Maščobe so nujne za delovanje organizmov in brez njih ni življenja, kot je človeško. Vlogo lipidov na celični ravni proučuje dr. Alenka Čopič. Na ZOOM predavanju v organizaciji Svetovne mreže Univerze v Ljubljani je predstavila svoje delo na področju transporta lipidov v celici in lipidnih kapljic.
Kaj so lipidi?
Poleg ogljikovih hidratov, beljakovin in nukleinske kisline so lipidi ena od štirih skupin biomolekul in v evkariontskih celicah opravljajo številne naloge.
Čeprav v vsakdanjem jeziku govorimo o maščobah, so te le ena od skupin lipidov, namreč trigliceridi. Med lipide sodijo še fosfolipidi in holesterol. Njihova skupna lastnost je, da so netopni v vodi. Sestavljeni so iz glave, ki je lahko v stiku z vodo – torej je hidrofilna, in repkov, ki pa so hidrofobni.
Zaradu take sestave se začnejo lipidi v vodnem okolju specifično obnašati: glave se obrnejo proti vodi, repki pa drug proti drugemu ali proti drugim lipidom. Na ta način nastanejo različne strukture: miceli, liposomi ali pa lipidni dvosloj.
Če pa v mešanico vode in lipidov dodamo emulgator, v določenih okoliščinah nastane emulzija – snov, polna malih oljnih kapljic. Med najbolj slavnimi emulzijami je majoneza.
Fosfolipidi – ključna sestavina celičnih membran
Celična membrana, ki jo imenujemo tudi plazmalema, celici zagotavlja ločenost od okolja in omogoča neodvisno podvojevanje celice. Bistvena sestavina celične membrane so fosfolipidi. Poleg tega pa tvorijo lipidi tudi membrane večine znotrajceličnih organelov. Lipidi tako v povprečju predstavljajo od 10 do 20 % celotne mase celice in 50 % mase celične membrane pri živalih. Ostalih 50 % večinoma predstavljajo beljakovine.
V zgradbi teh membran sodelujejo fosfolipidi, ki so si med seboj zelo različni in s svojimi posameznimi lastnostmi igrajo različne vloge. Imajo lahko različne glave in v repih različne maščobne kisline. Pri slednjih se lahko razlikujejo po dolžini in nasičenosti – torej po številu dvojnih vezi.
Heterogena sestava celičnih membran
V membranah celic različnih tkiv so različni fosfolipidi: v membranah celic pljučnih tkiv lahko najdemo več nasičenih maščobnih kislin, ki sodelujejo kot površinsko aktivne snovi. V membranah celic v srčni mišici pa je več večkrat nenasičenih maščobnih kislin.
A tudi same celice imajo lahko na različnih delih svoje površine drugačno lipidno sestavo. Nevroni, ki so lahko zelo dolge celice, imajo zaradi različne funkcije svoje glave in svojih izrastkov, na membranah enih in drugih različne fosfolipide.
Večino maščob celica sintetizira sama
Večino lipidov, ki jih potrebuje, zna celica narediti sama, zato se ni treba posebej truditi z uživanjem maščob. Paziti moramo le na zadostno uživanje maščobnih kislin omega-3 in omega-6, ki jih celica ne zna narediti sama, so pa nujno potrebne za življenje.
Izdelava lipidov, ki jih celica potrebuje za vključitev v membrano, poteka v organelu, ki se imenuje endoplazmatski retikulum. Ko je lipid izdelan, pa mora skozi vodno okolje priti do membrane.
Eno od raziskovalnih vprašanj: kako lipidi pridejo do membran
Prav transport lipidov od endoplazmatskega retikla do membran je eno od raziskovalnih področij skupine dr. Čopič. To vprašanje proučujejo na kvasovkah, opazujejo pa transport fosfatidilserina.
Ker se lipidi ne morejo mešati z vodo, potrebujejo posebna »prevozna sredstva« za gibanje po vodnem okolju v notranjosti celice. Pri fosfatidilserinu je to poseben transportni protein osh-6. V svoji 3D obliki ima ta protein poseben žepek, kamor zloži molekulo lipida in ga pokrije s kapico, da je varen pred vodo.
Sistem transporta ni povsem učinkovit, saj en protein prenaša po eno molekulo. Raziskovalce v skupini dr. Čopič je zanimalo tudi, kako proteinu uspe premagati pot proti membrani, kjer je teh lipidov že kar nekaj. Ugotovili so, da je posredi izmenjava: osh-6 prinese molekulo fosfatidilserina, s celične membrane pa odnese molekulo drugega lipida PI4P. Ta je na membrani sintetiziran, ko ga osh-6 prinese v endoplazmatski retikel, gre pa v razgradnjo.
Lipidne kapljice
Lipidne kapljice so del celice in jih najdemo v večini celic. Posebnost so maščobne celice, ki imajo po eno veliko lipidno kapljico. Lipidne kapljice so zaloga trigliceridov, ki se po potrebi uporabljajo za energijo za celične procese. Ker notranje okolje ni vodno, je membrana lipidne kapljice sestavljena iz enega samega sloja fosfolipidov.
Kako nastanejo? Tudi lipidne kapljice nastajajo v endoplazmatskem retiklu, oblikujejo se kar iz membrane tega organela.
Kako se proteini vežejo na lipidne kapljice
To je druga tema, s katero se ukvarja ekipa dr. Čopič. Predvsem jih zanima perilipin 4 (Plin4), ki ima nenavadno strukturo z dolgim delom z alfa-vijačnico. Ta del je podobno kot fosfolipidi iz membrane amfifilen in se lahko na eni strani vpenja v lipidno, na drugi strani pa v vodno okolje. Dr. Čopič z ekipo skuša razumeti vlogo tega proteina v celicah. Predlagajo, da s svojo naravo emulgatorja Plin4 pomaga uravnavati število lipidnih kapljic v celicah.
Kako prehrana vpliva na sestavo lipidov v celici
Ali se vrsta maščob, ki jih pojemo, pokaže tudi v lipidnih stukturah v celici, je težko in kompleksno vprašanje. Dr. Čopič pa je postregla z zanimivo informacijo o tem, kako se v celični kulturi HeLa celice odzivajo na to, katere maščobne kisline dodajajo v gojišče. Odvisno od tega, katero maščobno kislino dodajajo v medij, se ta izraziteje pokaže v fosfolipidnem dvosloju celične membrane. Še najbolj izrazita razlika je pri dodajanju nenasičenih maščobnih kislin.
O dr. Alenki Čopič in o Svetovni mreži Univerze v Ljubljani
Dr. Alenka Čopič je magisterij iz biokemije pridobila na Fakulteti za kemijo in kemijsko tehnologijo Univerze v Ljubljani, doktorirala iz celične biologije na Berkeleyju v Kaliforniji, od leta 2013 pa je kot direktorica raziskovanja zaposlena na francoskem inštitutu CNRS (Centre national de la recherche scientifique) in Univerzi v Montpellierju. Tu ima tudi svojo raziskovalno skupino, s katero proučuje lipide.
Svetovna mreža Univerze v Ljubljani povezuje z UL povezane znanstvenike, profesorje in druge, ki delujejo v tujini. Redno organizirajo predavanja s skupnim naslovom Znanost za vse, ki so na ogled tudi v njihovem arhivu.
Viri:
Čopič, A. (18. 1. 2024). Zakaj naše celice potrebujejo različne maščobe – online predavanje. Svetovna mreža Univerze v Ljubljani. https://www.youtube.com/watch?v=MlpM118NVMc
Moser von Filseck, J., Čopič, A., Delfosse, V., Vanni, S., Jackson, C. L., Bourguet, W., & Drin, G. (2015). Intracellular Transport. Phosphatidylserine transport by ORP/Osh proteins is driven by phosphatidylinositol 4-phosphate. Science (New York, N.Y.), 349(6246), 432–436. https://doi.org/10.1126/science.aab1346
