Struktura, funkcje, synteza i zastosowania gangliozydów



The gangliozydy są to sfingolipidy błonowe należące do klasy kwaśnych glikosfingolipidów. Są one najliczniej występującymi glikolipidami i biorą udział w regulacji wielu właściwości błonowych, jak również związanych z nimi białek. Są one szczególnie bogate w tkanki nerwowe.

Charakteryzują się obecnością reszt cukrowych z grupami karboksylowymi (kwasy sialowe) i razem z sulfatydami, które zawierają grupę siarczanową O--związany w reszcie glukozy lub galaktozy. Reprezentują one jedną z dwóch rodzin kwaśnych glikosfingolipidów u eukariontów.

Termin gangliozyd został ukuty w 1939 r. Przez niemieckiego biochemika Ernsta Klenka, gdy odnosił się do mieszaniny związków wyekstrahowanych z mózgu pacjenta z chorobą Niemanna-Picka. Jednak pierwsza struktura gangliozydu została wyjaśniona w 1963 roku.

Dzielą się z innymi sfingolipidami hydrofobowym szkieletem ceramidu, który składa się z cząsteczki sfingozyny połączonej wiązaniem amidowym z kwasem tłuszczowym o 16–20 atomach węgla, z podwójnym wiązaniem w trans między węglami w pozycjach 4 i 5.

Indeks

  • 1 Struktura
    • 1.1 Charakterystyka grupy polarnej
  • 2 Funkcje
    • 2.1 W układzie nerwowym
    • 2.2 Sygnalizacja komórkowa
    • 2.3 W strukturze
  • 3 Podsumowanie
    • 3.1 Rozporządzenie
  • 4 Aplikacje
  • 5 referencji

Struktura

Gangliozydy charakteryzują się obecnością w swojej polarnej grupie główkowej łańcuchów oligosacharydowych, w których składzie znajdują się cząsteczki kwasu sialowego połączone wiązaniami β-glikozydowymi z hydrofobowym szkieletem ceramidu.

Są to niezwykle różnorodne cząsteczki ze względu na wiele możliwych kombinacji między łańcuchami oligosacharydów, różnymi rodzajami kwasu sialowego i niepolarnymi ogonami przyłączonymi do szkieletu ceramidu, zarówno sfingozyny, jak i kwasów tłuszczowych połączonych wiązaniami amidowymi ze wspomnianym szkieletem.

W tkance nerwowej najczęstsze łańcuchy kwasów tłuszczowych wśród gangliozydów są reprezentowane przez kwas palmitynowy i stearynowy.

Charakterystyka grupy polarnej

Region głowy polarnej tych sfingolipidów nadaje im silny charakter hydrofilowy. Ta grupa polarna jest bardzo masywna w porównaniu z grupą fosfolipidów, takich jak na przykład fosfatydylocholina.

Powodem tej wielkości jest rozmiar łańcuchów oligosacharydowych, a także ilość cząsteczek wody związanych z tymi węglowodanami.

Kwasy sialowe są pochodnymi kwasu 5-amino-3,5-dideoksy-D-glicero-D-galakto-kwas nie-2-ulopiranozowy lub neuraminowy. W gangliozydach znane są trzy rodzaje kwasów sialowych:-N-acetyl, 5-N-acetylo-9-O-acetyl i 5-N-pochodna glikolilowa, która jest najczęstsza u zdrowych ludzi.

Ogólnie ssaki (w tym naczelne) są zdolne do syntezy kwasu-N-glikolilo-neuraminowy, ale ludzie muszą uzyskać go ze źródeł żywności.

Klasyfikacja tych lipidów może opierać się zarówno na liczbie reszt kwasu sialowego (od 1-5), jak i pozycji tego samego w cząsteczce glikosfingolipidu.

Najczęstszą sekwencją oligosacharydową jest tetrasacharyd Galβ1-3GalNAcβ1-4Galβ1-4Glcβ, ale można także znaleźć mniej reszt.

Funkcje

Dokładne implikacje biologiczne gangliozydów nie zostały w pełni wyjaśnione, jednak wydaje się, że biorą one udział w różnicowaniu komórek i morfogenezie, w wiązaniu niektórych wirusów i bakterii oraz w specyficznych dla typu procesach adhezji komórkowej jako ligandy białek. selektyny.

W układzie nerwowym

Glikosfingolipidy z kwasem sialowym mają szczególne znaczenie w układzie nerwowym, zwłaszcza w komórkach istoty szarej mózgu. Ma to związek z faktem, że glikokoniugaty są ogólnie uznawane za skuteczne nośniki informacji i przechowywania komórek.

Znajdują się one głównie w zewnętrznej monowarstwie błony plazmatycznej, mają więc ważny udział w glikokaliksie, wraz z glikoproteinami i proteoglikanami.

Ta glikokaliksa lub macierz pozakomórkowa jest niezbędna dla ruchu komórek i aktywacji szlaków sygnałowych zaangażowanych we wzrost, proliferację i ekspresję genów.

W sygnalizacji komórkowej

Podobnie jak w przypadku innych sfingolipidów, produkty uboczne degradacji gangliozydów pełnią również ważne funkcje, zwłaszcza w procesach sygnalizacji i recyklingu pierwiastków w celu tworzenia nowych cząsteczek lipidów.

W obrębie dwuwarstwy gangliozydy występują w dużym stopniu w raftach lipidowych bogatych w sfingolipidy, gdzie ustanowiono „domeny sygnalizacji gliko”, które również pośredniczą w interakcjach międzykomórkowych i przekazywaniu sygnału przez błonę komórkową poprzez stabilizację i asocjację z integralnymi białkami. Te tratwy lipidowe pełnią ważne funkcje w układzie odpornościowym.

W strukturze

Promują konformację i prawidłowe fałdowanie ważnych białek błonowych, tak jak w przypadku gangliozydu GM1 w utrzymaniu spiralnej struktury białka α-synukleiny, którego nieprawidłowa postać jest związana z chorobą Parkinsona. Są one również związane z patologiami choroby Huntingtona, Tay-Sachsa i Alzheimera.

Synteza

Biosynteza glikosfingolipidów zależy w dużym stopniu od transportu wewnątrzkomórkowego poprzez przepływ pęcherzyków z retikulum endoplazmatycznego (ER), przez aparat Golgiego i kończąc na błonie plazmatycznej.

Proces biosyntetyczny rozpoczyna się od utworzenia szkieletu ceramidowego po cytoplazmatycznej stronie ER. Tworzenie glikosfingolipidów zachodzi później w aparacie Golgiego.

Enzymy glikozydazowe odpowiedzialne za ten proces (glukozylotransferaza i galaktozylotransferaza) znajdują się po cytozolowej stronie kompleksu Golgiego..

Dodanie reszt kwasu sialowego do rosnącego łańcucha oligosacharydowego jest katalizowane przez kilka glikozylotransferaz związanych z błoną, ale ograniczonych do strony luminalnej membrany Golgiego.

Różne linie dowodowe sugerują, że synteza najprostszych gangliozydów zachodzi we wczesnym regionie układu błony Golgiego, podczas gdy bardziej złożone występują w bardziej „późnych” regionach..

Rozporządzenie

Synteza jest regulowana w pierwszej kolejności przez ekspresję glikozylotransferaz, ale mogą być również zaangażowane zdarzenia epigenetyczne, takie jak fosforylacja zaangażowanych enzymów i inne..

Aplikacje

Niektórzy badacze skupili swoją uwagę na użyteczności konkretnego gangliozydu, GM1. Toksyna syntetyzowana przez V. cholera u pacjentów cholerycznych ma podjednostkę odpowiedzialną za specyficzne rozpoznawanie tego gangliozydu, który jest prezentowany na powierzchni komórek śluzowych jelita.

Tak więc GM1 wykorzystano do rozpoznawania markerów tej patologii, które mają być włączone do syntezy liposomów stosowanych do diagnozy cholery.

Inne zastosowania obejmują syntezę specyficznych gangliozydów i ich wiązanie ze stabilnymi nośnikami do celów diagnostycznych lub do oczyszczania i izolacji związków, dla których mają powinowactwo. Ustalono również, że mogą służyć jako markery dla niektórych rodzajów nowotworów.

Referencje

  1. Groux-Degroote, S., Guérardel, Y., Julien, S. i Deannoy, P. (2015). Gangliozydy w raku piersi: nowe perspektywy. Biochemia (Moskwa), 80(7), 808-819.
  2. Ho, J.A., Wu, L., Huang, M., Lin, Y., Baeumner, A.J., Durst, R.A. i York, N. (2007). Zastosowanie liposomów uwrażliwionych na gangliozyd w układzie immunoanalitycznym do iniekcji przepływowej do oznaczania toksyny cholery. Anal Chem., 79(1), 10795-10799.
  3. Kanfer, J. i Hakomori, S. (1983). Biochemia sfingolipidów. (D. Hanahan, wyd.), Podręcznik badań lipidów 3 (Pierwsze wydanie). Plenum Press.
  4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C. A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molekularna biologia komórkowa (5 wyd.). Freeman, W. H. & Company.
  5. O'Brien, J. (1981). Choroby związane z magazynowaniem gangliozydów: zaktualizowany przegląd. Ital. J. Neurol. Sci., 3, 219-226.
  6. Sonnino, S. (2018). Gangliozydy. W S. Sonnino i A. Prinetti (red.), Methods in Molecular Biology 1804. Humana Press.
  7. Tayot, J.-L. (1983). 244,312. Stany Zjednoczone.
  8. van Echten, G. i Sandhoff, K. (1993). Metabolizm gangliozydów. The Journal of Biological Chemistry, 268(8), 5341-5344.