Struktura, funkcje i choroby kwasu sialowego

The kwasy sialowe są monosacharydami o dziewięciu atomach węgla. Należą do rodziny pochodnych kwasu neuraminowego (kwas 5-amino-3,5-dideoksy-D-glicero-D-galakto-nonulosonowy) i są szeroko rozpowszechnione w naturze, szczególnie w królestwie zwierząt.

Zwykle nie występują jako wolne cząsteczki, ale są połączone wiązaniami α-glikozydowymi z cząsteczkami węglowodanów lub innymi cząsteczkami kwasu sialowego i mogą następnie zajmować pozycje końcowe lub wewnętrzne w liniowym łańcuchu węglowodanów.

Termin „kwas sialowy” został po raz pierwszy ukuty przez Gunnara Blixa w 1957 r., Chociaż wcześniejsze doniesienia innych badaczy wskazują, że jego odkrycie datuje się na jedną lub dwie poprzednie dekady, kiedy opisano je jako część glikoprotein sialokucynowych i sialo-sfingolipidów (gangliozydy).

Kwasy sialowe występują w wielu dziedzinach natury. Wykryto niektóre wirusy, bakterie chorobotwórcze, pierwotniaki, skorupiaki, płazińce, owady i kręgowce, takie jak ryby, płazy, ptaki i ssaki. Przeciwnie, nie znaleziono ich w grzybach, algach lub roślinach.

Indeks

• 1 Struktura
• 2 Funkcje
  • 2.1 Funkcja w procesach adhezji komórek
  • 2.2 Rola w życiu składników krwi komórkowej
  • 2.3 Funkcje w układzie odpornościowym
  • 2.4 Inne funkcje
• 3 Choroby
• 4 odniesienia

Struktura

Kwasy sialowe występują głównie w końcowej części glikoprotein i glikolipidów powierzchniowych, zapewniając dużą różnorodność tych glikokoniugatów. Różnicowe wzory „sialilacji” są produktem ekspresji specyficznych tkankowo glikozylotransferaz (sialilotransferaz).

Strukturalnie kwasy sialowe należą do rodziny około 40 naturalnych pochodnych kwasu neuraminowego, które są N-acylowane, powodując powstanie dwóch struktur „macierzystych”: kwasu N-acetyloneuraminowego (Neu5Ac) lub kwasu N-glikolilo-neuraminowego (Neu5Gc).

Jego cechy strukturalne obejmują obecność grupy aminowej (która może być modyfikowana) w pozycji 5 i grupy karboksylowej w pozycji 1, która może być zjonizowana przy fizjologicznym pH. Odtleniony węgiel C-3 i cząsteczka glicerolu w pozycji C-6.

Wiele pochodnych powstaje z podstawienia grup hydroksylowych w pozycjach C-4, C-7, C-8 i C-9 przez części acetylowe, glikolowe, lactylowe, metylowe, siarczanowe i fosforanowe; jak również wprowadzenie podwójnych wiązań między C-2 i C-3.

W końcowej pozycji liniowej wiązanie części kwasu sialowego do łańcucha oligosacharydowego obejmuje wiązanie α-glikozydowe między grupą hydroksylową C-2 anomerycznego węgla kwasu sialowego i grupami hydroksylowymi atomów węgla C-3, C. 4 lub C-6 części monosacharydowej.

Wiązania te mogą być między resztami galaktozy, N-acetyloglukozaminą, N-acetylogalaktozaminą i w niektórych unikalnych gangliozydach, glukozą. Mogą być podawane przez wiązania N-glikozydowe lub O-glikozydowe.

Funkcje

Uważa się, że kwasy sialowe pomagają organizmom pasożytniczym przeżyć w organizmie gospodarza; przykładem są patogeny ssaków, które produkują enzymy metabolizmu kwasu sialowego (sialidazy lub liazy N-acetyloneuraminowe).

Nie ma gatunku ssaka, dla którego obecność kwasów sialowych nie została opisana jako część glikoprotein ogólnie, glikoprotein surowicy, błon śluzowych, jako części struktur powierzchni komórki lub jako część złożonych węglowodanów.

Zostały one znalezione w kwaśnych oligosacharydach mleka i siary ludzi, bydła, owiec, psów i świń, a także jako część moczu szczurów i ludzi.

Funkcja w procesach adhezji komórek

Glikokoniugaty z częściami kwasu sialowego odgrywają ważną rolę w procesach wymiany informacji między sąsiadującymi komórkami i między komórkami a ich środowiskiem.

Obecność kwasu sialowego w błonach komórkowych przyczynia się do ustanowienia ładunku ujemnego na powierzchni, co ma pozytywne skutki w niektórych przypadkach odpychania elektrostatycznego między komórkami a niektórymi cząsteczkami.

Ponadto ładunek ujemny nadaje kwasom sialowym w membranie rolę w transporcie dodatnio naładowanych jonów.

Doniesiono, że wiązanie śródbłonka i nabłonka z podstawną błoną kłębuszkową jest ułatwione przez kwas sialowy, a to również wpływa na kontakt między tymi komórkami.

Rola w życiu składników krwi komórkowej

Kwas sialowy pełni ważne funkcje jako część glikoforyny A w błonie komórkowej erytrocytów. Niektóre badania wykazały, że zawartość kwasu sialowego jest odwrotnie proporcjonalna do wieku tych komórek.

Erytrocyty traktowane enzymami neuraminidazy, odpowiedzialnymi za rozkład kwasu sialowego, drastycznie zmniejszają okres półtrwania w krwiobiegu ze 120 dni do kilku godzin. Ten sam przypadek zaobserwowano w przypadku płytek krwi.

Trombocyty tracą adhezję i zdolność agregacji pod nieobecność kwasu sialowego w swoich białkach powierzchniowych. W limfocytach kwas sialowy odgrywa również ważną rolę w procesach adhezji i rozpoznawania komórek, a także w interakcji z receptorami powierzchniowymi.

Funkcje w układzie odpornościowym

Układ odpornościowy jest w stanie odróżnić własne lub inwazyjne struktury w oparciu o rozpoznawanie wzorców kwasu sialowego obecnych w błonach.

Kwas sialowy, jak również enzymy neuraminidaza i sialilotransferaza, posiadają ważne właściwości regulacyjne. Końcowe części kwasu sialowego w glikokoniugatach błony komórkowej mają funkcje maskowania lub receptory błonowe.

Ponadto kilku autorów podniosło możliwość, że kwas sialowy ma funkcje antygenowe, ale nie jest jeszcze znany z pewnością. Jednak funkcje maskowania reszt kwasu sialowego są bardzo ważne w regulacji komórek.

Maskowanie może mieć bezpośrednią lub pośrednią rolę ochronną, w zależności od tego, czy część kwasu sialowego bezpośrednio pokrywa antygenową resztę węglowodanową, czy też jest to kwas sialowy w sąsiednim glikokoniugacie, który maskuje część antygenową..

Niektóre przeciwciała mają reszty Neu5Ac, które wykazują właściwości neutralizujące wirusa, ponieważ te immunoglobuliny są zdolne do zapobiegania adhezji wirusów do sprzężonego sialo (glikokoniugaty z częściami kwasu sialowego) w błonie komórkowej.

Inne funkcje

W przewodzie pokarmowym równie ważną rolę odgrywają kwasy sialowe, ponieważ są one częścią mucyn, które mają właściwości smarujące i ochronne, niezbędne dla całego organizmu.

Ponadto kwasy sialowe są również obecne w błonach komórek nabłonkowych oskrzeli, żołądka i jelit, gdzie biorą udział w transporcie, wydzielaniu i innych procesach metabolicznych.

Choroby

Znanych jest wiele chorób, które wiążą się z nieprawidłowościami w metabolizmie kwasu sialowego i są znane jako sialidoza. Do najbardziej znanych należą choroba sialurii i Salla, które charakteryzują się wydalaniem moczu z dużymi ilościami wolnych kwasów sialowych.

Inne choroby porządku immunologicznego mają związek ze zmianami enzymów anabolicznych i katabolicznych związanych z metabolizmem kwasu sialowego, które powodują nieprawidłowe gromadzenie glikokoniugatów z częściami kwasu sialowego.

Znane są również niektóre choroby związane z czynnikami krwi, takie jak małopłytkowość, która polega na zmniejszeniu poziomu trombocytów krwi prawdopodobnie spowodowanym brakiem kwasu sialowego w błonie.

Choroba von Willebranda odpowiada defektowi zdolności adhezyjnej trombocytów do glikokoniugatów błony podśródbłonkowej ściany naczyń krwionośnych, spowodowanych niedoborami lub niedoborami glikozylacji lub sialilacji.

Trombastenia Glanzmanna jest kolejnym wrodzonym zaburzeniem agregacji trombocytów, którego korzeniem jest obecność wadliwych glikoprotein w błonie trombocytów. Wykazano, że defekty tych glikoprotein mają związek ze zmniejszoną zawartością Neu5Ac.

Referencje

1. Clayden, J., Greeves, N., Warren, S., i Wothers, P. (2001). Organic Chemistry (pierwsze wydanie). Nowy Jork: Oxford University Press.
2. Demchenko, A. V. (2008). Podręcznik chemicznej glikozylacji: postępy w stereoselektywności i stosowności terapeutycznej. Wiley-VCH.
3. Rosenberg, A. (1995). Biologia kwasów sialowych. Nowy Jork: Springer Science + Business Media, LLC.
4. Schauer, R. (1982). Kwasy sialowe: chemia, metabolizm i funkcje. Springer-Verlag Wien Nowy Jork.
5. Traving, C. i Schauer, R. (1998). Struktura, funkcja i metabolizm kwasów sialowych. CMLS Cellular and Molecular Life Sciences, 54, 1330-1349.