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グリセロリン脂質またはホスホグリセリドは、グリセロールをベースとしたリン脂質です。これらは真核細胞の生体膜の主要成分です。これらは脂質の一種であり、その組成は膜の構造と特性に影響を与えます。[ 1 ]細菌と真核生物のものと、古細菌の別のファミリーの2 つの主要なクラスが知られています。[ 2 ]
グリセロリン脂質は、グリセロール-3-リン酸からde novo経路で誘導されます。[ 3 ]グリセロリン脂質という用語は、グリセロール部分に少なくとも1つのO-アシル基、O-アルキル基、またはO-アルク-1'-エニル基が結合したグリセロリン酸の誘導体を意味します。[ 4 ] リン酸基はグリセロールとエステル結合を形成します。長鎖炭化水素は、細菌/真核生物では通常エステル結合を介して、古細菌ではエーテル結合を介して結合しています。細菌と原核生物では、脂質は一般的にC16またはC18脂肪酸のジエステルで構成されています。これらの酸は直鎖であり、特にC18メンバーでは不飽和になる可能性があります。古細菌では、炭化水素鎖はイソプレン単位から誘導されるため、C10、C15、C20などの鎖長を持ちます。これらの鎖は分岐しており、C5サブユニットごとに1つのメチル置換基があります。これらの鎖はエーテル結合によってグリセロールリン酸に結合しています。[ 2 ] グリセロールに結合している2つの炭化水素鎖は疎水性ですが、グリセロール骨格の3番目の炭素に結合したリン酸基を主成分とする極性頭部は親水性です。[ 5 ]この二重の特性により、グリセロリン脂質は両親媒性になります。
グリセロリン脂質は通常、膜内で二重層に組織化されており、極性の親水性頭部が水性環境に突き出し、非極性の疎水性尾部が内側を向いています。[ 6 ]グリセロリン脂質は、通常、構造がわずかに異なるさまざまな種から構成されています。最も基本的な構造はホスファチジン酸です。この種は、多くのホスホグリセリドの合成における重要な中間体です。リン酸に付加的な基が結合することで、さまざまなホスホグリセリドが作られます。
慣例として、これらの化合物の構造は、3 つのグリセロール炭素原子が垂直に配置され、リン酸が 3 番目の炭素原子 (一番下) に結合していることを示しています。プラズマロゲンとホスファチジン酸塩がその例です。[ 7 ]
一般的に、グリセロリン脂質は立体特異的番号付けを表す「sn」表記を使用します。[ 8 ]命名法に「sn」の文字が現れる場合、慣例として、グリセロールの2番目の炭素（2- sn ）の水酸基はフィッシャー投影図の左側にあります。番号付けはフィッシャー投影図に従い、1- snは上の炭素、3- snは下の炭素です。[ 9 ]
この表記法の利点は、グリセロ分子の空間配置（ DまたはL ）が、 sn -1とsn -3の位置にある残基によって直感的に決定されることである。
例えば、sn-グリセロ-3-リン酸とsn-グリセロ-1-リン酸は鏡像異性体である。
ほとんどの植物油は、 sn -2位に不飽和脂肪酸を持ち、1- sn位および/または3- sn位に飽和脂肪酸を持つ。[ 8 ]動物性脂肪は、2- sn位に飽和脂肪酸を持ち、1- sn位および/または3- sn位に不飽和脂肪酸を持つことが多い。[ 8 ]
プラズマロゲンはホスホグリセリドの一種です。グリセロールの最初の炭素には、エステル結合ではなくエーテル結合を介して炭化水素鎖が結合しています。この結合は、エステル結合よりも化学的攻撃に対して耐性があります。2番目（中央）の炭素原子には、エステル結合で脂肪酸が結合しています。3番目の炭素は、リン酸エステルを介してエタノールアミンまたはコリンに結合しています。これらの化合物は、筋肉や神経の膜の主要構成成分です。
ホスファチジン酸は、グリセロールの最初の2つの炭素原子が脂肪酸エステルであり、3番目の炭素原子がリン酸エステルである脂質です。リン酸は、通常はエタノールアミン、コリン、セリン、または炭水化物といった別のアルコールと結合する役割を果たします。アルコールの種類によって、ホスファチジン酸のサブカテゴリーが決まります。リン酸には負電荷があり、コリンまたはセリンの場合は、正の第四級アンモニウムイオンがあります（セリンには負のカルボキシル基もあります）。これらの電荷の存在により、全体として電荷を持つ「頭部」が形成されます。リン酸エステル部分（「頭部」）は親水性ですが、分子の残りの部分である脂肪酸の「尾部」は疎水性です。これらは、脂質二重層の形成において重要な構成要素です。
ホスファチジルエタノールアミン、ホスファチジルコリン、その他のリン脂質は、ホスファチジン酸塩の例である。
接頭辞「ホスファチジル-」は、より厳密な意味でのホスファチジン酸（ホスファチジン酸塩）を指し、ホスファチジン酸と同様に、リン酸基は単純な基である。例えば、ホスファチジルコリンは、基本的なPA構造に（-yl-）を付加し、コリンを付加したものである。
ホスファチジルコリンはレシチンの一種です。コリンはアルコールであり、正電荷を持つ第四級アンモニウム基が負電荷を持つリン酸基に結合しています。レシチンはすべての生物に存在します。卵黄にはレシチンが高濃度で含まれており、マヨネーズなどの乳化剤として商業的に重要な物質です。レシチンは脳や神経組織にも存在します。
ホスファチジルイノシトールは、真核細胞膜の細胞質成分のごく一部を構成し、分子に負電荷を与えます。その重要性は、味覚機能に関わる感覚受容体を活性化する役割にあります。
ホスファチジルセリンは細胞シグナル伝達、特にアポトーシスにおいて重要です。細胞はこのホスファチジルセリンを利用してアポトーシス模倣を介して細胞内に入ります。この脂質の構造は、脂肪酸組成に関して植物と動物で異なります。さらに、ホスファチジルセリンはヒトの脳の構成成分として重要な役割を果たしており、ヒトの大脳皮質のリン脂質の13～15%を占めています。この脂質は様々な場所に存在します。例えば、ヒトの食事では約130mgが ホスファチジルセリン由来です。これはストレス軽減や記憶力向上に役立つため、脳に良い影響を与えると言われています。[ 10 ]
スフィンゴミエリンは、スフィンゴイド塩基の骨格を持つスフィンゴ脂質の一種です。動物細胞膜の神経細胞軸索のミエリン鞘に見られます。スフィンゴミエリンは卵やウシの脳にも見られます。このスフィンゴ脂質は小胞体で合成され、細胞膜に豊富に存在し、外側に高濃度で存在します。[ 11 ]
リン脂質には他にも多くの種類があり、その中には糖脂質もあります。糖脂質には、アルコール官能基が炭水化物の一部となっているホスファチジル糖が含まれます。ホスファチジル糖は植物や特定の微生物に存在します。炭水化物は、多数のヒドロキシル基が存在するため、非常に親水性です。
グリセロリン脂質は生体膜の主要な構成要素です。その両親媒性により、膜の脂質二重層構造が形成されます。電子顕微鏡で観察される細胞膜は、2つの識別可能な層、すなわち「小葉」から構成されており、それぞれの層はグリセロリン脂質分子が規則的に配列した列からできています。各層の構成は、細胞の種類によって大きく異なります。
グリセロリン脂質分子はそれぞれ、小さな極性頭部と2本の長い疎水性鎖から構成される。細胞膜において、リン脂質の2層は以下のように配置されている。
細胞膜における機能以外にも、シグナル誘導や輸送などの他の細胞プロセスにも関与している。シグナル伝達に関しては、プロスタグランジンや他のロイコトリエンの前駆体を提供する。[ 12 ]上記の生物学的応答プロセスを実行できるのは、その特異的な分布と異化作用によるものである。[ 13 ]膜におけるセカンドメッセンジャーの貯蔵センターとしての役割も、輸送体としての能力に寄与している。[ 13 ]また、タンパク質の機能にも影響を与える。例えば、リポタンパク質（血液中で脂肪を輸送する可溶性タンパク質）の重要な構成要素であるため、その代謝と機能に影響を与える。[ 6 ]
グリセロリン脂質は、ある物質を別の物質に分散させる乳化剤としても機能します。これは、キャンディーやアイスクリームの製造に用いられることがあります。
神経膜には、構造や細胞や膜の局在に応じて異なる速度で代謝回転する、いくつかのクラスのグリセロリン脂質が含まれています。主なクラスは、1-アルキル-2-アシルグリセロリン脂質、1,2-ジアシルグリセロリン脂質、およびプラズマロゲンの3つです。神経膜におけるこれらのクラスのグリセロリン脂質の主な機能は、組成の特定の変化によって安定性、透過性、および流動性を提供することです。[ 13 ]神経膜のグリセロリン脂質の組成は、その機能的有効性を大きく変化させます。グリセロリン脂質のアシル鎖の長さと飽和度は、多価不飽和脂肪酸が豊富な側方ドメインの形成を含む、多くの膜特性の重要な決定要因です。受容体を介したグリセロリン脂質のホスホリパーゼA(1)、A(2)、C、およびDによる分解により、プロスタグランジン、エイコサノイド、血小板活性化因子、ジアシルグリセロールなどのセカンドメッセンジャーが生成されます。したがって、神経膜リン脂質はセカンドメッセンジャーの貯蔵庫となります。また、アポトーシス、トランスポーターの活性の調節、および膜結合酵素にも関与しています。神経疾患では、神経膜グリセロリン脂質の組成に著しい変化が生じることが報告されています。これらの変化は、膜の流動性と透過性の変化をもたらします。これらのプロセスは、脂質過酸化物の蓄積およびエネルギー代謝の障害とともに、神経疾患で観察される神経変性の原因となっている可能性があります。[ 14 ]
グリセロリン脂質の代謝は、真核生物、腫瘍細胞、[ 15 ]および原核生物で異なります。原核生物での合成には、グリセロリン脂質のホスファチジン酸と極性頭部基の合成が含まれます。真核生物でのホスファチジン酸の合成は異なり、ホスファチジルコリンとホスファチジルエタノールアミンに向かう2つの経路があります。グリセロリン脂質は一般的に、さまざまな中間体を経ていくつかの段階で代謝されます。この代謝の最初の段階では、脂肪酸鎖がグリセロール骨格に付加または転移され、最初の中間体であるリゾホスファチジン酸（LPA）が形成されます。次に、LPAはアシル化されて次の中間体であるホスファチジン酸（PA）が形成されます。PAは脱リン酸化されてジアシルグリセロールが形成され、これはホスファチジルコリン（PC）の合成に不可欠です。[ 6 ] PCは、グリセロリン脂質の多くの種類の1つです。ケネディ経路と呼ばれる経路では、極性頭部が追加され、極性頭部領域、2つの脂肪酸鎖、およびグリセロール骨格に結合したリン酸基からなる全体の構造の形成が完了します。このケネディ経路では、コリンがCDP-コリンに変換され、極性頭部グループの転移を促進してPCの形成を完了します。PCはその後、ホスファチジルセリン（PS）やホスファチジルエタノールアミン（PE）などの他の種類のグリセロリン脂質にさらに変換されます。[ 6 ]