磷脂酰肌醇特异的磷脂酶C(PI-
PLC)有3个家族β、γ、δ。各种PI-PLC有类似的
催化活性,主要是因为这些酶有两个
保守性相当高的
氨基酸序列,分别叫X和Y区,它们大约含有150和130个
氨基酸残基。
二区在三个家族间的
同源性为43%和33%,但各家族内成员间同源性可达79%。当
酶蛋白折叠,此二区靠近形成
活性中心。X区位置比较恒定,Y区位置变异较大。PI-PLC中含有
SH结构域可以与其他蛋白相互作用。2002年研究发现PLC的一个新构型——PLCζ,是发现的PLC家族中最小的亚型,因为相比较其他亚型缺少了一个
PH结构域。PLCζ同
雄性不育关系密切。
PLC的主要催化反应发生在脂质—水界面的不溶性底物上。
活性位点中的
残基在所有同种PLC中都是保守的。在动物中,PLC在
磷酸二酯键的
甘油侧选择性地催化
磷脂(
磷脂酰肌醇4,5-二
磷酸(PIP2))的水解,形成酶与底物弱结合的中间体肌醇1,2-环磷酸二酯和释放
二酰基甘油(DAG)。然后将中间体水解成肌醇1,4,5-三
磷酸酯(IP3)。因此,两种
最终产品是DAG和IP3。酸/碱催化需要两个保守的
组氨酸残基,并且PIP2水解需要
钙离子。人们已经观察到活性位点钙离子与四个酸性残基配位,并且如果任何残基突变,则催化需要更大的钙离子浓度。
PLC将磷脂酰
肌醇4,5-二磷酸(PIP2)切割成
二酰基甘油(
DAG)和肌醇1,4,5-
三磷酸(
IP3)。因此,PLC对PIP2的消耗具有重要的作用。PIP2在生物中的功能是充当
膜锚或变构调节剂。PIP2还作为合成稀有
脂质磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸(PIP3)的底物,其负责多个反应中的
信号传导。因此,PLC反应导致的PIP2耗竭对于
质膜和
核膜中局部PIP2浓度的调节至关重要。
PLC
催化反应的两种产物DAG和IP3是控制不同细胞过程的重要的
第二信使,并且是合成其他重要
信号分子的底物。当PIP2裂解时,DAG保持与膜结合,并且IP3作为可溶性结构释放到
胞质溶胶中。然后IP3通过胞质溶胶扩散以结合
IP3受体,特别是
光滑内质网(ER)中的
钙通道。这导致
细胞质中钙的
浓度增加,引起一系列细胞内的变化和活化。此外,钙和DAG一起起作用以激活
蛋白激酶C,继而磷酸化其他分子,导致细胞活性改变。最终的效应包括味觉,
肿瘤促进,以及囊泡
胞吐作用,
NADPH氧化酶产生
超氧化物和
JNK活化。
DAG和IP3都是用于合成调节分子的底物。DAG是合成
磷脂酸(一种调节分子)的底物。 IP3是合成肌醇多
磷酸盐的限速底物,可刺激多种
蛋白激酶,转录和
mRNA加工。因此,PLC活性的调控对其他细胞生理学的中心调控途径的酶的协调和调控是至关重要的。
另外,磷脂酶C在炎症途径中起重要作用。
激动剂如
凝血酶,
肾上腺素或
胶原蛋白与
血小板表面受体的结合可触发磷脂酶C的活化,以催化
花生四烯酸从两种主要的
膜磷脂(磷脂酰肌醇和磷脂酰胆碱)中释放。 然后花生四烯酸可以进入
环加氧酶途径(产生
前列腺素(PGE1,
PGE2,PGF2),
前列环素(PGI2)或
血栓素(TXA2))和
脂氧合酶途径(产生
白三烯(
LTB4,LTC4,LTD4,LTE4))。
A型变种的
产气荚膜梭菌会产生α-毒素。这种毒素具有磷脂酶C活性,并能引起溶血和皮肤坏死,乃至致死。在高浓度下,α-毒素诱导
磷脂酰胆碱和
鞘磷脂大量降解,分别产生
二酰基甘油和
神经酰胺。然后这些分子参与
信号转导途径。据报道,毒素在分离的
大鼠主动脉中能激活
花生四烯酸级联反应。毒素诱导的收缩与花生四烯酸产生血栓烷A2有关。因此,细菌PLC很可能和
真核细胞膜中内源PLC具有相同的作用。