancer and Metabolism. Frontiers in oncology, 10, 360. https://doi.org/10.3389/fonc.2020.00360
  13. ^ Balla T. Phosphoinositides: tiny lipids with giant impact on cell regulation. Physiol Rev. (2013) 93:1019–137. 10.1152/physrev.00028.2012
  14. ^ Gozzelino, L., De Santis, M. C., Gulluni, F., Hirsch, E., & Martini, M. (2020). PI(3,4)P2 Signaling in Cancer and Metabolism. Frontiers in oncology, 10, 360. https://doi.org/10.3389/fonc.2020.00360
  15. ^ Fernandes S, Iyer S, Kerr WG. Role of SHIP1 in cancer and mucosal inflammation. Ann NY Acad Sci. (2013) 1280:6–10. 10.1111/nyas.12038
  16. ^ Gozzelino, L., De Santis, M. C., Gulluni, F., Hirsch, E., & Martini, M. (2020). PI(3,4)P2 Signaling in Cancer and Metabolism. Frontiers in oncology, 10, 360. https://doi.org/10.3389/fonc.2020.00360
  17. ^ Kerr WG. Inhibitor and activator: dual functions for SHIP in immunity and cancer. Ann NY Acad Sci. (2011) 1217:1–17. 10.1111/j.1749-6632.2010.05869.x
  18. ^ Gozzelino, L., De Santis, M. C., Gulluni, F., Hirsch, E., & Martini, M. (2020). PI(3,4)P2 Signaling in Cancer and Metabolism. Frontiers in oncology, 10, 360. https://doi.org/10.3389/fonc.2020.00360
  19. ^ Norris FA, Atkins RC, Majerus PW. The cDNA cloning and characterization of inositol polyphosphate 4-phosphatase type II. evidence for conserved alternative splicing in the 4-phosphatase family. J بيول كيم. (1997) 272:23859–64. 10.1074/jbc.272.38.23859
  20. ^ Gewinner C, Wang ZC, Richardson A, Teruya-Feldstein J, Etemadmoghadam D, Bowtell D, et al. . Evidence that inositol polyphosphate 4-phosphatase type II is a tumor suppressor that inhibits PI3K signaling. الخلايا السرطانية. (2009) 16:115–25. 10.1016/j.ccr.2009.06.006
  21. ^ Frech M, Andjelkovic M, Ingley E, Reddy KK, Falck JR, Hemmings BA. High Affinity Binding of Inositol Phosphates and Phosphoinositides to the Pleckstrin Homology Domain of RAC/Protein Kinase B and Their Influence on Kinase Activity. The Journal of biological chemistry. 1997272(13):8474–8481.
  22. ^ Ebner M, Lučić I, Leonard TA, Yudushkin I. PI(3,4,5)P3 Engagement Restricts Akt Activity to Cellular Membranes. خلية مول. 201765(3):416-431.e6.
  23. ^ Alessi DR, James SR, Downes CP, Holmes AB, Gaffney P, Reese CB, et al. Characterization of a 3- phosphoinositide-dependent protein kinase which phosphorylates and activates protein kinase Bα. علم الأحياء الحالي. 19977(4).
  24. ^ Sarbassov DD, Guertin DA, Ali SM, Sabatini DM. Phosphorylation and Regulation of Akt/PKB by the Rictor-mTOR Complex. علم. 2005307(5712):1098–101.
  25. ^ Alessi DR, James SR, Downes CP, Holmes AB, Gaffney P, Reese CB, et al. Characterization of a 3- phosphoinositide-dependent protein kinase which phosphorylates and activates protein kinase Bα. علم الأحياء الحالي. 19977(4).
  26. ^ Ebner M, Lučić I, Leonard TA, Yudushkin I. PI(3,4,5)P3 Engagement Restricts Akt Activity to Cellular Membranes. خلية مول. 201765(3):416-431.e6.
  27. ^ Ebner M, Lučić I, Leonard TA, Yudushkin I. PI(3,4,5)P3 Engagement Restricts Akt Activity to Cellular Membranes. خلية مول. 201765(3):416-431.e6.
  28. ^ Ebner M, Lučić I, Leonard TA, Yudushkin I. PI(3,4,5)P3 Engagement Restricts Akt Activity to Cellular Membranes. خلية مول. 201765(3):416-431.e6.
  29. ^ Gewinner C, Wang ZC, Richardson A, Teruya-Feldstein J, Etemadmoghadam D, Bowtell D, et al. . Evidence that inositol polyphosphate 4-phosphatase type II is a tumor suppressor that inhibits PI3K signaling. الخلايا السرطانية. (2009) 16:115–25. 10.1016/j.ccr.2009.06.006
  30. ^ Gozzelino, L., De Santis, M. C., Gulluni, F., Hirsch, E., & Martini, M. (2020). PI(3,4)P2 Signaling in Cancer and Metabolism. Frontiers in oncology, 10, 360. https://doi.org/10.3389/fonc.2020.00360
  31. ^ Posor Y, Eichhorn-Gruenig M, Puchkov D, Schoneberg J, Ullrich A, Lampe A, et al. . Spatiotemporal control of endocytosis by phosphatidylinositol-3,4-bisphosphate. طبيعة سجية. (2013) 499:233–7. 10.1038/nature12360
  32. ^ Gozzelino, L., De Santis, M. C., Gulluni, F., Hirsch, E., & Martini, M. (2020). PI(3,4)P2 Signaling in Cancer and Metabolism. Frontiers in oncology, 10, 360. https://doi.org/10.3389/fonc.2020.00360
  33. ^ Nakatsu F, Perera RM, Lucast L, Zoncu R, Domin J, Gertler FB, et al. . The inositol 5-phosphatase SHIP2 regulates endocytic clathrin-coated pit dynamics. J خلية بيول. (2010) 190:307–15. 10.1083/jcb.201005018
  34. ^ Gozzelino, L., De Santis, M. C., Gulluni, F., Hirsch, E., & Martini, M. (2020). PI(3,4)P2 Signaling in Cancer and Metabolism. Frontiers in oncology, 10, 360. https://doi.org/10.3389/fonc.2020.00360
  35. ^ Posor Y, Eichhorn-Gruenig M, Puchkov D, Schoneberg J, Ullrich A, Lampe A, et al. . Spatiotemporal control of endocytosis by phosphatidylinositol-3,4-bisphosphate. طبيعة سجية. (2013) 499:233–7. 10.1038/nature12360
  36. ^ Gozzelino, L., De Santis, M. C., Gulluni, F., Hirsch, E., & Martini, M. (2020). PI(3,4)P2 Signaling in Cancer and Metabolism. Frontiers in oncology, 10, 360. https://doi.org/10.3389/fonc.2020.00360
  37. ^ Hawkins PT, Stephens LR. Emerging evidence of signalling roles for PI(3,4)P2 in class I and II PI3K-regulated pathways. Biochem Soc Trans. (2016) 44:307–14. 10.1042/BST20150248
  38. ^ Krause M, Leslie JD, Stewart M, Lafuente EM, Valderrama F, Jagannathan R, et al. . Lamellipodin, an Ena/VASP ligand, is implicated in the regulation of lamellipodial dynamics. خلية التطوير. (2004) 7:571–83. 10.1016/j.devcel.2004.07.024 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  39. ^ Yoshinaga S, Ohkubo T, Sasaki S, Nuriya M, Ogawa Y, Yasui M, et al. . A phosphatidylinositol lipids system, lamellipodin, and Ena/VASP regulate dynamic morphology of multipolar migrating cells in the developing cerebral cortex. ياء نيوروسسي. (2012) 32:11643–56. 10.1523/JNEUROSCI.0738-12.2012 [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  40. ^ (22)Kato T, Kawai K, Egami Y, Kakehi Y, Araki N. Rac1-dependent lamellipodial motility in prostate cancer PC-3 cells revealed by optogenetic control of Rac1 activity. PLoS ONE. (2014) 9:e97749. 10.1371/journal.pone.0097749

This cell biology article is a stub. يمكنك مساعدة ويكيبيديا من خلال توسيعها.


The chemistry and biology of phosphatidylinositol 4-phosphate at the plasma membrane

Phosphoinositides are an important class of anionic, low abundance signaling lipids distributed throughout intracellular membranes. The plasma membrane contains three phosphoinositides: PI(4)P, PI(4,5)ص2, and PI(3,4,5)ص3. Of these, PI(4)P has remained the most mysterious, despite its characterization in this membrane more than a half-century ago. Fortunately, recent methodological innovations at the chemistry–biology interface have spurred a renaissance of interest in PI(4)P. Here, we describe these new toolsets and how they have revealed novel functions for the plasma membrane PI(4)P pool. We examine high-resolution structural characterization of the plasma membrane PI 4-kinase complex that produces PI(4)P, tools for modulating PI(4)P levels including isoform-selective PI 4-kinase inhibitors, and fluorescent probes for visualizing PI(4)P. Collectively, these chemical and biochemical approaches have revealed insights into how cells regulate synthesis of PI(4)P and its downstream metabolites as well as new roles for plasma membrane PI(4)P in non-vesicular lipid transport, membrane homeostasis and trafficking, and cell signaling pathways.


Lipids in Exosome Biology

Extracellular vesicles (EVs), and exosomes in particular, were initially considered as "garbage bags" for secretion of undesired cellular components. This view has changed considerably over the last two decades, and exosomes have now emerged as important organelles controlling cell-to-cell signaling. They are present in biological fluids and have important roles in the communication between cells in physiological and pathological processes. They are envisioned for clinical use as carriers of biomarkers, therapeutic targets, and vehicles for drug delivery. Important efforts are being made to characterize the contents of these vesicles and to understand the mechanisms that govern their biogenesis and modes of action. This chapter aims to recapitulate the place given to lipids in our understanding of exosome biology. Besides their structural role and their function as carriers, certain lipids and lipid-modifying enzymes seem to exert privileged functions in this mode of cellular communication. By extension, the use of selective "lipid inhibitors" might turn out to be interesting modulators of exosomal-based cell signaling.

الكلمات الدالة: Cell signaling Ceramide Exosomes Neutral sphingomyelinase 2 Phosphatidic acid Phospholipase D2.


معلومات الكاتب

الانتماءات

Department of Cell Biology, Yale School of Medicine, 333 Cedar Street, New Haven, 06510, Connecticut, USA

Abdou Rachid Thiam & Tobias C. Walther

Laboratoire de Physique Statistique, Ecole Normale Supérieure de Paris, Université Pierre et Marie Curie, Université Paris Diderot, Centre National de la Recherche Scientifique, 24 rue Lhomond, Paris, 75005, France

Gladstone Institute of Cardiovascular Disease, 1650 Owens Street, San Francisco, 94158, California, USA

Departments of Medicine and Biochemistry and Biophysics, University of California, San Francisco, 94158, California, USA

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

المؤلفون المراسلون


Lessons learned for future cancer treatment

We presented our data suggesting that not only can gene amplifications and gene mutations act as tumor drivers in addition, increased expression of PI3K regulators can also promote carcinogenesis (Ana Carrera, Centro Nacional de Biotecnología/CSIC, Spain). This is indeed the case for p85β, a regulatory component of class I PI3K proteins that is expressed at low levels in most normal cells that exhibit preferential expression of p85α (Fig. 1). p85β levels, however, increase in several tumor types and contribute to accelerate tumor progression and metastasis. Reduction of p85β levels is therapeutic in mouse-grown tumors, indicating that the increase of PIK3R2 (the gene encoding p85β) expression can act as a driver event in cancer (Vallejo-Díaz et al., 2016 Cortés et al., 2012). Detection of PI3K regulators that act as drivers in cancer might help in the stratification of PI3K-active tumors. An increase in p85β expression should be considered for the design of new therapies aimed at interfering with PI3K action.

Bart Vanhaesebroeck (UCL Cancer Institute, UK) discussed possible alternatives to the therapy protocols that are currently used with PI3K inhibitors. Given that PI3Kα-activating mutations mediate a moderate activation of the pathway, he argues that it might make more sense to treat patients with low doses of PI3K inhibitors to prevent the inactivation of the negative-feedback loops or the acquisition of resistance (Semple and Vanhaesebroeck, 2018). He also discussed the potential utility of inhibitors of PI3K isoforms expressed in hematopoietic cells for use in cancer immunotherapy for solid tumors, and how an adaptive immune response most likely also contributes to the clinical efficacy of the PI3Kδ inhibitors in B-cell malignancies.

Along the same line, Klaus Okkenhaug (University of Cambridge, UK) presented an update on the use of inhibitory compounds for PI3Kδ (an isoform expressed mainly in the hematopoietic system) for the treatment of B-cell malignancies. Based on his previous description of the contribution of PI3Kδ in the differentiation of regulatory T cells, which inhibit the effector cytotoxic T cells, he proposes that PI3Kδ inhibition in cancer might render effector T cells more active against the tumor. PI3Kδ inhibitors could therefore be useful in immunotherapy by reducing regulatory T cells. However, when tested, they found that PI3Kδ inhibitors did not cooperate with therapies directed to block CTLA4 or PD1. By contrast, PI3Kδ inhibitors synergized with inhibitors for CSF1R (Lim et al., 2018). A possible explanation for this cooperation could be that CSF1 activates macrophages, which in turn facilitate metastasis of surrounding tumor cells.

This session discussed several aspects that might improve the efficacy of PI3K inhibitors for cancer treatment. In addition to scoring PI3K/PTEN mutations, we should consider that the expression of PI3K regulators, such as p85β, might also make a tumor dependent on PI3K activity. A change in protocols for compound administration (lowering the doses) and the use of selective PI3K inhibitors, as well as inhibitors of the hematopoietic isoforms (PI3Kγ and PI3Kδ) for immunotherapy, should also be borne in mind for the future.

Taken together, the data discussed here have enriched our understanding of the mechanisms of tumorigenesis induced by PI3K, its actions on the organism, and the resistance mechanisms generated upon treatment with PI3K inhibitors. This should help to delineate new strategies for cancer treatments aimed at blocking the action of PI3K.


شاهد الفيديو: الصف الحادي عشر المسار العلمي الأحياء الليبيدات والدهون 2 الدهون الثلاثية والليبيدات البروتينية (ديسمبر 2022).