GANGLIOZIDI: STRUKTURA, FUNKCIJE, SINTEZA I PRIMJENA - BIOLOGIJA - 2026

Su gangliozidi su membrane sfingolipidi pripadaju razredu kiselih glikosfingolipida. Oni su među najzastupljenijim glikolipidima i uključeni su u regulaciju mnogih svojstava membrane, kao i bjelančevina povezanih s njima. Osobito ih ima u živčanom tkivu.

Karakterizira ih prisutnost ostataka šećera s karboksilnim skupinama (sijalne kiseline) i zajedno sa sulfatidima koji sadrže O-sulfatnu skupinu povezanu s ostatkom glukoze ili galaktoze. Predstavljaju jednu od dvije obitelji kiselih glikofingolipida u eukariotama.

Primjer strukture gangliozida (Izvor: Caitlin Sedwick, putem Wikimedia Commons)

Izraz gangliozid skovao je 1939. godine njemački biokemičar Ernst Klenk, kad se odnosio na mješavinu spojeva izvađenih iz mozga pacijenta s Niemann-Pickovom bolešću. Međutim, prva struktura gangliozida rasvijetljena je 1963.

Oni dijele hidrofobni skeram ceramida s ostalim sfingolipidima, koji se sastoji od molekule sfingozina povezane amidnom vezom s masnom kiselinom između 16 i 20 atoma ugljika, s trans dvostrukom vezom između ugljika u 4 položaja i 5.

Struktura

Za ganglioside je karakteristično da u svojoj skupini polarnih glava imaju lance oligosaharida, u čijem sastavu postoje molekule sijalne kiseline povezane β-glukozidnim vezama na hidrofobni kostur ceramida.

Izuzetno su raznolike molekule s obzirom na više mogućih kombinacija između oligosaharidnih lanaca, različitih vrsta sijalne kiseline i apolarnih repova pričvršćenih na skeram ceramida, i sfingozina i masnih kiselina povezanih amidnim vezama na spomenuti kostur.

U živčanom tkivu su najčešći lanci masnih kiselina među gangliozidima palmitinska i stearinska kiselina.

Karakteristike polarne skupine

Polarna regija glave ovih sfingolipida pruža im snažan hidrofilni karakter. Ova polarna skupina, na primjer, je vrlo glomazna u usporedbi s fosfolipidima poput fosfatidilholina.

Razlog za ovu masu je u veličini lanca oligosaharida, kao i količini molekula vode povezane s tim ugljikohidratima.

Opća struktura gangliozida (Izvor: Ryan_1991, putem Wikimedia Commons)

Sijalne kiseline su derivati ​​5-amino-3,5-dideoksi-D-glicero-D-galakto-non-2-ulopiranosojeve kiseline ili neuraminske kiseline. U gangliozidima su poznate tri vrste sijalnih kiselina: 5-N-acetil, 5-N-acetil-9-O-acetil i 5-N-glikolil-derivat, koji je najčešći kod zdravih ljudi.

Općenito, sisavci (uključujući primate) sposobni su sintetizirati 5-N-glikolil-neuraminsku kiselinu, ali ih ljudi moraju dobiti iz izvora hrane.

Razvrstavanje ovih lipida može se temeljiti kako na broju ostataka sijalne kiseline (od 1-5), tako i na njihovom položaju u molekuli glikofingolipida.

Najčešći oligosaharidni niz je tetrasaharid Galβ1-3GalNAcβ1-4Galβ1-4Glcβ, ali može se naći i manje ostataka.

Značajke

Točne biološke implikacije gangliozida nisu u potpunosti razjašnjene, međutim, čini se da su oni uključeni u staničnu diferencijaciju i morfogenezu, u vezanju nekih virusa i bakterija i u tipičnim staničnim procesima adhezije kao ligandi za proteine. selektina.

U živčanom sustavu

Glikozfingolipidi sa sialnom kiselinom su od posebne važnosti u živčanom sustavu, posebno u stanicama sive tvari mozga. To ima veze s činjenicom da su glikokonjugati općenito prepoznati kao učinkovita sredstva za informiranje i pohranu stanica.

Smještaju se pretežno u vanjskom monolastu plazma membrane, stoga imaju važno sudjelovanje u glikokaliksu, zajedno s glikoproteinima i proteoglikanima.

Ovaj glikokaliks ili vanćelijski matriks je neophodan za kretanje stanica i aktiviranje signalnih putova uključenih u rast, proliferaciju i ekspresiju gena.

U staničnoj signalizaciji

Kao i kod drugih sfingolipida, nusprodukti razgradnje gangliozida također imaju važne funkcije, posebno u signalnim procesima i recikliranju elemenata za stvaranje novih molekula lipida.

Unutar dvosloja gangliozidi se uglavnom pojavljuju u sfitolilipidnim splavovima bogatim sfingolipidima, gdje se uspostavljaju "gliko-signalne domene" koje također posreduju međućelijske interakcije i transmembransku signalizaciju stabilizacijom i asocijacijom na integralne proteine. Ovi lipidni splavi obavljaju važne funkcije u imunološkom sustavu.

U strukturi

Promiču konformaciju i ispravno savijanje važnih membranskih proteina, poput GM1 gangliozida u održavanju spiralne strukture a-sinukleinskog proteina, čiji je aberantni oblik povezan s Parkinsonovom bolešću. Također su povezane s patologijama Huntington-ove, Tay-Sachsove i Alzheimerove bolesti.

Sinteza

Biosinteza glikofingolipida je visoko ovisna o intracelularnom transportu kroz protok vezikula iz endoplazmatskog retikuluma (ER), kroz Golgijev aparat i završava na plazma membrani.

Biosintetski proces započinje formiranjem kostura ceramida na citoplazmatskom licu ER. Nastanak glikofingolipida nastaje kasnije u Golgijevom aparatu.

Enzimi glikozidaze odgovorni za taj postupak (glukoziltransferaza i galaktoziltransferaza) nalaze se na citosolnoj strani Golgijevog kompleksa.

Dodavanje ostataka sialne kiseline u rastući lanac oligosaharida katalizira nekoliko glikoziltransferaza koje su vezane na membranu, ali su ograničene na luminalnu stranu Golgijeve membrane.

Različiti dokazi upućuju na to da se sinteza najjednostavnijih gangliozida događa u ranom području Golgijevog membranskog sustava, dok se najkompleksnija događa u "kasnijim" regijama.

regulacija

Sinteza se u prvom redu regulira ekspresijom glikoziltransferaza, ali mogu biti uključeni i epigenetski događaji poput fosforilacije enzima i drugih.

Prijave

Neki su istraživači usredotočili svoju pozornost na korisnost određenog gangliozida, GM1. Toksin sintetiziran od V. kolere u bolesnika sa kolerom ima podjedinicu odgovornu za specifično prepoznavanje ovog gangliozida, koji je predstavljen na površini sluznica crijeva.

Stoga se GM1 koristio za prepoznavanje markera ove patologije jer je uključen u sintezu liposoma koji se koriste za dijagnozu kolere.

Ostale primjene uključuju sintezu specifičnih gangliozida i njihovo vezanje na stabilne nosače za dijagnostičke svrhe ili za pročišćavanje i izoliranje spojeva za koje imaju afinitet. Također je otkriveno da oni mogu poslužiti kao markeri za neke vrste raka.

Reference

1. Groux-Degroote, S., Guérardel, Y., Julien, S., & Deannoy, P. (2015). Gangliozidi u karcinomu dojke: nove perspektive. Biokemija (Moskva), 80 (7), 808-819.
2. Ho, JA, Wu, L., Huang, M., Lin, Y., Baeumner, AJ, Durst, RA, & York, N. (2007). Primjena osjetljivih na gangliozid liposome u imunoanalitičkom sustavu za ubrizgavanje u protok za određivanje kolerenog toksina. Analni. Chem., 79 (1), 10795-10799.
3. Kanfer, J., i Hakomori, S. (1983). Sfingolipidna biokemija. (D. Hanahan, ur.), Priručnik za istraživanje lipida 3 (1. izd.). Plenum Press.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molekularna stanična biologija (5. izd.). Freeman, WH & Company.
5. O'Brien, J. (1981). Bolesti skladištenja gangliozida: ažurirani pregled. Ital. J. Neurol. Sci., 3, 219–226.
6. Sonnino, S. (2018). Gangliozida. U S. Sonnino i A. Prinetti (ur.), Methods in Molecular Biology 1804. Humana Press.
7. Tayot, J.-L. (1983). 244,312. Ujedinjene države.
8. van Echten, G., i Sandhoff, K. (1993). Metabolizam gangliozida. Časopis za biološku kemiju, 268 (8), 5341-5344.