GANGLIOZIDI: STRUKTURA, FUNKCIJE, SINTEZA IN APLIKACIJE - BIOLOGIJA - 2025

V gangliozidi so membranske sfingolipidov, ki spadajo v razred kislih glikosfingolipidov. Spadajo med najpogostejše glikolipide in sodelujejo pri uravnavanju številnih membranskih lastnosti, pa tudi beljakovin, povezanih z njimi. Posebej jih je v živčnih tkivih.

Zanje je značilno, da imajo ostanke sladkorja karboksilne skupine (sialne kisline) in skupaj s sulfatidi, ki vsebujejo O-sulfatno skupino, povezano z ostanki glukoze ali galaktoze. Predstavljajo eno od dveh družin kislih glikofingolipidov v evkariotih.

Primer strukture gangliozida (Vir: Caitlin Sedwick, prek Wikimedia Commons)

Izraz gangliozid je leta 1939 skoval nemški biokemik Ernst Klenk, ko se je skliceval na mešanico spojin, ki so bile izločene iz možganov bolnika z Niemann-Pickovo boleznijo. Vendar je bila prva struktura gangliozida razjasnjena leta 1963.

Hidrofobni ceramidni skelet delijo z drugimi sfingolipidi, ki ga sestavlja molekula sfingozina, povezana z amidno vezjo z maščobno kislino med 16 in 20 atomi ogljika, s trans dvojno vezjo med ogljiki na 4 položajih in 5.

Struktura

Za gangliozide je značilno, da imajo v svoji skupini polarnih glav oligosaharidne verige, v sestavi katerih molekule sialne kisline so povezane z β-glukozidnimi vezmi na hidrofobnem okolju ceramida.

Gre za izredno raznolike molekule glede na več možnih kombinacij med oligosaharidnimi verigami, različnimi vrstami sialne kisline in apolarnimi repi, ki so pritrjeni na skeram ceramida, tako sfingozina kot maščobnih kislin, povezanih z amidnimi vezmi na omenjeni okostnjak.

V živčnem tkivu sta najpogostejši verigi maščobnih kislin med gangliozidi predstavljeni palmitinska in stearinska kislina.

Značilnosti polarne skupine

Polarno območje glave teh sfingolipidov jim daje močan hidrofilni značaj. Ta polarna skupina je zelo obsežna v primerjavi s fosfolipidi, kot je na primer fosfatidilholin.

Razlog za to je povezan z velikostjo oligosaharidnih verig in količino molekul vode, povezanih s temi ogljikovimi hidrati.

Splošna struktura gangliozidov (Vir: Ryan_1991, prek Wikimedia Commons)

Sialne kisline so derivati ​​5-amino-3,5-dideoksi-D-glicero-D-galakto-ne-2-ulopiranosojske kisline ali nevravinske kisline. V gangliozidih obstajajo tri znane vrste sialnih kislin: derivat 5-N-acetil, 5-N-acetil-9-O-acetil in 5-N-glikolil, ki je najpogostejši pri zdravih ljudeh.

Na splošno so sesalci (vključno s primati) sposobni sintetizirati 5-N-glikolil-neuraminsko kislino, vendar jih mora človek pridobiti iz prehranskih virov.

Razvrstitev teh lipidov lahko temelji tako na številu ostankov sialne kisline (od 1-5), kot tudi na njihovem položaju v molekuli glikofingolipida.

Najpogostejše oligosaharidno zaporedje je tetrasaharid Galβ1-3GalNAcβ1-4Galβ1-4Glcβ, vendar je mogoče najti tudi manj ostankov.

Lastnosti

Natančne biološke posledice gangliozidov niso popolnoma razjasnjene, vendar se zdi, da so vključeni v celično diferenciacijo in morfogenezo, v vezavo nekaterih virusov in bakterij ter v tipične celične adhezijske procese kot ligande za beljakovine. izbirniki.

V živčnem sistemu

Glikozfingolipidi s sialno kislino imajo poseben pomen v živčnem sistemu, zlasti v celicah sive snovi možganov. To je povezano z dejstvom, da so glikokonjugati na splošno prepoznani kot učinkovito sredstvo za shranjevanje informacij in celic.

Večinoma se nahajajo v zunanjem monoplastu plazemske membrane, zato imajo skupaj z glikoproteini in proteoglikanki pomembno vlogo v glikokaliksu.

Ta glikokaliks ali zunajtelesni matriks je bistven za gibanje celic in aktiviranje signalnih poti, ki sodelujejo pri rasti, razmnoževanju in ekspresiji genov.

Pri celični signalizaciji

Kot drugi sfingolipidi imajo tudi stranski produkti razgradnje gangliozida pomembne funkcije, zlasti pri signalnih procesih in pri recikliranju elementov za tvorbo novih lipidnih molekul.

Znotraj dvosloja se gangliozidi večinoma pojavljajo na sfingolipidno bogatih lipidnih splavih, kjer so ustanovljene "gliko-signalne domene", ki prav tako posredujejo medcelične interakcije in transmembransko signalizacijo s stabilizacijo in povezavo s celostnimi proteini. Ti lipidni splavi opravljajo pomembne funkcije v imunskem sistemu.

V strukturi

Spodbujajo konformacijo in pravilno zlaganje pomembnih membranskih beljakovin, kot je gangliozid GM1, pri ohranjanju spiralne strukture proteina α-sinukleina, čigar aberantna oblika je povezana s Parkinsonovo boleznijo. Povezani so bili tudi s patologijami Huntingtonove, Tay-Sachsove in Alzheimerjeve bolezni.

Sinteza

Biosinteza glikofingolipida je zelo odvisna od medceličnega transporta skozi tok veziklov iz endoplazmatskega retikuluma (ER), skozi Golgijev aparat in konča pri plazemski membrani.

Biosintetski proces se začne s tvorbo okostja ceramida na citoplazemskem obrazu ER. Pozneje se v aparatu Golgi pojavi tvorba glikofingolipidov.

Encidi glikozidaze, odgovorni za ta postopek (glukoziltransferaza in galaktoziltransferaza), najdemo na citosolni strani kompleksa Golgi.

Dodajanje ostankov sialne kisline v rastoči oligosaharidni verigi katalizira nekaj glikoziltransferaz, ki so vezane na membrano, vendar so omejene na ledveno stran Golgijeve membrane.

Različni dokazi kažejo, da se sinteza najpreprostejših gangliozidov zgodi v zgodnjem območju Golgijevega membranskega sistema, najbolj zapleteni pa v bolj "poznih" regijah.

Uredba

Sinteza je v prvi fazi urejena z izražanjem glikoziltransferaz, lahko pa sodelujejo tudi epigenetski dogodki, kot je fosforilacija vpletenih encimov in drugi.

Prijave

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

Tako se GM1 uporablja za prepoznavanje markerjev te patologije, saj je vključen v sintezo liposomov, ki se uporabljajo za diagnozo kolere.

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

Reference

1. Groux-Degroote, S., Guérardel, Y., Julien, S., & Deannoy, P. (2015). Gangliozidi pri raku dojk: nove perspektive. Biokemija (Moskva), 80 (7), 808–819.
2. Ho, JA, Wu, L., Huang, M., Lin, Y., Baeumner, AJ, Durst, RA, & York, N. (2007). Uporaba lipidomov, ki so občutljivi na gangliozid, v imunoanalitičnem sistemu z injekcijo v pretok za določanje kolere toksina. Analno. Chem., 79 (1), 10795-10799.
3. Kanfer, J., & Hakomori, S. (1983). Sfingolipidna biokemija. (D. Hanahan, ur.), Priročnik o raziskavah lipidov 3 (1. izd.). Plenum Press.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molekularna celična biologija (5. izd.). Freeman, WH & Company.
5. O'Brien, J. (1981). Bolezni skladiščenja gangliozidov: posodobljen pregled. Ital. J. Neurol. Sci., 3, 219–226.
6. Sonnino, S. (2018). Gangliozidi. V S. Sonnino in A. Prinetti (ur.), Methods in Molecular Biology 1804. Humana Press.
7. Tayot, J.-L. (1983). 244.312. Združene države.
8. van Echten, G., & Sandhoff, K. (1993). Presnova gangliozida. Časopis za biološko kemijo, 268 (8), 5341-5344.