GANGLIOZYDY: BUDOWA, FUNKCJE, SYNTEZA I ZASTOSOWANIA - BIOLOGIA - 2025

Że gangliozydy są sfingolipidy błony należące do klasy kwaśnych glikolipidów. Należą do najbardziej rozpowszechnionych glikolipidów i biorą udział w regulacji wielu właściwości błon, a także białek z nimi związanych. Występują szczególnie obficie w tkankach nerwowych.

Charakteryzują się obecnością reszt cukrowych z grupami karboksylowymi (kwasy sialowe) oraz razem z sulfatydami, które zawierają grupę O-siarczanową połączoną z resztą glukozy lub galaktozy. Reprezentują jedną z dwóch rodzin kwaśnych glikosfingolipidów u eukariotów.

Przykład struktury gangliozydu (źródło: Caitlin Sedwick, za Wikimedia Commons)

Termin gangliozyd został wymyślony w 1939 roku przez niemieckiego biochemika Ernsta Klenka, kiedy odnosił się do mieszaniny związków wyekstrahowanych z mózgu pacjenta z chorobą Niemanna-Picka. Jednak pierwszą strukturę gangliozydu wyjaśniono w 1963 roku.

Dzielą hydrofobowy szkielet ceramidowy z innymi sfingolipidami, który składa się z cząsteczki sfingozyny połączonej wiązaniem amidowym z kwasem tłuszczowym zawierającym od 16 do 20 atomów węgla, z podwójnym wiązaniem trans między atomami węgla w 4 pozycjach i 5.

Struktura

Gangliozydy charakteryzują się prezentacją łańcuchów oligosacharydowych w ich polarnej grupie głowy, w skład której wchodzą cząsteczki kwasu sialowego połączone wiązaniami β-glukozydowymi z hydrofobowym szkieletem ceramidu.

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

W tkance nerwowej najczęściej występującymi łańcuchami kwasów tłuszczowych wśród gangliozydów są kwas palmitynowy i stearynowy.

Charakterystyka grupy polarnej

Region głowy polarnej tych sfingolipidów nadaje im silnie hydrofilowy charakter. Ta grupa polarna jest bardzo obszerna w porównaniu z fosfolipidami, takimi jak na przykład fosfatydylocholina.

Przyczyna tej masy ma związek z rozmiarem łańcuchów oligosacharydów, a także z ilością cząsteczek wody związanych z tymi węglowodanami.

Ogólna struktura gangliozydów (źródło: Ryan_1991, za Wikimedia Commons)

Kwasy sialowe są pochodnymi kwasu 5-amino-3,5-dideoksy-D-glicero-D-galakto-non-2-ulopiranozoic, czyli kwasu neuraminowego. W gangliozydach znane są trzy rodzaje kwasów sialowych: 5-N-acetyl, 5-N-acetylo-9-O-acetyl i 5-N-glikolil-pochodna, która występuje najczęściej u zdrowych ludzi.

Ogólnie rzecz biorąc, ssaki (w tym naczelne) są zdolne do syntetyzowania kwasu 5-N-glikolilo-neuraminowego, ale ludzie muszą go pozyskiwać ze źródeł pożywienia.

Klasyfikacja tych lipidów może być oparta zarówno na liczbie reszt kwasu sialowego (od 1-5), jak i na ich pozycji w cząsteczce glikosfingolipidu.

Najpowszechniejszą sekwencją oligosacharydów jest tetrasacharyd Galβ1-3GalNAcβ1-4Galβ1-4Glcβ, ale można również znaleźć mniej reszt.

cechy

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 komórek 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 na ogół są uznawane za wydajne nośniki informacji i przechowywania dla komórek.

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

Ta glikokaliks lub macierz zewnątrzkomórkowa 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 również pełnią ważne funkcje, zwłaszcza w procesach sygnalizacji i recyklingu pierwiastków do tworzenia nowych cząsteczek lipidów.

W obrębie dwuwarstwy gangliozydy występują głównie w bogatych w sfingolipidy tratwach lipidowych, w których ustalone są „domeny gliko-sygnalizacyjne”, które również pośredniczą w interakcjach międzykomórkowych i przekazywaniu sygnałów przez błonę poprzez stabilizację i połączenie z integralnymi białkami. Te tratwy lipidowe pełnią ważne funkcje w układzie odpornościowym.

W strukturze

Promują konformację i prawidłowe fałdowanie ważnych białek błonowych, takich jak gangliozyd GM1, w utrzymaniu helikalnej struktury białka α-synukleiny, którego anormalna postać jest związana z chorobą Parkinsona. Były również związane z patologiami choroby Huntingtona, Tay-Sachsa i Alzheimera.

Synteza

Biosynteza glikosfingolipidów jest silnie zależna od transportu wewnątrzkomórkowego przez przepływ pęcherzyków z siateczki śródplazmatycznej (ER), przez aparat Golgiego i kończący się na błonie komórkowej.

Proces biosyntezy rozpoczyna się od utworzenia szkieletu ceramidowego na cytoplazmatycznej powierzchni ER. Tworzenie glikosfingolipidów następuje później w aparacie Golgiego.

Enzymy glikozydazy 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, które są związane z błoną, ale są ograniczone do luminalnej strony błony Golgiego.

Różne dowody sugerują, że synteza najprostszych gangliozydów zachodzi we wczesnym regionie układu błony Golgiego, podczas gdy najbardziej złożona zachodzi w bardziej „późnych” regionach.

Rozporządzenie

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

Aplikacje

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

Tak więc GM1 został wykorzystany do rozpoznania markerów tej patologii, ponieważ jest włączony do syntezy liposomów stosowanych do diagnostyki cholery.

Inne zastosowania obejmują syntezę specyficznych gangliozydów i ich wiązanie do stabilnych nośników do celów diagnostycznych lub do oczyszczania i izolacji związków, do których mają powinowactwo. Stwierdzono również, że mogą służyć jako markery niektórych rodzajów raka.

Bibliografia

1. Groux-Degroote, S., Guérardel, Y., Julien, S. i Deannoy, P. (2015). Gangliozydy w raku piersi: nowe perspektywy. Biochemistry (Moskwa), 80 (7), 808-819.
2. Ho, JA, Wu, L., Huang, M., Lin, Y., Baeumner, AJ, Durst, RA i York, N. (2007). Zastosowanie liposomów uwrażliwionych gangliozydami w immunoanalitycznym systemie do wstrzykiwań przepływowych do oznaczania toksyny cholery. Analny. Chem., 79 (1), 10795-10799.
3. Kanfer, J. i Hakomori, S. (1983). Biochemia sfingolipidów. (D. Hanahan, red.), Handbook of Lipid Research 3 (wyd. 1). Plenum Press.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (wyd. 5). Freeman, WH & Company.
5. O'Brien, J. (1981). Choroby spichrzowe gangliozydów: zaktualizowany przegląd. Ital. J. Neurol. Sci., 3, 219–226.
6. Sonnino, S. (2018). Gangliozydy. W S. Sonnino & A. Prinetti (red.), Methods in Molecular Biology 1804. Humana Press.
7. Tayot, J.-L. (1983). 244,312. Stany Zjednoczone.
8. van Echten, G., & Sandhoff, K. (1993). Metabolizm gangliozydów. The Journal of Biological Chemistry, 268 (8), 5341-5344.