KWAS SIALOWY: BUDOWA, FUNKCJE I CHOROBY - BIOLOGIA - 2026

Te kwasy sjalowe są monosacharydy dziewięciu atomów węgla. Należą do rodziny pochodnych kwasu neuraminowego (kwas 5-amino-3,5-dideoksy-D-glicero-D-galakto-nonulozonowy) i są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie, szczególnie w królestwie zwierząt.

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

Schemat cząsteczki kwasu sialowego (źródło: User: glycoform via Wikimedia Commons)

Termin „kwas sialowy” został po raz pierwszy wymyślony przez Gunnara Blixa w 1957 r., Chociaż wcześniejsze raporty innych badaczy wskazują, że ich odkrycie datuje się na dekadę lub dwie wcześniej, kiedy opisano je jako część glikoprotein mucyny sialo i sfingolipidów sialosialo (gangliozydy). .

Kwasy sialowe są obecne w większości królestw przyrody. Zostały wykryte w niektórych wirusach, bakteriach chorobotwórczych, pierwotniakach, skorupiakach, płazińcach, owadach i kręgowcach, takich jak ryby, płazy, ptaki i ssaki. Wręcz przeciwnie, nie znaleziono ich w grzybach, algach czy roślinach.

Struktura

Kwasy sialowe występują głównie w końcowej części powierzchniowych glikoprotein i glikolipidów, zapewniając tym glikokoniugatom dużą różnorodność. Różnicowe wzory „sjalilacji” są produktami ekspresji specyficznych dla tkanki glikozylotransferaz (sialilotransferaz).

Strukturalnie kwasy sialowe należą do rodziny około 40 naturalnych pochodnych kwasu neuraminowego, które są N-acylowane, dając początek dwóm strukturom „macierzystym”: kwasowi N-acetyloneuraminowemu (Neu5Ac) lub kwasowi N-glikolilo-neuraminowemu (Neu5Gc) .

Jego właściwości strukturalne obejmują obecność grupy aminowej (którą można modyfikować) w pozycji 5 i grupy karboksylowej w pozycji 1, która może ulegać jonizacji przy fizjologicznym pH. Odtleniony węgiel C-3 i cząsteczka glicerolu w pozycji C-6.

Schemat cząsteczki kwasu sialowego z wyliczeniem atomów węgla (źródło: User: glycoform via Wikimedia Commons)

Wiele pochodnych powstaje w wyniku podstawienia grup hydroksylowych w pozycjach C-4, C-7, C-8 i C-9 przez części acetylowe, glikolowe, laktylowe, metylowe, siarczanowe i fosforanowe; a także wprowadzenie podwójnych wiązań między C-2 i C-3.

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

Te wiązania mogą zachodzić między resztami galaktozy, N-acetyloglukozaminą, N-acetylogalaktozaminą i w niektórych unikalnych gangliozydach, glukozą. Mogą wystąpić poprzez wiązania N-glikozydowe lub O-glikozydowe.

cechy

Uważa się, że kwasy sialowe pomagają organizmom pasożytniczym przetrwać w organizmie żywiciela; przykładami tego są ssacze patogeny, które wytwarzają enzymy metabolizmu kwasu sialowego (sialidazy lub liazy N-acetyloneuraminowe).

Nie ma gatunków ssaków, u których nie stwierdzono obecności kwasów sialowych jako części ogólnie glikoprotein, glikoprotein surowicy, błony śluzowej, jako części struktur powierzchni komórek lub jako część węglowodanów złożonych.

Zostały znalezione w kwaśnych oligosacharydach w mleku i siarze ludzi, bydła, owiec, psów i świń, a także w moczu szczurów i ludzi.

Rola w procesach adhezji komórek

Glikokoniugaty z resztami kwasu sialowego odgrywają ważną rolę w procesach wymiany informacji między sąsiednimi komórkami oraz między komórkami a ich środowiskiem.

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

Dodatkowo, ładunek ujemny nadaje kwasom sialowym w błonie rolę w transporcie dodatnio naładowanych jonów.

Donoszono, że kwas sialowy ułatwia wiązanie śródbłonka i nabłonka do błony podstawnej kłębuszków nerkowych, co również wpływa na kontakt między tymi komórkami.

Rola w żywotności składników krwinek

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 poddane działaniu enzymów neuraminidazy, odpowiedzialnych za degradację kwasu sialowego, drastycznie zmniejszają swój okres półtrwania we krwi ze 120 dni do kilku godzin. Ten sam przypadek zaobserwowano w przypadku płytek krwi.

Trombocyty tracą zdolność adhezji i agregacji przy braku kwasu sialowego w ich 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 rozróżnić swoje własne lub atakujące struktury na podstawie rozpoznania wzorców kwasu sialowego obecnych w błonach.

Kwas sialowy, a także enzymy neuraminidaza i sialilotransferaza posiadają ważne właściwości regulacyjne. Końcowe części kwasu sialowego w glikokoniugatach błony komórkowej pełnią funkcje maskujące lub jako receptory błonowe.

Ponadto różni autorzy podnieśli możliwość, że kwas sialowy ma funkcje antygenowe, ale nie jest to jeszcze znane z pewnością. Jednak funkcje maskujące reszt kwasu sialowego są bardzo ważne w regulacji komórek.

Maskowanie może pełnić 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 posiadają reszty Neu5Ac, które wykazują właściwości neutralizujące wirusy, ponieważ te immunoglobuliny są zdolne do zapobiegania adhezji wirusów tylko do koniugatów (glikokoniugatów z częściami kwasu sialowego) na błonie komórkowej.

Inne funkcje

W przewodzie pokarmowym równie ważną rolę odgrywają kwasy sialowe, wchodzące w skład mucyn, które mają istotne dla całego organizmu właściwości natłuszczające i ochronne.

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

Choroby

Wiadomo, że wiele chorób obejmuje nieprawidłowości w metabolizmie kwasu sialowego i są one znane jako sialidoza. Do najbardziej znanych należą sialuria i choroba Salli, które charakteryzują się wydalaniem z moczem z dużymi ilościami wolnych kwasów sialowych.

Inne choroby o charakterze immunologicznym mają związek ze zmianami w enzymach anabolicznych i katabolicznych związanych z metabolizmem kwasu sialowego, które powodują nieprawidłową akumulację glikokoniugatów z częściami kwasu sialowego.

Znane są również choroby związane z czynnikami krwi, takie jak trombocytopenia, polegająca na obniżeniu poziomu trombocytów we krwi, prawdopodobnie spowodowanym brakiem kwasu sialowego w błonie.

Choroba von Willebranda odpowiada zaburzeniu zdolności trombocytów do przylegania do glikokoniugatów błony śródbłonkowej ściany naczynia krwionośnego, spowodowanemu niedoborem lub niedoborem 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 są związane ze zmniejszoną zawartością Neu5Ac.

Bibliografia

1. Clayden, J., Greeves, N., Warren, S. i Wothers, P. (2001). Organie Chemistry (1st ed.). Nowy Jork: Oxford University Press.
2. Demchenko, AV (2008). Handbook of Chemical Glycosylation: Advances in Stereoselectivity and Therapeutical Relevance. 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 funkcja. Springer-Verlag Wien Nowy Jork.
5. Traving, C. i Schauer, R. (1998). Budowa, funkcja i metabolizm kwasów sialowych. CMLS Cellular and Molecular Life Sciences, 54, 1330–1349.