Структура, функции, синтез и применение ганглиозидов



ганглиозидов это мембранные сфинголипиды, относящиеся к классу кислых гликосфинголипидов. Они являются наиболее распространенными гликолипидами и участвуют в регуляции многих свойств мембран, а также белков, связанных с ними. Их особенно много в нервных тканях.

Они характеризуются наличием остатков сахара с карбоксильными группами (сиаловые кислоты) и вместе с сульфатидами, которые содержат сульфатную группу О--связаны в остатке глюкозы или галактозы. Они представляют одно из двух семейств кислых гликосфинголипидов у эукариот.

Термин ганглиозид был введен в 1939 году немецким биохимиком Эрнстом Кленком, когда он относился к смеси соединений, выделенных из мозга пациента с болезнью Ниманна-Пика. Однако первая структура ганглиозида была выяснена в 1963 году..

Они разделяют с другими сфинголипидами гидрофобный скелет церамида, который состоит из молекулы сфингозина, связанной амидной связью с жирной кислотой от 16 до 20 атомов углерода, с двойной связью в транс между атомами углерода позиций 4 и 5.

индекс

  • 1 структура
    • 1.1 Характеристика полярной группы
  • 2 функции
    • 2.1 В нервной системе
    • 2.2 В сотовой сигнализации
    • 2.3 В структуре
  • 3 Резюме
    • 3.1 Регулирование
  • 4 Приложения
  • 5 ссылок

структура

Ганглиозиды характеризуются наличием в их полярной головной группе олигосахаридных цепей, в состав которых входят молекулы сиаловой кислоты, связанные β-гликозидными связями с гидрофобным скелетом церамида..

Они представляют собой чрезвычайно разнообразные молекулы ввиду множества возможных комбинаций между цепями олигосахаридов, различными типами сиаловой кислоты и аполярными хвостами, прикрепленными к скелету церамида, как сфингозина, так и жирных кислот, связанных амидными связями с указанным скелетом..

В нервной ткани наиболее распространенные цепи жирных кислот среди ганглиозидов представлены пальмитиновой и стеариновой кислотой..

Характеристика полярной группы

Полярная область головы этих сфинголипидов придает им сильный гидрофильный характер. Эта полярная группа очень громоздкая по сравнению с фосфолипидами, такими как фосфатидилхолин, например.

Причина этой объемности связана с размером олигосахаридных цепей, а также с количеством молекул воды, связанных с этими углеводами.

Сиаловые кислоты являются производными 5-амино-3,5-дидезокси-D кислоты-глицеро-D-галакто-не-2-улопиранозная или нейраминовая кислота. Существует три типа сиаловых кислот, известных в ганглиозидах:-N-ацетил, 5-N-ацетил-9-О-ацетил и 5-N-гликолил-производное, которое чаще всего встречается у здоровых людей.

В целом млекопитающие (включая приматов) способны синтезировать кислоту-N-гликолил-нейрамин, но люди должны получать его из пищевых источников.

Классификация этих липидов может основываться как на количестве остатков сиаловой кислоты (от 1 до 5), так и на их положении в молекуле гликосфинголипида..

Наиболее распространенной олигосахаридной последовательностью является тетрасахарид Galβ1-3GalNAcβ1-4Galβ1-4Glcβ, но также можно найти меньше остатков.

функции

Точные биологические последствия ганглиозидов не были полностью выяснены, однако они, по-видимому, участвуют в клеточной дифференцировке и морфогенезе, в связывании некоторых вирусов и бактерий, а также в процессах специфической клеточной адгезии в качестве лигандов для белков. селектина.

В нервной системе

Гликосфинголипиды с сиаловой кислотой имеют особое значение в нервной системе, особенно в клетках серого вещества мозга. Это связано с тем фактом, что гликоконъюгаты, как правило, признаются в качестве эффективных носителей информации и хранения для клеток.

Они расположены преимущественно во внешнем монослое плазматической мембраны, поэтому они играют важную роль в гликокаликс, вместе с гликопротеинами и протеогликанами.

Этот гликокаликс или внеклеточный матрикс важен для движения клеток и активации сигнальных путей, вовлеченных в рост, пролиферацию и экспрессию генов..

В клеточной сигнализации

Как и в случае с другими сфинголипидами, побочные продукты деградации ганглиозидов также выполняют важные функции, особенно в процессах передачи сигналов и рециркуляции элементов для образования новых молекул липидов..

Внутри бислоя ганглиозиды в значительной степени встречаются в липидных рафтах, богатых сфинголипидами, где устанавливаются «гликосигнальные домены», которые также опосредуют межклеточные взаимодействия и трансмембранную передачу сигналов посредством стабилизации и ассоциации с интегральными белками. Эти липидные плоты выполняют важные функции в иммунной системе.

В структуре

Они способствуют конформации и правильному сворачиванию важных мембранных белков, как в случае ганглиозида GM1 в поддержании спиральной структуры белка α-синуклеина, чья аберрантная форма связана с болезнью Паркинсона. Они также были связаны с патологиями болезни Хантингтона, Тея-Сакса и болезни Альцгеймера.

синтез

Биосинтез гликосфинголипидов в значительной степени зависит от внутриклеточного транспорта через поток везикул из эндоплазматического ретикулума (ER), через аппарат Гольджи и заканчивается на плазматической мембране..

Процесс биосинтеза начинается с формирования церамидного скелета на цитоплазматической стороне ER. Образование гликосфинголипидов происходит позже в аппарате Гольджи.

Ферменты гликозидазы, ответственные за этот процесс (глюкозилтрансфераза и галактозилтрансфераза), обнаружены на цитозольной стороне комплекса Гольджи..

Добавление остатков сиаловой кислоты в растущую олигосахаридную цепь катализируется несколькими гликозилтрансферазами, связанными с мембраной, но которые ограничены просветной стороной мембраны Гольджи.

Различные данные свидетельствуют о том, что синтез самых простых ганглиозидов происходит в ранней области мембранной системы Гольджи, в то время как более сложные происходят в более «поздних» областях..

регулирование

Синтез регулируется в первую очередь экспрессией гликозилтрансфераз, но могут также участвовать эпигенетические события, такие как фосфорилирование вовлеченных ферментов и другие..

приложений

Некоторые исследователи сосредоточили свое внимание на полезности определенного ганглиозида, GM1. Токсин, синтезируемый В. холера у пациентов с холерикой он имеет субъединицу, ответственную за специфическое распознавание этого ганглиозида, который представлен на поверхности слизистых клеток кишечника.

Таким образом, GM1 был использован для распознавания маркеров этой патологии, которые должны быть включены в синтез липосом, используемых для диагностики холеры..

Другие применения включают синтез специфических ганглиозидов и их связывание со стабильными носителями для диагностических целей или для очистки и выделения соединений, к которым они имеют сродство. Также было установлено, что они могут служить маркерами для некоторых видов рака.

ссылки

  1. Groux-Degroote S., Guérardel Y., Julien S. & Deannoy P. (2015). Ганглиозиды при раке молочной железы: новые перспективы. Биохимия (Москва), 80(7), 808-819.
  2. Ho, J.A., Wu, L., Huang, M., Lin, Y., Baeumner, A.J., Durst, R.A., & York, N. (2007). Применение ганглиозид-сенсибилизированных липосом в иммуноаналитической системе с инъекцией потока для определения токсина холеры. Анал. Chem., 79(1), 10795-10799.
  3. Канфер Дж. & Хакомори С. (1983). Сфинголипид Биохимия. (Д. Ханахан, ред.), Справочник по исследованию липидов 3 (1-е изд.). Пленум Пресс.
  4. Лодиш Х., Берк А., Кайзер С.А., Кригер М., Бретчер А., Плое Х., Мартин К. (2003). Молекулярно-клеточная биология (5-е изд.). Фримен, В. Х. & Компания.
  5. О'Брайен, Дж. (1981). Болезни накопления ганглиозидов: обновленный обзор. Курсив J. Neurol. Sci., 3, 219-226.
  6. Соннино, С. (2018). Ганглиозиды. В С. Соннино и А. Принетти (ред.), Методы в молекулярной биологии 1804. Humana Press.
  7. Тайот, Ж.-Л. (1983). 244,312. Соединенные Штаты.
  8. van Echten, G. & Sandhoff, K. (1993). Метаболизм ганглиозидов. Журнал биологической химии, 268(8), 5341-5344.