- štruktúra
- Charakteristika polárnej skupiny
- Vlastnosti
- V nervovom systéme
- V bunkovej signalizácii
- V štruktúre
- syntéza
- predpis
- aplikácia
- Referencie
Tieto Gangliozidy sú membránové sfingolipidy, ktoré patria do triedy kyslých glykosfingolipidov. Patria medzi najhojnejšie glykolipidy a podieľajú sa na regulácii mnohých membránových vlastností, ako aj proteínov, ktoré sú s nimi spojené. Obzvlášť sa vyskytujú v nervových tkanivách.
Vyznačujú sa prítomnosťou zvyškov cukrov s karboxylovými skupinami (kyseliny sialové) a spolu so sulfatidmi, ktoré obsahujú O-sulfátovú skupinu naviazanú na glukózový alebo galaktózový zvyšok. Predstavujú jednu z dvoch rodín kyslých glykosfingolipidov v eukaryotoch.
Príklad štruktúry gangliozidu (Zdroj: Caitlin Sedwick, cez Wikimedia Commons)
Termín gangliozid bol vytvorený v roku 1939 nemeckým biochemikom Ernstom Klenkom, keď hovoril o zmesi zlúčenín extrahovaných z mozgu pacienta s Niemann-Pickovou chorobou. Prvá štruktúra gangliozidu však bola objasnená v roku 1963.
Zdieľajú hydrofóbny ceramidový skelet s ostatnými sfingolipidmi, ktoré sa skladajú z molekuly sfingozínu spojenej amidovou väzbou s mastnou kyselinou so 16 až 20 atómami uhlíka, s dvojitou trans-väzbou medzi atómami uhlíka v 4 polohách a 5.
štruktúra
Gangliozidy sa vyznačujú tým, že majú oligosacharidové reťazce vo svojej polárnej hlavovej skupine, v ktorej zložení sú molekuly kyseliny sialovej spojené p-glukozidickými väzbami k hydrofóbnemu skeletu ceramidu.
Sú to mimoriadne rozmanité molekuly z hľadiska mnohých možných kombinácií medzi oligosacharidovými reťazcami, rôznymi typmi kyseliny sialovej a nepolárnymi zvyškami pripojenými k ceramidovej kostre, ako sfingozínu, tak mastných kyselín spojených amidovými väzbami k uvedenej kostre.
V nervovom tkanive sú najbežnejšie reťazce mastných kyselín medzi gangliozidmi zastúpené kyselinou palmitovou a stearovou.
Charakteristika polárnej skupiny
Polárna oblasť hlavy týchto sfingolipidov im poskytuje silný hydrofilný charakter. Táto polárna skupina je v porovnaní s fosfolipidmi, ako je napríklad fosfatidylcholín, veľmi objemná.
Dôvod tohto množstva súvisí s veľkosťou oligosacharidových reťazcov, ako aj s množstvom molekúl vody spojených s týmito uhľohydrátmi.
Všeobecná štruktúra gangliozidov (Zdroj: Ryan_1991, prostredníctvom Wikimedia Commons)
Kyseliny sialové sú deriváty kyseliny 5-amino-3,5-dideoxy-D-glycero-D-galakto-non-2-ulopyranozoovej alebo kyseliny neuramínovej. V gangliozidoch sú známe tri typy sialových kyselín: 5-N-acetyl, 5-N-acetyl-9-O-acetyl a 5-N-glykolyl derivát, ktorý je najbežnejší u zdravých ľudí.
Všeobecne sú cicavce (vrátane primátov) schopné syntetizovať kyselinu 5-N-glykolyl-neuraminovú, ale ľudia ju musia získať z potravinových zdrojov.
Klasifikácia týchto lipidov môže byť založená na počte zvyškov kyseliny sialovej (od 1 do 5), ako aj na ich pozícii v molekule glykosfingolipidu.
Najbežnejšou oligosacharidovou sekvenciou je tetrasacharid Galp1-3GalNAcp1-4Galp1-4Glcβ, ale možno nájsť aj menej zvyškov.
Vlastnosti
Presné biologické implikácie gangliozidov neboli úplne objasnené, zdá sa však, že sa podieľajú na diferenciácii a morfogenéze buniek, na viazaní niektorých vírusov a baktérií a na typovo špecifických procesoch bunkovej adhézie ako ligandov proteínov. selektínu.
V nervovom systéme
Glykosfingolipidy s kyselinou sialovou majú osobitný význam v nervovom systéme, najmä v bunkách šedej hmoty v mozgu. Súvisí to so skutočnosťou, že glykokonjugáty sa všeobecne považujú za účinné informačné a pamäťové nosiče pre bunky.
Nachádzajú sa prevažne vo vonkajšej monovrstve plazmatickej membrány, a preto sa spolu s glykoproteínmi a proteoglykánami významne podieľajú na glykalyly.
Tento glykalyx alebo extracelulárny matrix je nevyhnutný pre pohyb buniek a aktiváciu signálnych dráh zapojených do rastu, proliferácie a génovej expresie.
V bunkovej signalizácii
Vedľajšie produkty degradácie gangliozidov majú rovnako ako iné sfingolipidy dôležité funkcie, najmä pri signalizačných procesoch a pri recyklácii prvkov na tvorbu nových lipidových molekúl.
V dvojvrstve sa gangliozidy vyskytujú prevažne v lipidových raftoch bohatých na sfingolipidy, kde sú stanovené „glyko-signalizačné domény“, ktoré tiež sprostredkujú medzibunkové interakcie a transmembránovú signalizáciu stabilizáciou a asociáciou s integrálnymi proteínmi. Tieto lipidové plte plnia dôležité funkcie v imunitnom systéme.
V štruktúre
Podporujú konformáciu a správne skladanie dôležitých membránových proteínov, ako je napríklad GM1 gangliosid, pri udržiavaní helikálnej štruktúry a-synukleínového proteínu, ktorého aberantná forma je spojená s Parkinsonovou chorobou. Boli tiež spojené s patológiou Huntingtonovej, Tay-Sachsovej a Alzheimerovej choroby.
syntéza
Biosyntéza glykosfingolipidov je vysoko závislá od intracelulárneho transportu pomocou vezikulárneho toku z endoplazmatického retikula (ER), cez Golgiho aparát a končiac na plazmovej membráne.
Biosyntetický proces začína tvorbou ceramidového skeletu na cytoplazmatickej tvári ER. K tvorbe glykosfingolipidov dochádza neskôr v Golgiho prístroji.
Glykozidázové enzýmy zodpovedné za tento proces (glukozyltransferáza a galaktozyltransferáza) sa nachádzajú na cytosolovej strane Golgiho komplexu.
Pridanie zvyškov kyseliny sialovej do rastúceho oligosacharidového reťazca je katalyzované niekoľkými glykozyltransferázami, ktoré sú viazané na membránu, ale sú obmedzené na luminálnu stranu Golgiho membrány.
Rôzne dôkazy naznačujú, že syntéza najjednoduchších gangliozidov sa vyskytuje v ranej oblasti Golgiho membránového systému, zatiaľ čo najzložitejšie sa vyskytujú v „neskorších“ oblastiach.
predpis
Syntéza je v prvom rade regulovaná expresiou glykozyltransferáz, ale môžu sa tiež zúčastňovať epigenetické udalosti, ako je fosforylácia zahrnutých enzýmov a ďalších.
aplikácia
Niektorí vedci zamerali svoju pozornosť na užitočnosť konkrétneho gangliozidu GM1. Toxín syntetizovaný V. cholerou u pacientov s cholerou má podjednotku zodpovednú za špecifické rozpoznanie tohto gangliozidu, ktorý je prítomný na povrchu slizničných buniek čreva.
GM1 sa teda používa na rozpoznávanie markerov tejto patológie, pretože je zahrnutý v syntéze lipozómov používaných na diagnostiku cholery.
Medzi ďalšie aplikácie patrí syntéza špecifických gangliozidov a ich väzba na stabilné nosiče na diagnostické účely alebo na čistenie a izoláciu zlúčenín, pre ktoré majú afinitu. Zistilo sa tiež, že môžu slúžiť ako markery pre niektoré typy rakoviny.
Referencie
- Groux-Degroote, S., Guérardel, Y., Julien, S. a Deannoy, P. (2015). Gangliozidy pri rakovine prsníka: nové perspektívy. Biochemistry (Moscow), 80 (7), 808-819.
- Ho, JA, Wu, L., Huang, M., Lin, Y., Baeumner, AJ, Durst, RA, a York, N. (2007). Použitie lipozómov citlivých na gangliozid v imunoanalytickom systéme s prietokovým vstrekovaním na stanovenie toxínu cholery. Anal. Chem., 79 (1), 10795 - 10799.
- Kanfer, J. a Hakomori, S. (1983). Sfingolipidová biochémia. (D. Hanahan, ed.), Handbook of Lipid Research 3 (1. vydanie). Plenum Press.
- Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molecular Celí Biology (5. vydanie). Freeman, WH & Company.
- O'Brien, J. (1981). Choroby ukladania gangliozidov: aktualizovaná recenzia. Talian. J. Neurol. Sci., 3, 219 - 226.
- Sonnino, S. (2018). Gangliozidy. V publikácii S. Sonnino a A. Prinetti (Eds.), Methods in Molecular Biology 1804. Humana Press.
- Tayot, J.-L. (1983). 244,312. Spojené štáty.
- van Echten, G., & Sandhoff, K. (1993). Gangliozidový metabolizmus. The Journal of Biological Chemistry, 268 (8), 5341-5344.