Es un tipo de esfingolípido que se encuentra en las membranas de los animales, particularmente la vaina de mielina.
Está compuesta de fosfatidilcolina o fosfatidiletanolamina, un grupo relacionado con una ceramida (cadena principal de esfingosina y ácido graso).
Se sintetiza en el retículo endoplasmático y en el trans Golgi y se enriquece en la membrana plasmática con una mayor concentración en el folíolo externo.
En humanos, las esfingomielinas comprenden casi el 85% de todos los esfingolípidos y el 10-20% molar de los lípidos totales de la membrana plasmática.
Las esfingomielinas comprenden del 4 al 18% de todos los lípidos de la membrana del sarcolema, con un 93% presente en el folíolo externo.
Las esfingomielinas son casi cilíndricas, aunque sus colas de alquilos a menudo difieren en el número de carbonos con un alto grado de saturación.
Su alta temperatura de transición y una mayor tendencia a formar enlaces de hidrógeno intermoleculares en comparación con fosfolípidos similares puede conducir a la heterogeneidad lateral y la formación espontánea de microdominios.
Además, el enlace de hidrógeno intermolecular entre la esfingomielina y el colesterol puede permitir un empaquetado ajustado en la fase ordenada por líquido de «balsas» y favorecer su formación.
Las esfingomielinas contienen fosfocolina o fosfoetanolamina como su grupo polar y por lo tanto, se clasifican junto con los glicerofosfolípidos como fosfolípidos.
La esfingomielina fue aislada por primera vez por el químico alemán Johann L.W. Thudicum en la década de 1880. La estructura de la esfingomielina se informó por primera vez en 1927 como N-acil-esfingosina-1-fosforilcolina.
El contenido de esfingomielina en los mamíferos oscila entre el 2 y el 15% en la mayoría de los tejidos, con concentraciones más altas que se encuentran en los tejidos nerviosos, los glóbulos rojos y las lentes oculares.
La esfingomielina tiene importantes funciones estructurales y funcionales en la célula. Es un componente de la membrana plasmática y participa en muchas vías de señalización. El metabolismo de la esfingomielina crea muchos productos que juegan un papel importante en la célula.
Características físicas
Composición
La esfingomielina consiste en un grupo de fosfocolina, una esfingosina y un ácido graso. Es uno de los pocos fosfolípidos de membrana no sintetizados a partir de glicerol.
La esfingosina y el ácido graso pueden catalogarse colectivamente como una ceramida.
Esta composición permite que la esfingomielina desempeñe un papel importante en las vías de señalización: la degradación y la síntesis de la esfingomielina producen segundos mensajeros importantes para la transducción de señales.
La esfingomielina obtenida de fuentes naturales, como huevos o cerebro bovino, contiene ácidos grasos de diversa longitud de cadena.
La esfingomielina con longitud de cadena establecida, tal como palmitoilfingomielina con una cadena de 16 acilos saturados, está disponible comercialmente.
Propiedades
Idealmente, las moléculas de esfingomielina tienen la forma de un cilindro, sin embargo, muchas moléculas de esfingomielina tienen una falta de coincidencia de cadena significativa (las longitudes de las dos cadenas hidrofóbicas son significativamente diferentes).
Las cadenas hidrofóbicas de la esfingomielina tienden a estar mucho más saturadas que otros fosfolípidos.
La temperatura de la fase de transición principal de las esfingomielinas también es mayor en comparación con la temperatura de transición de fase de fosfolípidos similares, cerca de 37°C. Esto puede introducir heterogeneidad lateral en la membrana, generando dominios en la membrana bicapa.
La esfingomielina sufre interacciones significativas con el colesterol. El colesterol tiene la capacidad de eliminar la transición de líquido a fase sólida en los fosfolípidos.
Debido a que la temperatura de transición de la esfingomielina está dentro de los rangos de temperatura fisiológicos, el colesterol puede jugar un papel significativo en la fase de la esfingomielina. Las esfingomielinas también son más propensas a los enlaces de hidrógeno intermoleculares que otros fosfolípidos.
Ubicación
La esfingomielina se sintetiza en el retículo endoplásmico (ER por sus siglas en ingles), donde se puede encontrar en bajas cantidades, y en el trans Golgi. Está enriquecido en la membrana plasmática con una mayor concentración en el prospecto externo que en el interno.
El complejo de Golgi representa un intermedio entre el retículo endoplásmico y la membrana plasmática, con concentraciones ligeramente mayores hacia el lado trans.
Metabolismo
Síntesis
La síntesis de esfingomielina implica la transferencia enzimática de una fosfocolina de fosfatidilcolina a una ceramida.
El primer paso comprometido de la síntesis de esfingomielina implica la condensación de L-serina y palmitoil-CoA. Esta reacción es catalizada por serina palmitoiltransferasa.
El producto de esta reacción se reduce, produciendo dihidroesfingosina. La dihidroesfingosina se somete a N-acilación seguida de desaturación para producir una ceramida. Cada una de estas reacciones ocurre en la superficie citosólica del retículo endoplásmico.
La ceramida se transporta al aparato de Golgi donde se puede convertir en esfingomielina. La esfingomielina sintasa es responsable de la producción de esfingomielina a partir de la ceramida. El diacilglicerol se produce como un subproducto cuando se transfiere la fosfocolina.
Degradación
La descomposición de esfingomielina es responsable de iniciar muchas vías de señalización universal. Es hidrolizado por esfingomielinasas (fosfolipasas tipo-C específicas de esfingomielina).
El grupo de fosfocolina se libera en el ambiente acuoso mientras que la ceramida se difunde a través de la membrana.
Función
Membranas
La vaina de mielina membranosa que rodea y aísla eléctricamente muchos axones de las células nerviosas es particularmente rica en esfingomielina, lo que sugiere su papel como aislante de las fibras nerviosas.
La membrana plasmática de otras células también es abundante en la esfingomielina, aunque se encuentra en gran parte en el prospecto exoplasmático de la membrana celular.
Sin embargo, hay cierta evidencia de que también puede haber un conjunto de esfingomielina en la valva interna de la membrana.
Además, se ha descubierto que la esfingomielinasa-2 neutra, una enzima que descompone la esfingomielina en ceramida, se localiza exclusivamente en la valva interna, sugiriendo además que puede haber esfingomielina presente allí.
Transducción de señales
La función de la esfingomielina no quedó clara hasta que se descubrió que tenía un papel en la transducción de señales. Se ha descubierto que la esfingomielina juega un papel importante en las vías de señalización celular.
La síntesis de esfingomielina en la membrana plasmática por la esfingomielina sintasa 2 produce diacilglicerol, que es un segundo mensajero soluble en lípidos que puede pasar a lo largo de una cascada de señal.
Además, la degradación de la esfingomielina puede producir ceramida que está implicada en la vía de señalización apoptótica.
Apoptosis
Se ha encontrado que la esfingomielina tiene un papel en la apoptosis celular al hidrolizarse en ceramida. Los estudios realizados a fines de la década de 1990 descubrieron que la ceramida se producía en una variedad de condiciones que conducen a la apoptosis.
Luego se planteó la hipótesis de que la hidrólisis de esfingomielina y la señalización de ceramida eran esenciales en la decisión de si una célula muere.
A principios de la década de 2000 surgieron nuevos estudios que definieron un nuevo papel para la hidrólisis de esfingomielina en la apoptosis, que determina no solo cuándo muere una célula sino cómo.
Después de más experimentación, se ha demostrado que si la hidrólisis de esfingomielina ocurre en un punto suficientemente temprano en la ruta, la producción de ceramida puede influir ya sea en la velocidad y forma de la muerte celular o en liberar bloques en eventos posteriores.
Balsas de lípidos
La esfingomielina, así como otros esfingolípidos, están asociados con microdominios lipídicos en la membrana plasmática conocidos como balsas lipídicas.
Las balsas lipídicas se caracterizan por que las moléculas de lípidos se encuentran en la fase ordenada de lípidos, ofreciendo más estructura y rigidez en comparación con el resto de la membrana plasmática.
En las balsas, las cadenas de acilo tienen un movimiento de cadena baja, pero las moléculas tienen una gran movilidad lateral. Esta orden se debe en parte a la temperatura de transición más alta de los esfingolípidos, así como a las interacciones de estos lípidos con el colesterol.
El colesterol es una molécula no polar relativamente pequeña que puede llenar el espacio entre los esfingolípidos que es el resultado de las grandes cadenas de acilo.
Se cree que las balsas lipídicas participan en muchos procesos celulares, como la clasificación y el tráfico de membranas, la transducción de señales y la polarización celular. El exceso de esfingomielina en las balsas lipídicas puede provocar resistencia a la insulina.
Debido a los tipos específicos de lípidos en estos microdominios, las balsas lipídicas pueden acumular ciertos tipos de proteínas asociadas con ellas, aumentando así las funciones especiales que poseen. Se ha especulado que las balsas lipídicas están implicadas en la cascada de apoptosis celular.
Anormalidades y enfermedades asociadas
La biosíntesis de esfingolípidos de novo está relacionada con enfermedades metabólicas. Sin embargo, el mecanismo aún no está del todo claro. Los esfingolípidos son componentes ubicuos y críticos de las membranas biológicas.
Su biosíntesis comienza con precursores solubles en el retículo endoplásmico y culmina en el complejo de Golgi y la membrana plasmática. La interacción de la esfingomielina, el colesterol y el glicoesfingolípido impulsa la formación de balsas de membrana plasmática.
Se ha demostrado que las balsas lipídicas están implicadas en la señalización celular, la clasificación de lípidos y proteínas y el tráfico de membranas.
Es bien sabido que los receptores toll-like, los receptores scavenger de clase A y B y el receptor de insulina se encuentran en las balsas lipídicas.
De los dos tipos que involucran esfingomielinasa, el tipo A ocurre en bebés. Se caracteriza por ictericia, hígado agrandado y daño cerebral profundo. Los niños con este tipo raramente viven más allá de los 18 meses.
El tipo B implica un hígado y bazo agrandados, que generalmente ocurre en los años preadolescentes. El cerebro no se ve afectado La mayoría de los pacientes presentan niveles <1% normales de la enzima en comparación con los niveles normales.
Como resultado de la enfermedad autoinmune esclerosis múltiple (EM), la vaina de mielina de las células neuronales en el cerebro y la médula espinal se degrada, lo que resulta en la pérdida de la capacidad de transducción de señales.
Los pacientes con esclerosis múltiple exhiben regulación positiva de ciertas citoquinas en el líquido cefalorraquídeo, particularmente el factor alfa de necrosis tumoral.
Esto activa la esfingomielinasa, una enzima que cataliza la hidrólisis de la esfingomielina en ceramida; se ha observado actividad de esfingomielinasa junto con apoptosis celular.
Un exceso de esfingomielina en la membrana de los glóbulos rojos (como en la abetalipoproteinemia) causa un exceso de acumulación de lípidos en la valva externa de la membrana plasmática de los glóbulos rojos.
Esto da como resultado glóbulos rojos de forma anormal llamados acantocitos. La esfingomielina también es un reservorio para otros esfingolípidos.
Por lo tanto, la esfingomielina tiene un impacto importante en la señalización de las células a través de su función estructural en las balsas lipídicas o sus intermediarios catabólicos, como la ceramida y la glicoceramida.
