GLIKOLIPIDY: KLASYFIKACJA, BUDOWA I FUNKCJE - BIOLOGIA - 2026

W glikolipidy są lipidy błony węglowodanów w ich grupach polarnych. Przedstawiają one najbardziej asymetryczną dystrybucję wśród lipidów błonowych, ponieważ znajdują się one wyłącznie w zewnętrznej monowarstwie błon komórkowych, szczególnie obficie w błonie komórkowej.

Podobnie jak większość lipidów błonowych, glikolipidy mają hydrofobowy region złożony z niepolarnych ogonów węglowodorowych i głowy lub regionu polarnego, który może składać się z różnych klas cząsteczek, w zależności od danego glikolipidu.

Ogólny schemat glikolipidu (źródło: Wpcrosson za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Glikolipidy można znaleźć w organizmach jednokomórkowych, takich jak bakterie i drożdże, a także w organizmach tak złożonych, jak zwierzęta i rośliny.

W komórkach zwierzęcych glikolipidy składają się głównie ze szkieletu sfingozyny, podczas gdy w roślinach dwa najczęściej odpowiadają diglicerydom i pochodnym kwasu sulfonowego. W bakteriach występują również glicerydy glikozylowe i pochodne acylowanych cukrów.

U roślin glikolipidy są skoncentrowane w błonach chloroplastycznych, u zwierząt natomiast w błonie komórkowej. Wraz z glikoproteinami i proteoglikanami glikolipidy stanowią ważną część glikokaliksu, która ma kluczowe znaczenie dla wielu procesów komórkowych.

Glikolipidy, zwłaszcza te pochodzące z komórek zwierzęcych, mają tendencję do łączenia się ze sobą poprzez wiązania wodorowe pomiędzy ich cząsteczkami węglowodanowymi oraz przez siły van der Waalsa pomiędzy ich łańcuchami kwasów tłuszczowych. Te lipidy są obecne w strukturach membranowych zwanych tratwami lipidowymi, które mają wiele funkcji.

Funkcje glikolipidów są różne, ale u eukariotów ich lokalizacja na zewnętrznej powierzchni błony komórkowej jest istotna z wielu punktów widzenia, zwłaszcza w procesach komunikacji, adhezji i różnicowania komórek.

Klasyfikacja

Glikolipidy to glikokoniugaty, które tworzą bardzo niejednorodną grupę cząsteczek, których wspólną cechą jest obecność reszt sacharydowych połączonych wiązaniami glukozydowymi z ugrupowaniem hydrofobowym, którym może być acyloglicerol, ceramid lub fosforan prenylu.

Jego klasyfikacja opiera się na szkielecie molekularnym, który jest pomostem między regionem hydrofobowym i polarnym. Zatem w zależności od tożsamości tej grupy mamy:

Glikoglicerolipid

Te glikolipidy, podobnie jak glicerolipidy, mają szkielet diacyloglicerolu lub monoalkilo-monoacyloglicerolu, do którego reszty cukrowe są przyłączone wiązaniami glukozydowymi.

Glikoglicerolipidy są stosunkowo jednorodne pod względem składu węglowodanów, aw ich strukturze można znaleźć reszty galaktozy lub glukozy, z której wynika ich główna klasyfikacja, a mianowicie:

• Galaktoglicerolipidy : zawierają reszty galaktozy w części węglowodanowej. Region hydrofobowy składa się z cząsteczki diacyloglicerolu lub alkiloglicerolu.
• Gluco-glicerolipidy: Mają reszty glukozy w polarnej głowie, a hydrofobowy region składa się wyłącznie z alkiloacyloglicerolu.
• Sulfoglicerolipidy : mogą to być galaktoglicerolipidy lub gluko-glicerolipidy z atomami węgla przyłączonymi do grup siarczanowych, co nadaje im charakter „kwaśny” i odróżnia je od obojętnych glikoglicerolipidów (galakto- i glikoglicerolipidów).

Glukosfingolipidy

Te lipidy mają jako cząsteczkę „szkieletu” część ceramidową, do której mogą być przyłączone różne cząsteczki kwasów tłuszczowych.

Są to bardzo zmienne lipidy, nie tylko pod względem składu ich hydrofobowych łańcuchów, ale także pod względem reszt węglowodanowych w ich polarnej głowie. Występują obficie w wielu tkankach ssaków.

Ich klasyfikacja oparta jest na rodzaju podstawienia lub tożsamości części sacharydowej, a nie na regionie złożonym z łańcuchów hydrofobowych. Zgodnie z typami substytucji klasyfikacja tych sfingolipidów jest następująca:

Neutralne glukosfingolipidy: te, które zawierają heksozy, N-acetyloheksozoaminy i pentozy metylowe w części sacharydowej.

Siarczany: to glukosfingolipidy, które zawierają estry siarczanowe. Są naładowane ujemnie i szczególnie obficie występują w osłonkach mielinowych komórek mózgowych. Najczęściej mają resztę galaktozy.

Gangliozydy: znane również jako glikolipidy sialozylowe, są to te, które zawierają kwas sialowy, dlatego są również znane jako kwaśne glikosfingolipidy.

Fosfoinozytido-glikolipidy : szkielet składa się z fosfoinozytido-ceramidów.

Glikofosfatydyloinozytole

Są to lipidy zwykle uznawane za stabilne kotwice białek w dwuwarstwie lipidowej. Są one dodawane potranslacyjnie do C-końca wielu białek, które zwykle znajdują się naprzeciwko zewnętrznej powierzchni błony cytoplazmatycznej.

Składają się z centrum glukanu, fosfolipidowego ogona i części fosfoetanoloaminy, która je wiąże.

Struktura

Glikolipidy mogą mieć ugrupowania sacharydowe przyłączone do cząsteczki wiązaniami N- lub O-glukozydowymi, a nawet wiązaniami nieglukozydowymi, takimi jak wiązania estrowe lub amidowe.

Część sacharydowa jest bardzo zmienna, nie tylko pod względem struktury, ale także składu. Ta część sacharydowa może składać się z mono-, di-, oligo- lub polisacharydów różnych typów. Mogą zawierać aminocukry, a nawet cukry kwaśne, proste lub rozgałęzione.

Oto krótki opis ogólnej struktury trzech głównych klas glikolipidów:

Glikoglicerolipidy

Jak wspomniano wcześniej, glikoglicerolipidy u zwierząt mogą mieć reszty galaktozy lub glukozy, fosforanowane lub nie. Łańcuchy kwasów tłuszczowych w tych lipidach mają od 16 do 20 atomów węgla.

W galaktoglicerolipidach połączenie między cukrem a szkieletem lipidowym zachodzi przez wiązania β-glukozydowe między C-1 galaktozy i C-3 glicerolu. Pozostałe dwa atomy węgla glicerolu są zestryfikowane kwasami tłuszczowymi lub C1 jest podstawione grupą alkilową, a C2 grupą acylową.

Zwykle obserwuje się pojedynczą pozostałość galaktozy, chociaż donoszono o istnieniu digalaktoglicerolipidów. Jeśli chodzi o slufogalaktoglicerolipid, zwykle grupa siarczanowa znajduje się na C-3 reszty galaktozy.

Struktura glicerolipidów jest nieco inna, zwłaszcza jeśli chodzi o liczbę reszt glukozy, która może mieć do 8 reszt połączonych ze sobą wiązaniami typu α (1-6). Cząsteczka glukozy, która łączy mostek ze szkieletem lipidowym, jest połączona z nim wiązaniem α (1-3).

W sulfoglikoglicerolipidach grupa siarczanowa jest przyłączona do węgla w pozycji 6 końcowej reszty glukozy.

Glukosfingolipidy

Podobnie jak inne sfingolipidy, glikosfingolipidy pochodzą z L-seryny skondensowanej z długołańcuchowym kwasem tłuszczowym, który tworzy sfingoidalną podstawę znaną jako sfingozyna. Kiedy inny kwas tłuszczowy wiąże się z węglem 2 sfingozyny, powstaje ceramid, który jest wspólną podstawą dla wszystkich sfingozyny.

W zależności od rodzaju sfingolipidów składają się one z reszt D-glukozy, D-galaktozy, N-acetylo-D-galaktozaminy i N-acetyloglukozaminy oraz kwasu sialowego. Gangliozydy są prawdopodobnie najbardziej zróżnicowane i złożone pod względem rozgałęzień łańcuchów oligosacharydów.

Glikofosfatydyloinozytole

W tych glikolipidach reszty centrum glukanu (glukozamina i mannoza) mogą być modyfikowane na różne sposoby poprzez dodanie grup fosfoetanoloaminowych i innych cukrów. Ta różnorodność zapewnia im dużą złożoność strukturalną, która jest ważna dla ich umieszczenia w membranie.

Glikolipidy roślinne

Chloroplasty wielu glonów i roślin wyższych są wzbogacone obojętnymi galaktoglicerolipidami, które mają właściwości podobne do cerebrozydów u zwierząt. Mono- i digalaktolipidy są β-połączone z ugrupowaniem diglicerydowym, podczas gdy sulfolipidy pochodzą tylko z α-glukozy.

Glikolipidy bakteryjne

U bakterii glikozyloglicerydy są strukturalnie analogiczne do fosfoglicerydów zwierzęcych, ale zawierają reszty węglowodanowe połączone przez glikozylację w pozycji 3 sn-1,2-diglicerydu. Acylowane pochodne cukrów nie zawierają glicerolu, ale raczej kwasy tłuszczowe bezpośrednio przyłączone do cukrów.

Najczęstszymi resztami sacharydowymi wśród glikolipidów bakteryjnych są galaktoza, glukoza i mannoza.

cechy

U zwierząt glikolipidy odgrywają ważną rolę m.in. w komunikacji komórkowej, różnicowaniu i proliferacji, onkogenezie, odpychaniu elektrycznym (w przypadku glikolipidów polarnych), adhezji komórek.

Jego obecność w wielu błonach komórkowych zwierząt, roślin i mikroorganizmów odpowiada za jego ważną funkcję, która jest szczególnie związana z właściwościami wielofunkcyjnych tratw lipidowych.

Część węglowodanowa glikosfingolipidów jest wyznacznikiem antygenowości i immunogenności komórek, które ją przenoszą. Może być zaangażowany w procesy rozpoznawania międzykomórkowego, a także w komórkowe działania „społeczne”.

Galaktoglicerolipidy w roślinach, biorąc pod uwagę ich względną obfitość w błonach roślinnych, odgrywają ważną rolę w ustalaniu cech błon, takich jak stabilność i aktywność funkcjonalna wielu białek błonowych.

Rola glikolipidów w bakteriach jest również zróżnicowana. Niektóre z glikoglicerolipidów są potrzebne do poprawy stabilności dwuwarstwy. Służą również jako prekursory dla innych składników błon, a także wspomagają wzrost w przypadku anoksji lub niedoboru fosforanów.

Kotwice GPI lub glukozydylofosfatydyloinozytole są również obecne w tratwach lipidowych, uczestniczą w transdukcji sygnału, w patogenezie wielu pasożytniczych mikroorganizmów oraz w orientacji błony szczytowej.

Można zatem powiedzieć, że ogólne funkcje glikolipidów, zarówno u roślin, zwierząt, jak i bakterii, odpowiadają ustaleniu stabilności i płynności błony; udział w określonych interakcjach lipidowo-białkowych i rozpoznawaniu komórek.

Bibliografia

1. Abdel-mawgoud, AM i Stephanopoulos, G. (2017). Proste glikolipidy drobnoustrojów: chemia, aktywność biologiczna i inżynieria metaboliczna. Biotechnologia syntetyczna i systemowa, 1–17.
2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. i Walter, P. (2015). Molecular Biology of the Cell (6th ed.). Nowy Jork: Garland Science.
3. Ando, ​​T., Imamura, A., Ishida, H. i Kiso, M. (2007). Synteza glikolipidów. Carbohydrate Research, 797–813.
4. Benson, A. (1964). Lipidy błony roślinnej. Annu. Rev. Plant. Physiol., 15, 1-16.
5. Bronislaw, L., Liau, YUNH i Slomiany, A. (1987). Glikoglicerolipidy zwierzęce. Prog. Lipid Res., 26, 29–51.
6. Holzl, G. i Dormann, P. (2007). Struktura i funkcja glikoglicerolipidów u roślin i bakterii. Prog. Lipid Res., 46, 225–243.
7. Honke, K. (2013). Biosynteza i funkcja biologiczna sulfoglikolipidów. Proc. Jpn. Acad. Ser. B, 89 (4), 129–138.
8. Kanfer, J. i Hakomori, S. (1983). Biochemia sfingolipidów. (D. Hanahan, red.), Handbook of Lipid Research 3 (wyd. 1).
9. Koynova, R., & Caffrey, M. (1994). Fazy ​​i przemiany fazowe glikoglicerolipidów. Chemistry and Physics of Lipids, 69, 181–207.
10. Law, J. (1960). Glikolipidy. Przeglądy roczne, 29, 131–150.
11. Paulick, MG i Bertozzi, CR (2008). Kotwica glikozylofosfatydyloinozytolu: złożone zakotwiczenie w błonie. Biochemistry, 47, 6991–7000.