miniatura|Estructura química del fosfatidilinositol 4,5-bifosfat
El fosfatidilinositol, fosfoinosítid, inositol fosfat (en anglès: Inositol phosphate), o simplement inosítid, és un fosfolípid que conté en la seva estructura un o més inositols modificats per addició d'un o més grups fosfat. Són importants en la biologia cel·lular donat que actuen com segons missatgers en la transducció de senyal de les cèl·lules. També tenen un paper crucial en diverses funcions cel·lulars, com les del creixement de la cèl·lula, l'apoptosi, la migració de la cèl·lula, l'endocitosi i la diferenciació cel·lular.
Aquest grup comprèn: inositol monofosfat (IP) inositol bifosfat (IP₂) inositol trifosfat (IP₃) inositol pentaquifosfat (IP₅) inositol hexafosfat (IP₆) també conegut com a àcid fític, o fitat (com a sal).
Els fosfoinosítids més importants són el del grup fosfatidilinositol bifosfat. Quan determinats lligands s'uneixen a receptors de la membrana, el fosfatidilinositol 4,5-bifosfat s'escindeix per una fosfatidasa en inositol 1,4,5-trifosfat que provoca l'alliberament de Ca2+, i 1,2-diacilglicerol que activa la proteïna-cinasa C.Devlin, T. M. 2004. Bioquímica, 4ª edición. Reverté, Barcelona.
Història i Etimologia Història Científics Pioners en l'Estudi del Fosfatidilinositol El descobriment del fosfatidilinositol i la seva importància en la biologia cel·lular va ser el resultat de contribucions de diversos científics al llarg de diverses dècades. Encara que no va ser descobert d'una sola vegada.
Edwin Chargaff (1905–2002): conegut per la seva contribució sobre l'ADN i per ser un dels pioners en la bioquímica dels lípids i l'anàlisi de fosfolípids en membranes cel·lulars durant la dècada de 1940. Els seus estudis van ser importants per a identificar i classificar diferents tipus de fosfolípids en teixits animals.
Lowell Hokin i Martha Hokin: Aquests investigadors nord-americans també van ser pioners en la dècada de 1950. Van descobrir la "cascada de fosfoinosítidos", un procés que implica la ràpida fosforilació de fosfolípids en resposta a estímuls cel·lulars. Això va portar a la comprensió que el fosfatidilinositol pot canviar de manera ràpida i reversible en la cèl·lula, revelant el seu paper en la transmissió de senyals.Kresge, N., Simoni, R. D., & Hill, R. L. (2005). A Role for Phosphoinositides in Signaling: the Work of Mabel R. Hokin and Lowell E. Hokin. Journal of Biological Chemistry, 280(30), e1–e2. https://doi.org/10.1016/s0021-9258(20)56673-8 Michael Berridge: En la dècada de 1980, Berridge va descobrir que el fosfatidilinositol (4,5)-bisfosfat (PI(4, 5)P2), un derivat del fosfatidilinositol, podia ser hidrolitzat per l'enzim fosfolipasa C per a produir fosfatidilinositol (3, 4, 5)-trifosfat (PI(3, 4, 5)P3) i diacilglicerol (DAG), que actuen com a segons missatgers clau en la regulació del calci intracel·lular i l'activació de proteïnes.Michell R. H. (1975). Inositol phospholipids and cell surface receptor function. Biochimica et biophysica acta, 415(1), 81–47. https://doi.org/10.1016/0304-4157(75)90017-9 Yusuf Hannun: Cal destacar el seu treball en el metabolisme dels lípids i el paper del fosfatidilinositol en la senyalització cel·lular ha estat fonamental per a entendre malalties com el càncer i la diabetis. Els seus estudis han ressaltat la importància del fosfatidilinositol en la regulació d'enzims i la resposta cel·lular a l'estrès. Lewis Cantley: En la dècada de 1980, Cantley va ser molt important en el descobriment de la fosfoinosítid 3-cinasa (PI3K), un enzim que fosforila el fosfatidilinositol en la seva posició 3, generant derivats d'inositol com el PIP3, que són importants en el creixement cel·lular i la proliferació. La seva recerca ha ajudat a comprendre com la disfunció de la via de PI3K pot conduir a diverses malalties, incloent-hi el càncer. Alex Toker: Va contribuir a recerques sobre les rutes de senyalització del PI3K/AKT i com aquestes vies regulades per el fosfatidilinositol influeixen en el creixement cel·lular i la supervivència. El seu treball ha estat crucial per al desenvolupament de tractaments contra el càncer que inhibeixen la senyalització de PI3K. Aquests científics han avançat el coneixement sobre el fosfatidilinositol en diferents àrees de la biomedicina, revelant com el seu metabolisme i els seus productes derivats influeixen en la salut cel·lular i en patologies humanes.
Etimologia La paraula "fosfatidilinositol" prové de la combinació de termes bioquímics i llatins que fan referència a la seva estructura química: Fosfat (del grec "phosphoros", que significa "portador de llum") es refereix al grup fosfato present en l'estructura. Inositol deriva del terme grec "inos", que significa "múscul" o "fibra", a causa de la seva abundància en teixits animals.
El nom reflecteix la seva estructura principal i destaca la importància del grup fosfat i l'inositol en la seva funció biològica.
Evolució Els inositols són molècules molt antigues, que probablement van aparèixer fa més de 2.000 milions d'anys en un avantpassat comú dels Arqueus i Eucariotes, cosa que significa que són importants des de fa molt de temps en l'evolució de la vida. Aquests compostos, però, són poc comuns en bacteris.Michell, R. H. (2008). Inositol derivatives: evolution and functions. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 9(2), 151–161. https://doi.org/10.1038/nrm2334.
Un enzim anomenat L-mio-Inositol 1-fosfat sintasa (MIPS) és clau per a la producció d'inositol en molts organismes. Aquest enzim es troba en molts tipus d'éssers vius, com plantes, animals, fongs i algues, cosa que demostra la seva funció essencial i una divergència evolutiva primerenca.Majumder, A. L., Chatterjee, A., Dastidar, K. G., & Majee, M. (2003). Diversification and evolution of L‐myo‐inositol 1‐phosphate synthase1. FEBS Letters, 553(1–2), 3–10. https://doi.org/10.1016/s0014-5793(03)00974-8.
En els eucariotes, els lípids d'inositol tenen una estructura diferent de la dels Arqueus, cosa que indica que els dos grups es van separar fa molt de temps. Els derivats fosforilats del fosfatidilinositol (PtdIns) es troben en tots els eucariotes, el que suggereix que un avantpassat comú ja els feia servir i han conservat la seva funció fins avui.
Classificació El fosfatidilinositol és un lípid dins de la categoria dels fosfolípids, i més específicament, dels glicerofosfolípids. Els glicerofosfolípids estan formats per dues cadenes d'àcids grassos unides a un glicerol, amb un grup fosforil que connecta amb un alcohol de baix pes molecular, fet que permet diferenciar-los en diverses categories. Segons el tipus d'alcohol unit al grup fosforil, els glicerofosfolípids es classifiquen en fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina i fosfatidilinositol.Carrero, I., & Herraez, A. (n.d.). Glicerofosfolípidos. Biomodel. Retrieved from https://biomodel.uah.es/model2/lip/gpl.htm
Les cadenes d'àcids grassos poden variar en longitud i grau de saturació segons la seva funció i origen. En general, la posició sn-1 del glicerol s'uneix a un àcid gras saturat, mentre que la posició sn-2 s'uneix a un àcid gras insaturat.Torres, G., Jairo, & Samuel, D. (2015). Fosfolípidos: Propiedades y efectos sobre la salud. Nutrición Hospitalaria, 31(1), 76–83. https://doi.org/10.3305/nh.2015.31.1.7961 En el cas del fosfatidilinositol, l'àcid gras de la posició sn-1 és àcid esteàric, mentre que el de la posició sn-2 és àcid araquidònic.
El fosfatidilinositol (PI) pot presentar-se en diferents formes, depenent de la quantitat i la posició dels grups fosfat units a l'anell d'inositol. Cada forma de fosfatidilinositol es denomina segons els carbonis de l'anell d'inositol als quals estan units els grups fosfat.
Aquesta fosforilació pot ocórrer en diverses combinacions com per exemple: si el grup fosfat s'uneix al carboni 3 de l'inositol, es coneix com a fosfatidilinositol 3-fosfat o PI(3)P, si s'uneixen als carbonis 4 i 5, el compost es denomina fosfatidilinositol 4,5-bifosfat, abreujat com PI(4,5)P2 i en el cas de tenir grups fosfat en les posicions 3, 4 i 5, el nom passa a ser fosfatidilinositol 3,4,5-trifosfat o PI(3,4,5)P3.
Els enzims que afegeixen grups fosfat a les diferents posicions de l'inositol són les cinases PI i PIP (fosfatidilinositol i fosfatidilinositol fosfat-cinases), que catalitzen la fosforilació en posicions específiques. D'altra banda, els enzims que eliminen aquests grups fosfat, coneguts com a fosfatases PIP.Alberts, B., & Morando, A. (2020). Introducción a la biología celular (5a ed.). Editorial Médica Panamericana.
Estructura miniatura|La imatge mostra l'estructura del Fosfatidilinositol-4,5-bisfosfat. L'esquelet de glicerol es mostra en blau, amb dues cadenes d'àcids grassos. Els grups fosfat units a l'anell d'inositol estan marcats en vermell, mentre que l'anell d'inositol és de color negre. Les posicions de l'anell d'inositol estan numerades (1-6) per indicar els llocs potencials de fosforilació. En el cas del fosfatidilinositol-4,5-bisfosfat, les posicions 4 i 5 estan fosforilades.|585x585px El fosfatidilinositol és un glicerofosfolípid crucial en les membranes de les cèl·lules eucariotes. La seva estructura consisteix en un grup de mio-inositol unit a una columna vertebral de diacilglicerol mitjançant un enllaç fosfodièster. El grup de mio-inositol té cinc grups hidroxil. L'enllaç fosfodièster es connecta a l'anell d'inositol en la posició 1. Els grups hidroxil a les posicions 2-6 poden ser fosforilats. El grup diacilglicerol sol estar unit a dues cadenes d'àcids grassos de diferents llargades i enllaços instaurats. El fosfatidilinositol serveix com a precursor dels fosfoinosítids. Es formen per fosforilació en les posicions 3, 4 i/o 5 de l'anell d'inositol.Borges-Araújo, L., & Fernandes, F. (2020). Structure and lateral organization of phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate. Molecules, 25(17), 3885. https://doi.org/10.3390/molecules25173885 Gràcies a la seva estructura, el fosfatidilinositol té un paper essencial en la senyalització cel·lular i la dinàmica de les membranes.
Bioquímica Els fosfatidilinositols amb sucres mio-inositol són els presents a la membrana plasmàtica de cèl·lules dels mamífers, però no és l'únic estereoisòmer de l'inositol que hi ha qui pot presentar fosfats afegits. Hi ha nou tipus de estereoisòmers de l'inositol. Són, a més del mio-, set que són d'origen natural (escil·lo-, muco-, epi-, neo-, al·lo-, D-(+)-quiro-, i L-(-)-quiro-inositols), i un artificial, que és el cis-inositol. Concretament, el més important dels fosfatidilinositols és el 1,2-diacil-sn-glicero-fosfo-D-myo-inositol (PI). Hi ha una regla mnemotècnica anomenada “la tortuga d'Agranoff” que il·lustra la seva forma molecular. Els fosfatidilinositols tenen alt contingut d'araquidonat (20:4 ω 6 cis) en la segona posició del glicerol, que és un precursor de prostanoides importants fisiològicament.Agranoff, B. W. (1983). II. Biochemical mechanisms in the phosphatidylinositol effect. Life Sciences, 32(18), 2047–2054. https://doi.org/10.1016/0024-3205(83)90092-9
La composició química d'aquest fosfolípid depèn dels grups fosfats que s'hi hagin afegit i de les condicions en què es mesura, normalment, però, i en el seu estat sense grups fosfats, la seva fórmula química és C47H83O13P, amb una massa molecular de 863,1 g/mol.National Center for Biotechnology Information (2024). PubChem Compound Summary for CID 5771759, Phosphatidylinositol (18:1/18:1). Retrieved November 12, 2024 from https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Phosphatidylinositol_18_1_18_1.