Cardiolipina

A cardiolipina (CL) é un fosfolípido que se pode describir como formado por dous ácidos fosfatídicos unidos entre si por unha ponte de glicerol, que esterifica os fosfatos, ou tamén como un fosfatidilglicerol unido a un ácido fosfatídico. A cardiolipina é un importante compoñente da membrana mitocondrial interna, onde constitúe arredor do 20% dos lípidos, e case é exclusivo de ditas membranas. Tamén hai cardiolipinas nas membranas da maioría das bacterias. O nome cardiolipina procede de que foi atopada por primeira vez en extractos de corazón de vaca na década de 1940. Nas células de mamíferos e tamén nas de plantas, as cardiolipinas da membrana mitocondrial interna son esenciais para o correcto funcionamento de numerosos encimas implicados no metabolismo enerxético mitocondrial.

 Estrutura 
A cardiolipina nos tecidos animais|dereita|miniatura|360px

A cardiolipina pode considerarse un tipo de difosfatidilglicerol. Nas cardiolipinas dúas moléculas de ácido fosfatídico están conectadas por medio dun glicerol, que se sitúa no centro, formando unha estrutura dimérica. Por tanto, as cardiolipinas conteñen tres moléculas de glicerol, unha en cada fosfatidilglicerol e a outra no centro. Teñen tamén catro cadeas hidrocarbonadas (alquilo) de ácido graxo, e potencialmente pode levar dúas cargas negativas nos seus dous fosfatos. Como teñen catro cadeas alquilo distintas a complexidade que poden ter estas moléculas é enorme. Porén, na maioría dos tecidos animais, a cardiolipina contén ácidos graxos de 18 carbonos con 2 enlaces insaturados en cada un. Propúxose que a configuración (18:2)4 das cadeas de ácidos graxos é un requirimento estrutural importante para a alta afinidade das cardiolipinas polas proteínas da membrana mitocondrial interna nos mamíferos. Porén, estudos con preparacións de encimas illados indican que a súa importancia pode variar dependendo da proteína examinada.

Como a molécula ten dous fosfatos, pode variar o estado de ionización de cada un deles. Aínda que a estrutura é simétrica, a ionización dun dos fosfatos ocorre a pH diferente ca a ionización dos dous á vez: pK1 =3 e pK2 > 7,5. Deste modo, en condicións fisiolóxicas (pH arredor de 7), a molécula pode ter unha soa carga negativa. Os grupos hidroxilo (–OH e –O-) do fosfato poden formar un enlace de hidróxeno estable intramolecular co grupo hidroxilo libre do glicerol central, orixinando unha estrutura resoante bicíclica. Esta estrutura pode atrapar un protón libre, o que é moi útil para facilitar a fosforilación oxidativa.

Dado que o grupo de cabeza forma esta estrutura bicíclica compacta, a área do grupo de cabeza é relativamente bastante pequena en relación coa moito maior rexión de cola con 4 cadeas hidrocarbonadas de ácido graxo. Baseado nesta estrutura especial, en 1982 empezou a utilizarse o indicador fluorescente mitocondrial nonil acridina laranxa (NAO) , o cal, como se demostrou máis tarde, tinguía as mitocondrias ao unirse ás cardiolipinas. O NAO ten unha cabeza moi grande e unha estrutura de cola curta, o que compensa a estrutura de cabeza pequena e cola longa da cardiolipina, e sitúase de maneira moi ordenada. Publicáronse varios estudos que utilizaban o NAO como indicador mitocondrial cuantitativo ou como indicador do contido de cardiolipina na mitocondria. Porén, atopouse que o NAO estaba influenciado polo potencial de membrana e/ou a disposición espacial das cardiolipinas na mitocondria , polo que non é apropiado utilizar o NAO para estudos cuantitativos da mitocondria ou cardiolipinas en mitocondrias intactas en respiración. Pero o NAO aínda representa un método simple de avaliar o contido de cardiolipinas.

 Metabolismo 
Síntese de cardiolipinas en eucariotas.|middle|miniatura|300px

 Biosíntese 
 Biosíntese en eucariotas 
Basicamente, nos eucariotas a cardiolipina orixínase pola unión dun fosfatidilglicerol cun diacilglicérido que reacciona en forna de CDP-diacilglicerol.

Nos lévedos, plantas e animais, esta síntese crese que ocorre nas mitocondrias. O primeiro paso é a acilación do glicerol-3-fosfato pola glicerol-3-fosfato aciltransferase. despois o acilglicerol-3-fosfato pode acilarse formando ácido fosfatídico. O encima CDP-DAG sintase (fosfatidato citidiltransferase) converte o o ácido fosfatídico en CDP-diacilglicerol (CDP-DAG). A seguinte reacción é a conversión do CDP-DAG en fosfatidilglicerol fosfato (PGP) pola acción do encima PGP sintase, seguida da desfosforilación pola PTPMT1  para formar fosfatidilglicerol. Finalmente, únese unha molécula de CDP-DAG ao fosfatidilglicerol formando a cardiolipina e CMP libre, nunha reacción catalizada polo encima mitocondrial cardiolipina sintase (CLS).

 Biosíntese en procariotas 
En procariotas a síntese da cardiolipina realízase pola unión de dúas moléculas de fosfatidilglicerol con liberación dun glicerol.

A difosfatidilglicerol sintase cataliza a transferencia dun residuo fosfatidil dunha molécula de fosfatidilglicerol ao grupo 3'-hidroxilo libre doutra, coa liberación dunha molécula de glicerol, en reacción catalizada por un encima relacionado coa fosfolipase D. O encima pode funcionar en dirección inversa baixo algunhas condicións fisiolóxicas, eliminando a cardiolipina.

 Catabolismo 
O catabolismo das cardiolipinas pode realizarse pola catálise da fosfolipase A2 (PLA), que elimina da molécula residuos de ácidos graxos. A fosfolipase D (PLD) nas mitocondrias hidroliza a cardiolipina a ácido fosfatídico.

 Funcións 
 Regulación de estruturas agregadas 
miniatura|200 px|Complexo IV da cadea respiratoria.
Debido á estrutura bicíclica da cardiolipina, un cambio no pH e a presenza de catións divalentes pode orixinar nela cambios estruturais. A cardiolipina mostra unha gran variedade de agregados. En presenza de Ca2+ ou outros catións divalentes, a cardiolipina pode ser inducida a experimentar unha transición de fase de lamelar a hexagonal (La-HII). E crese que isto ten unha estreita relación coa fusión de membranas.

 Mantén a estrutura cuaternaria dos complexos respiratorios 

O encima citocromo c oxidase ou complexo IV da cadea de transporte electrónico é unha gran complexo proteico transmembrana que se encontra na membrana interna das mitocondrias e nas membranas bacterianas. É o encima máis grande da cadea de transporte electrónico. Recibe electróns de catro moléculas de citocromo c, un de cada unha, e transfíreos a unha molécula de osíxeno, orixinándose no proceso auga. O complexo IV require asociarse con dúas moléculas de cardiolipina para manter a pleno rendemento a súa función encimática. 
O citocromo bc1 (complexo III) tamén precisa cardiolipina para manter a súa estrutura cuaternaria e o seu papel funcional. O complexo V (ATP sintase, que realiza a fosforilación oxidativa, tamén mostra unha alta afinidade pola cardiolipina, ligándose a catro moléculas de cardiolipina por cada molécula de complexo V. 
miniatura|500 px|Mecanismo polo cal a cardiolipina podería desencadear a apoptose.

 Desencadeamento da apoptose 

Durante a apoptose, libérase no citosol o citocromo c desde os espazos intermembrana da mitocondria. O citocromo c pode despois unirse ao receptor IP3 do retículo endoplasmático, estimulando a liberación de calcio, o cal entón reacciona causando a liberación de citocromo c. Cando a concentración de calcio chega a niveis tóxicos, isto causa a morte celular. Pénsase que o citocromo c xoga un papel na apoptose por medio da liberación de factores apoptóticos desde a mitocondria.
Algúns estudos indican que unha oxixenase específica de cardiolipina produce hidroperóxidos de cardiolipina, que poden orixinar cambios conformacionais no lípido. A cardiolipina oxidada transfírese da membrana interna á externa da mitocondria, e despois contribúe a formar un poro permeable, que libera o citocromo c.

miniatura|400 px|A cardiolipina pode servir como unha trampa de protóns na fosforilación oxidativa.

 Serve como trampa de protóns na fosforilación oxidativa 

Durante a fosforilación oxidativa catalizada polo complexo IV, son transferidas grandes cantidades de protóns dun lado da membrana mitocondrial interna ao outro, causando un cambio de pH. Suxeriuse que as cardiolipinas funcionan na membrana mitocondrial como unha bomba de protóns, que localiza estritamente os protóns na membrana e minimiza os cambios de pH no espazo intermembranoso mitocondrial.

Esta función débese á estrutura característica das cardiolipinas. Poden atrapar protóns na súa estrutura bicíclica cando teñen carga negativa. Así, poden servir como un tampón de electróns que libera ou absorbe protóns para regular o pH arredor das membranas.

 Outras funcións 
 Translocación do colesterol da membrana mitocondrial externa á interna
 Activación mitocondrial da rotura da cadea lateral do colesterol
 Importar proteínas á matriz mitocondrial
 Función anticoagulante

 Importancia clínica 
 Síndrome de Barth 
A síndrome de Barth é un trastorno xenético raro que causa a morte en idade infantil. Débese a unha mutación no xene que codifica a tafazzina, un encima implicado na biosíntese da cardiolipina (cuxo nome procede dun personaxe de banda deseñada italiano chamado Tafazzi). A tafazzina é un encima indispensable para sintetizar cardiolipina en eucariotas implicado na remodelación das cadeas de ácido graxo da cardiolipina ao transferir ácido linoleico da fosfatidilcolina á monoliso-cardiolipina. As mutacións na tafazzina orixinarían que non houbese suficiente síntese de cardiolipina e non habería suficiente produción de ATP. 
As rapazas heterocigotas para este carácter non están afectadas. Os pacientes desta síndrome teñen mitocondrias anormais, e non poden soster unha produción de ATP axeitada. Nestes pacientes é común a cardiomiopatía e a debilidade xeral. A cardiolipina serve para tratar os síntomas da síndrome de Barth e previr infeccións.

 Enfermidades de Parkinson e Alzheimer 
Pénsase que o estrés oxidativo e a peroxidación de lípidos son importantes factores que contribúen á perda neuronal e disfunción mitocondrial na substancia negra na enfermidade de Parkinson, e poden exercer un papel inicial na patoxénese da enfermidade de Alzheimer. Informouse que o contido de cardiolipina no cerebro decrece coa idade  e un estudo recente no cerebro de ratas mostra que isto se debe á peroxidación de lípidos nas mitocondrias expostas ao estrés de radicais libres. Outro estudo indica tamén que a ruta de biosíntese da cardiolipina pode ser selectivamente afectada, o que provoca un 20% de redución e cambios na composición das cardiolipinas. E está tamén asociado cun 15% de redución na actividade do complexo I/III da cadea de transporte electrónico, o cal se pensa que é un factor crítico no desenvolvemento da enfermidade de Parkinson.

 Enfermidades hepáticas e cardíacas 
Recentemente, informouse que na enfermidade do fígado graxo non alcohólico e na insuficiencia cardíaca， se observa unha diminución dos niveis de cardiolipinas e na disfunción mitocondrial obsérvanse cambios na composición de ácidos graxos. Porén, o papel da cardiolipina no envellecemento e na isquemia/reperfusión é aínda controvertido.

 Enfermidade de Tangier 

A enfermidade de Tangier está tamén ligada a anormalidades nas cardiolipinas. Esta doenza caracterízase por niveis moi baixos no plasma sanguíneo de lipoproteínas de alta densidade (HDL), acumulación de ésteres do colesterol nos tecidos e un incremento do risco de desenvolver enfermidades cardiovasculares. A diferenza da síndrome de Barth, a enfermidade de Tangier está causada principalmente por un incremento anormal na produción de cardiolipina. Os estudos mostran que nesta doenza hai un nivel de cardiolipinas de tres a cinco veces maior do normal. Como o aumento nos niveis de cardiolipina acrecenta a oxidación do colesterol, despois a formación de oxisterois aumentará o fluxo de saída de colesterol. Este proceso podería funcionar como un mecanismo de escape para eliminar o exceso de colesterol da célula.

 Diabetes 
As enfermidades do corazón afectan ás persoas con diabetes o dobre ca a xente sen diabete. Nos que teñen diabete as complicacións vasculares aparecen a unha idade temperá e a miúdo orixinan morte prematura, o que fai que os problemas cardíacos sexan os máis mortais para os diabéticos. Atopouse recentemente que as cardiolipinas son deficientes no corazón nas fases máis temperás da diabete, posiblemente debido a un encima que dixire lípidos que se fai máis activo no músculo cardíaco diabético.

 Síndrome antifosfolípido 
Os pacientes con anticorpos anti-cardiolipina (síndrome antifosfolípido) poden ter episodios trombóticos recorrentes mesmo xa na adolescencia. Estes episodios poden ocorrer nos vasos sanguíneos nos que a trombose pode ser relativamente pouco común, como as veas hepáticas e renais. Estes anticorpos son xeralmente detectados en mulleres novas con abortos espontáneos recorrentes.
Na enfermidade autoinmune mediada por anti-cardiolipina, para o recoñecemento hai unha dependencia da apolipoproteína H.

 Sífilis 
A cardiolipina do corazón de vaca utilízase como un antíxeno no test de Wassermann para a sífilis. Os anticorpos anti-cardiolipina poden tamén incrementarse en moitas outras condicións, como o lupus eritematoso sistémico, malaria e tuberculose, polo que este test non é específico.

 VIH-1/SIDA 
O desenvolvemento de anticorpos contra o virus da inmunodeficiencia humana-1, que orixina a SIDA, é unha importante liña de investigación. As glicoproteínas da envolta do virus teñen polo menos catro sitios para neutralizar os anticorpos. Porén, os dous anticorpos dirixidos contra os sitios 2F5, 4E10 reaccionan con autoantíxenos, entre eles con cardiolipinas, polo que é difícil que a vacinación provoque a formación de ditos anticorpos.

 Cáncer 

Otto Heinrich Warburg propuxo que o cáncer se orixinaba por danos irreversibles na respiración mitocondrial, pero a base estrutural destes danos era descoñecida. Dado que a cardiolipina é un importante fosfolípido que se atopa case exclusivamente na membrana mitocondrial interna e é moi esencial para o mantemento da función mitocondrial, suxeriuse que as anormalidades nas cardiolipinas poden afectar á función mitocondrial e á bioenerxética da célula. Un estudo  publicado en 2008 sobre tumores de cerebro de rato apoiando a teoría de Warburg mostrou importantes anormalidades no contido de cardiolipina ou na súa composición en todos os tumores.

 Notas 

 Véxase tamén 
 Outros artigos 
 Fosfatidilglicerol

 Ligazóns externas 
 Cardiolipin (Diphosphatidylglycerol)
 Some Methodological Developments in Phospholipid Chemistry & Physico-Chemical Studies of Calcium-ion Induced Changes in Cardiolipin Vesicles

Categoría:Fosfolípidos