Struktura, funkce, syntéza a aplikace gangliosidů

gangliosidy jsou to membránové sfingolipidy patřící do třídy kyselých glykosfingolipidů. Jsou to nejhojnější glykolipidy a podílejí se na regulaci mnoha membránových vlastností, jakož i proteinů s nimi spojených. Jsou obzvláště hojné v nervových tkáních.

Vyznačují se přítomností zbytků cukru s karboxylovými skupinami (kyseliny sialové) a spolu se sulfatidy, které obsahují sulfátovou skupinu. O--vázaný ve zbytku glukózy nebo galaktózy. Představují jednu ze dvou skupin kyselých glykosfingolipidů v eukaryotech.

Termín ganglioside byl vytvořen v 1939 německým biochemikem Ernst Klenk, když to odkazovalo se na směs sloučenin extrahovaných od mozku pacienta s Niemann-Pick nemoc. Nicméně, první struktura ganglioside byla objasněna v roce 1963.

S ostatními sfingolipidy sdílejí hydrofobní kostru ceramidu, který se skládá z molekuly sfingosinu spojeného amidovou vazbou s mastnou kyselinou mezi 16 a 20 atomy uhlíku, s dvojnou vazbou trans mezi uhlíky poloh 4 a 5.

Index

• 1 Struktura
  • 1.1 Charakteristika polární skupiny
• 2 Funkce
  • 2.1 V nervovém systému
  • 2.2 V buněčné signalizaci
  • 2.3 Ve struktuře
• 3 Shrnutí
  • 3.1 Nařízení
• 4 Aplikace
• 5 Odkazy

Struktura

Gangliosidy jsou charakterizovány přítomností oligosacharidových řetězců ve své skupině polárních hlavic, v jejichž složení jsou molekuly kyseliny sialové spojené p-glykosidovými vazbami k hydrofobní kostře ceramidu..

Jsou to velmi rozdílné molekuly vzhledem k mnoha možným kombinacím mezi řetězci oligosacharidů, různými typy kyseliny sialové a nepolárními zbytky připojenými ke kostře ceramidu, jak sfingosinu, tak mastných kyselin vázaných amidovými vazbami k uvedené kostře..

V nervové tkáni jsou nejčastější řetězce mastných kyselin mezi gangliosidy reprezentovány kyselinou palmitovou a stearovou.

Charakteristika polární skupiny

Oblast polárních hlav těchto sfingolipidů jim dává silný hydrofilní charakter. Tato polární skupina je ve srovnání s fosfolipidy, jako je například fosfatidylcholin, velmi objemná.

Důvod pro tuto objemnost souvisí s velikostí oligosacharidových řetězců, stejně jako s množstvím molekul vody asociovaných s těmito sacharidy..

Sialové kyseliny jsou deriváty kyseliny 5-amino-3,5-dideoxy-D-glicero-D-galakto-non-2-ulopyranosoová nebo neuraminová kyselina. V gangliosidech jsou známy tři typy kyseliny sialové:-N-acetyl, 5-N-acetyl-9-O-acetyl a 5-N-glykolylový derivát, který je nejčastější u zdravých lidí.

Obecně savci (včetně primátů) jsou schopni syntetizovat kyselinu-N-glykolyl-neuraminic, ale lidé ho musí získat z potravinových zdrojů.

Klasifikace těchto lipidů může být založena jak na počtu zbytků kyseliny sialové (od 1-5), tak na pozici stejné v molekule glykosfingolipidů..

Nejběžnější oligosacharidovou sekvencí je tetrasacharid Galp1-3GalNAcp1-4Galp1-4Glcp, ale lze také nalézt méně zbytků..

Funkce

Přesné biologické důsledky gangliosidů nebyly zcela objasněny, nicméně se zdá, že se podílejí na buněčné diferenciaci a morfogenezi, na vazbě některých virů a bakterií a na procesech buněčné adheze specifických pro určitý typ buněk jako ligandech pro proteiny. selektiny.

V nervovém systému

Glykospingolipidy s kyselinou sialovou mají zvláštní význam v nervovém systému, zejména v buňkách šedé hmoty mozku. To souvisí se skutečností, že glykokonjugáty jsou obecně uznávány jako účinné nosiče informací a skladování buněk.

Jsou umístěny převážně ve vnější monovrstvě plazmatické membrány, takže mají významnou účast na glykokalyxu spolu s glykoproteiny a proteoglykany..

Tato glykokalyxová nebo extracelulární matrice je nezbytná pro pohyb buněk a aktivaci signálních drah zapojených do růstu, proliferace a genové exprese..

V buněčné signalizaci

Stejně jako to, co se děje s jinými sfingolipidy, mají vedlejší produkty degradace ganglioidů také důležité funkce, zejména v signalizačních procesech a v recyklaci prvků pro tvorbu nových molekul lipidů..

V dvojvrstvě se gangliosidy vyskytují ve velkém rozsahu v lipidových raftech bohatých na sfingolipidy, kde jsou zavedeny "glyko signalizační domény", které také zprostředkovávají mezibuněčné interakce a transmembránovou signalizaci stabilizací a asociací s integrálními proteiny. Tyto lipidové rafty plní důležité funkce v imunitním systému.

Ve struktuře

Podporují konformaci a správné skládání důležitých membránových proteinů, jako je tomu v případě gangliozidu GM1 při udržování helikální struktury proteinu a-synukleinu, jehož aberantní forma je spojena s Parkinsonovou nemocí. Byly také spojeny s patologií Huntingtonovy choroby, Tay-Sachs a Alzheimerovy choroby.

Syntéza

Biosyntéza glykosfingolipidů závisí do značné míry na intracelulárním transportu proudem vezikul z endoplazmatického retikula (ER), přes Golgiho aparát a končící na plazmatické membráně..

Biosyntetický proces začíná tvorbou kostry ceramidu na cytoplazmatické straně ER. K tvorbě glykosfingolipidů dochází později v Golgiho aparátu.

Glykosidasové enzymy zodpovědné za tento proces (glukosyltransferáza a galaktosyltransferáza) se nacházejí na cytosolické straně Golgiho komplexu..

Přidání zbytků kyseliny sialové k rostoucímu oligosacharidovému řetězci je katalyzováno několika glykosyltransferázami navázanými na membránu, které jsou však omezeny na luminální stranu Golgiho membrány..

Různé linie důkazů naznačují, že syntéza nejjednodušších gangliosidů se vyskytuje v rané oblasti Golgiho membránového systému, zatímco ty složitější se vyskytují v „pozdnějších“ regionech..

Nařízení

Syntéza je v první instanci regulována expresí glykosyltransferáz, ale mohou být také zahrnuty epigenetické události, jako je fosforylace zúčastněných enzymů a další..

Aplikace

Někteří výzkumníci zaměřili svou pozornost na užitečnost konkrétního gangliozidu, GM1. Toxin syntetizoval V. cholera u cholerických pacientů má podjednotku zodpovědnou za specifické rozpoznání tohoto gangliozidu, který je prezentován na povrchu sliznic střeva.

GM1 se tedy používá k rozpoznání markerů této patologie, které mají být zahrnuty do syntézy liposomů používaných pro diagnostiku cholery..

Další aplikace zahrnují syntézu specifických gangliosidů a jejich vazbu na stabilní nosiče pro diagnostické účely nebo pro čištění a izolaci sloučenin, pro které mají afinitu. Také bylo zjištěno, že mohou sloužit jako markery pro některé typy rakoviny.

Odkazy

1. Groux-Degroote, S., Guérardel, Y., Julien, S., & Deannoy, P. (2015). Gangliosidy v rakovině prsu: nové perspektivy. Biochemie (Moskva), 80(7), 808-819.
2. Ho, J.A., Wu, L., Huang, M., Lin, Y., Baeumner, A. J., Durst, R.A., & York, N. (2007). Aplikace liposomů senzitizovaných gangliozidy v imunoanalytickém systému s průtokovou injektáží pro stanovení toxinu cholery \ t. Anal Chem., 79(1), 10795-10799.
3. Kanfer, J., & Hakomori, S. (1983). Biochemie sfingolipidů. (D. Hanahan, Ed.), Příručka lipidového výzkumu 3 (1. vydání). Plenum Press.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molekulární buněčná biologie (5. vydání). Freeman, W. H. & Company.
5. O'Brien, J. (1981). Onemocnění při ukládání ganglioidů: aktualizovaný přehled. Ital. J. Neurol. Sci., 3, 219-226.
6. Sonnino, S. (2018). Gangliosidy. V S. Sonnino & A. Prinetti (Eds.), Metody molekulární biologie 1804. Humana Press.
7. Tayot, J.-L. (1983). 244,312. Spojené státy.
8. van Echten, G., & Sandhoff, K. (1993). Metabolismus gangliozidu. Žurnál biologické chemie, 268(8), 5341-5344.