Štruktúra, funkcie, syntéza a aplikácie gangliozidov

Gangliozidy sú to membránové sfingolipidy patriace do triedy kyslých glykosfingolipidov. Sú to najhojnejšie glykolipidy a podieľajú sa na regulácii mnohých membránových vlastností, ako aj na proteínoch s nimi spojených. Sú obzvlášť hojné v nervových tkanivách.

Vyznačujú sa prítomnosťou zvyškov cukru s karboxylovými skupinami (sialové kyseliny) a spolu so sulfatidmi, ktoré obsahujú sulfátovú skupinu. O--viazaný v glukózovom alebo galaktózovom zvyšku. Predstavujú jednu z dvoch rodín kyslých glykosfingolipidov v eukaryotoch.

Termín ganglioside bol vytvorený v roku 1939 nemeckým biochemikom Ernstom Klenkom, keď odkazoval na zmes zlúčenín extrahovaných z mozgu pacienta s Niemann-Pickovou chorobou. Prvá štruktúra gangliozidu však bola objasnená v roku 1963.

S ostatnými sfingolipidmi zdieľajú hydrofóbnu kostru ceramidu, ktorá sa skladá z molekuly sfingozínu spojenej amidovou väzbou s mastnou kyselinou s 16 až 20 atómami uhlíka, s dvojitou väzbou trans medzi atómami uhlíka v polohách 4 a 5.

index

• 1 Štruktúra
  • 1.1 Charakteristika polárnej skupiny
• 2 Funkcie
  • 2.1 V nervovom systéme
  • 2.2 V bunkovej signalizácii
  • 2.3 V štruktúre
• 3 Zhrnutie
  • 3.1 Nariadenie
• 4 Aplikácie
• 5 Referencie

štruktúra

Gangliosidy sú charakterizované prítomnosťou oligosacharidových reťazcov v ich skupine polárnych hláv, v ktorých zložení sú molekuly kyseliny sialovej spojené p-glykozidickými väzbami k hydrofóbnemu skeletu ceramidu..

Sú to extrémne rozmanité molekuly vzhľadom na mnoho možných kombinácií medzi reťazcami oligosacharidov, rôznymi typmi kyseliny sialovej a nepolárnymi zvyškami pripojenými na kostru ceramidu, ako sfingozínu, tak mastných kyselín viazaných amidovými väzbami k uvedenému skeletu..

V nervovom tkanive sú najbežnejšími reťazcami mastných kyselín medzi gangliosidmi kyselina palmitová a kyselina stearová.

Charakteristiky polárnej skupiny

Oblasť polárnych hláv týchto sfingolipidov im dáva silný hydrofilný charakter. Táto polárna skupina je veľmi objemná v porovnaní s fosfolipidmi, ako je napríklad fosfatidylcholín.

Dôvod pre túto objemnosť súvisí s veľkosťou oligosacharidových reťazcov, ako aj s množstvom molekúl vody spojených s týmito sacharidmi.

Sialové kyseliny sú deriváty kyseliny 5-amino-3,5-dideoxy-D-glycero-D-galakto-non-2-ulopyranozoická alebo neuraminová kyselina. V gangliosidoch sú známe tri typy sialových kyselín:-N-acetyl, 5-N-acetyl-9-O-acetyl a 5-N-glykolylový derivát, ktorý je najbežnejší u zdravých ľudí.

Vo všeobecnosti sú cicavce (vrátane primátov) schopné syntetizovať kyselinu-N-glykolyl-neuraminikum, ale ľudia ho musia získať z potravinových zdrojov.

Klasifikácia týchto lipidov môže byť založená na počte zvyškov kyseliny sialovej (od 1 do 5), ako aj na ich polohe v molekule glykosfingolipidov..

Najbežnejšou oligosacharidovou sekvenciou je tetrasacharid Galp1-3GalNAcp1-4Galp1-4Glcp, ale možno nájsť aj menej zvyškov..

funkcie

Presné biologické implikácie gangliosidov neboli celkom objasnené, zdá sa však, že sa podieľajú na diferenciácii a morfogenéze buniek, na väzbe niektorých vírusov a baktérií a na procesoch bunkovej adhézie špecifických pre typ buniek ako ligandov pre proteíny. selektínu.

V nervovom systéme

Glykospingolipidy s kyselinou sialovou majú zvláštny význam v nervovom systéme, najmä v bunkách mozgu šedej hmoty. To súvisí so skutočnosťou, že glykokonjugáty sú vo všeobecnosti uznávané ako účinné nosiče informácií a skladovania buniek.

Sú umiestnené prevažne vo vonkajšej monovrstve plazmatickej membrány, takže majú významnú účasť na glykokalyte spolu s glykoproteínmi a proteoglykánmi..

Táto glykokalyxová alebo extracelulárna matrica je nevyhnutná pre pohyb buniek a aktiváciu signálnych dráh zapojených do rastu, proliferácie a génovej expresie..

V bunkovej signalizácii

Podobne ako to, čo sa deje s inými sfingolipidmi, aj vedľajšie produkty degradácie gangliozidov majú dôležité funkcie, najmä pri signalizačných procesoch a pri recyklácii prvkov na tvorbu nových molekúl lipidov..

V dvojvrstve sa gangliosidy vyskytujú vo veľkej miere v lipidových raftoch bohatých na sfingolipidy, kde sú vytvorené "glyko signálne domény", ktoré tiež sprostredkovávajú intercelulárne interakcie a transmembránovú signalizáciu stabilizáciou a asociáciou s integrálnymi proteínmi. Tieto lipidové rafty majú dôležité funkcie v imunitnom systéme.

V štruktúre

Podporujú konformáciu a správne skladanie dôležitých membránových proteínov, ako je to v prípade gangliozidu GM1 pri udržiavaní helikálnej štruktúry proteínu a-synukleínu, ktorého aberantná forma je spojená s Parkinsonovou chorobou. Sú tiež spojené s patológiami Huntingtonovej choroby, Tay-Sachs a Alzheimerovej choroby.

syntéza

Biosyntéza glykosfingolipidov závisí vo veľkej miere od intracelulárneho transportu prúdom vezikúl z endoplazmatického retikula (ER), cez Golgiho aparát a končiaci na plazmatickej membráne..

Biosyntetický proces začína tvorbou kostry ceramidu na cytoplazmatickej strane ER. Tvorba glykosfingolipidov nastáva neskôr v Golgiho aparáte.

Glykozidázové enzýmy zodpovedné za tento proces (glukozyltransferáza a galaktozyltransferáza) sa nachádzajú na cytosolickej strane Golgiho komplexu..

Pridanie zvyškov kyseliny sialovej k rastúcemu oligosacharidovému reťazcu je katalyzované niekoľkými glykozyltransferázami viazanými na membránu, ktoré sú však obmedzené na luminálnu stranu Golgiho membrány..

Rôzne línie dôkazov naznačujú, že syntéza najjednoduchších gangliosidov sa vyskytuje v skorej oblasti Golgiho membránového systému, zatiaľ čo zložitejšie sa vyskytujú v „neskorších“ oblastiach..

predpis

Syntéza je regulovaná v prvom prípade expresiou glykozyltransferáz, ale môžu byť tiež zahrnuté epigenetické udalosti, ako je fosforylácia zúčastnených enzýmov a ďalšie..

aplikácie

Niektorí výskumníci zamerali svoju pozornosť na užitočnosť konkrétneho gangliozidu, GM1. Toxín ​​syntetizoval V. cholera u cholerických pacientov má podjednotku zodpovednú za špecifické rozpoznanie tohto gangliozidu, ktorý je prezentovaný na povrchu slizníc čreva.

GM1 sa teda používa na rozpoznávanie markerov tejto patológie, ktoré sa majú zahrnúť do syntézy lipozómov používaných na diagnostiku cholery..

Iné aplikácie zahŕňajú syntézu špecifických gangliosidov a ich viazanie na stabilné nosiče na diagnostické účely alebo na čistenie a izoláciu zlúčenín, pre ktoré majú afinitu. Bolo tiež zistené, že môžu slúžiť ako markery pre niektoré typy rakoviny.

referencie

1. Groux-Degroote, S., Guérardel, Y., Julien, S., & Deannoy, P. (2015). Gangliosidy v rakovine prsníka: nové perspektívy. Biochémia (Moskva), 80(7), 808-819.
2. Ho, J. A., Wu, L., Huang, M., Lin, Y., Baeumner, A. J., Durst, R.A., & York, N. (2007). Aplikácia lipozómov citlivých na gangliozidy v imunoanalytickom systéme s prietokovou injekciou na stanovenie cholera toxínu. Anal. Chem., 79(1), 10795-10799.
3. Kanfer, J., & Hakomori, S. (1983). Sfingolipidová biochémia. (D. Hanahan, Ed.), Príručka Lipid Research 3 (1. vydanie). Plenum Press.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molekulárna bunková biológia (5. vydanie). Freeman, W. H. & Company.
5. O'Brien, J. (1981). Ochorenia pri ukladaní gangliozidu: aktualizovaný prehľad. Talian. J. Neurol. sci., 3, 219-226.
6. Sonnino, S. (2018). Gangliozidy. V S. Sonnino & A. Prinetti (Eds.), Metódy molekulárnej biológie. Humana Press.
7. Tayot, J.-L. (1983). 244,312. Spojené štáty.
8. van Echten, G., & Sandhoff, K. (1993). Metabolizmus gangliozidu. Journal of Biological Chemistry, 268(8), 5341-5344.