Struktura, funkcije, sinteza in aplikacije gangliozidov



The gangliozidi to so membranski sfingolipidi, ki spadajo v razred kislih glikofosfolipidov. So najpogostejši glikolipidi in so vključeni v regulacijo mnogih membranskih lastnosti, kot tudi proteine, povezane z njimi. Še posebej so bogate v živčnih tkivih.

Za njih je značilna prisotnost ostankov sladkorja s karboksilnimi skupinami (sialične kisline) in skupaj s sulfatidi, ki vsebujejo sulfatno skupino. O--vezan v ostanku glukoze ali galaktoze. Predstavljajo eno izmed dveh družin kislih glikozfingolipidov pri evkariontih.

Izraz gangliozid je leta 1939 skoval nemški biokemik Ernst Klenk, ko se je skliceval na mešanico spojin, izločenih iz možganov pacienta z Niemann-Pickovo boleznijo. Vendar pa je bila prva struktura gangliozida pojasnjena leta 1963.

Z drugimi sfingolipidi delijo hidrofobni skelet ceramida, ki je sestavljen iz molekule sfingozina, ki je povezan z amidno vezjo do maščobne kisline med 16 in 20 atomi ogljika, z dvojno vezjo v trans med ogljiki pozicij 4 in 5.

Indeks

  • 1 Struktura
    • 1.1 Značilnosti polarne skupine
  • 2 Funkcije
    • 2.1 V živčnem sistemu
    • 2.2 V celični signalizaciji
    • 2.3 V strukturi
  • 3 Povzetek
    • 3.1 Uredba
  • 4 Aplikacije
  • 5 Reference

Struktura

Za gangliozide je značilna prisotnost v svoji skupini polarnih glav oligosaharidnih verig, v katerih sestavi so molekule sialne kisline, povezane z β-glikozidnimi vezmi s hidrofobnim skeletom ceramida..

So zelo različne molekule glede na različne možne kombinacije med verigami oligosaharidov, različnimi tipi sialične kisline in apolarnimi repi, vezanimi na skelet ceramida, tako sfingozin kot maščobne kisline, povezane z amidnimi vezmi na omenjeni skelet..

V živčnem tkivu najpogostejše verige maščobnih kislin med gangliozidi predstavljajo palmitinska in stearinska kislina.

Značilnosti polarne skupine

Področje polarne glave teh sfingolipidov jim daje močan hidrofilni značaj. Ta polarna skupina je zelo obsežna v primerjavi s fosfolipidi, kot je npr. Fosfatidilholin.

Razlog za to voluminoznost je velikost oligosaharidnih verig, kot tudi količina molekul vode, povezanih s temi ogljikovimi hidrati..

Sialne kisline so derivati ​​5-amino-3,5-dideoksi-D kisline-glicero-D-galacto-ne-2-ulopiranojske ali nevraminske kisline. V gangliozidih so znane tri vrste sialičnih kislin:-N-acetil, 5-N-acetil-9-O-acetil in 5-N-glikolil, ki je najpogostejši pri zdravih ljudeh.

Na splošno sesalci (vključno s primati) lahko sintetizirajo kislino-N-glikolil-nevraminik, vendar ga morajo ljudje pridobiti iz virov hrane.

Klasifikacija teh lipidov lahko temelji na številu ostankov sialične kisline (od 1-5) kot tudi na položaju iste molekule v glikofosolipidni molekuli..

Najpogostejša oligosaharidna sekvenca je tetrasaharid Galβ1-3GalNAcβ1-4Galβ1-4Glcβ, vendar lahko najdemo tudi manj ostankov..

Funkcije

Natančne biološke posledice gangliozidov še niso popolnoma pojasnjene, vendar se zdi, da so vključene v diferenciacijo in morfogenezo celic, pri vezavi nekaterih virusov in bakterij ter v tipsko specifičnih procesih adhezije celic kot ligandov za beljakovine. selektini.

V živčnem sistemu

Glikozfingolipidi s sialično kislino so posebej pomembni za živčni sistem, zlasti v celicah sive snovi v možganih. To je povezano z dejstvom, da so glikokonjugati na splošno priznani kot učinkovita sredstva za informiranje in shranjevanje celic..

Nahajajo se pretežno v zunanji monoslojni plazemski membrani, zato imajo pomembno vlogo pri glikokaliksih, skupaj z glikoproteini in proteoglikani..

Ta glikokaliks ali zunajcelični matriks je bistven za gibanje celic in aktivacijo signalnih poti, ki sodelujejo pri rasti, proliferaciji in izražanju genov..

V celični signalizaciji

Podobno kot se dogaja tudi z drugimi sfingolipidi, imajo stranski produkti degradacije gangliozidov pomembne funkcije, zlasti v procesih signalizacije in recikliranju elementov za nastanek novih lipidnih molekul..

V dvosloju se gangliozidi v veliki meri pojavljajo v lipidnih splavih, bogatih s sfingolipidi, kjer se vzpostavijo "glikopodajne domene", ki posredujejo medcelične interakcije in transmembransko signalizacijo s stabilizacijo in povezovanjem z integralnimi proteini. Ti lipidni splavi imajo pomembne funkcije v imunskem sistemu.

V strukturi

Spodbujajo konformacijo in pravilno zlaganje pomembnih membranskih beljakovin, kot je to v primeru gangliozida GM1 pri vzdrževanju spiralne strukture a-sinukleinskega proteina, katerega aberantna oblika je povezana s Parkinsonovo boleznijo. Povezane so bile tudi s patologijami Huntingtonove bolezni, Tay-Sachsom in Alzheimerjevo boleznijo.

Sinteza

Biosinteza glikosfingolipidov je v veliki meri odvisna od znotrajceličnega transporta skozi tok veziklov iz endoplazmatskega retikuluma (ER), skozi Golgijev aparat in konča s plazemsko membrano..

Biosintetični proces se začne s tvorbo ceramidnega okostja na citoplazmatski strani ER. Nastajanje glikosfingolipidov se pojavi kasneje v Golgijevem aparatu.

Encimi glikozidaze, odgovorni za ta proces (glukoziltransferaza in galaktoziltransferaza), najdemo na citosolni strani Golgijevega kompleksa..

Dodatek ostankov sialne kisline v rastočo oligosaharidno verigo katalizira nekaj glikoziltransferaz, vezanih na membrano, vendar so omejene na luminalno stran Golgijeve membrane.

Različni dokazi kažejo, da se sinteza najpreprostejših gangliozidov pojavlja v zgodnji regiji Golgijevega membranskega sistema, medtem ko se bolj zapleteni pojavljajo v bolj "poznih" regijah..

Uredbe

Sinteza je na prvem mestu regulirana z ekspresijo glikoziltransferaz, vendar so lahko vpleteni tudi epigenetski dogodki, kot so fosforilacija vključenih encimov in drugi..

Aplikacije

Nekateri raziskovalci so svojo pozornost osredotočili na uporabnost določenega gangliozida, GM1. Toksin, ki ga sintetizira V. kolera pri bolnikih s holerično boleznijo ima podenoto, ki je odgovorna za specifično prepoznavanje tega gangliozida, ki je predstavljen na površini sluzničnih celic črevesja..

Tako je bil GM1 uporabljen za prepoznavanje označevalcev te patologije, ki jih je treba vključiti v sintezo liposomov, ki se uporabljajo za diagnozo kolere..

Druge aplikacije vključujejo sintezo določenih gangliozidov in njihovo vezavo na stabilne podpore za diagnostične namene ali za čiščenje in izolacijo spojin, za katere imajo afiniteto. Ugotovljeno je bilo tudi, da lahko služijo kot označevalci za nekatere vrste raka.

Reference

  1. Groux-Degroote, S., Guérardel, Y., Julien, S., & Deannoy, P. (2015). Gangliozidi v raku dojk: nove perspektive. Biokemija (Moskva), 80(7), 808-819.
  2. Ho, J.A., Wu, L., Huang, M., Lin, Y., Baeumner, A.J., Durst, R.A., & York, N. (2007). Uporaba liposomov, občutljivih na gangliozide, v imunoanalitičnem sistemu za injekcijo toka za določanje toksina kolere. Anal Chem., 79(1), 10795-10799.
  3. Kanfer, J., & Hakomori, S. (1983). Sfingolipidna biokemija. (D. Hanahan, ur.), Priročnik za raziskave lipidov 3 (1. izd.). Plenum Press.
  4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molekularna celična biologija (5. izd.). Freeman, W. H. & Company.
  5. O'Brien, J. (1981). Ganglioside bolezni shranjevanja: posodobljen pregled. Ital. J. Neurol. Sci., 3, 219-226.
  6. Sonnino, S. (2018). Gangliozidi. V S. Sonnino in A. Prinetti (ur.), Metode v molekularni biologiji 1804. Humana Press.
  7. Tayot, J.-L. (1983). 244,312. Združene države.
  8. van Echten, G., in Sandhoff, K. (1993). Presnova Ganglioside. Journal of Biological Chemistry, 268(8), 5341-5344.