GLYKOLIPIDY: KLASIFIKÁCIA, ŠTRUKTÚRA A FUNKCIE - BIOLÓGIE - 2026

Tieto glykolipidy sú membránové lipidy sacharidov v ich polárnych koncovými skupinami. Predstavujú naj asymetrickejšiu distribúciu medzi membránovými lipidmi, pretože sa nachádzajú výhradne vo vonkajšej monovrstve bunkových membrán, ktoré sú zvlášť zastúpené v plazmatickej membráne.

Rovnako ako väčšina membránových lipidov, glykolipidy majú hydrofóbnu oblasť zloženú z nepolárnych uhľovodíkových zvyškov a hlavu alebo polárnu oblasť, ktoré môžu byť tvorené rôznymi triedami molekúl v závislosti od príslušného glykolipidu.

Všeobecná schéma glykolipidu (Zdroj: Wpcrosson prostredníctvom Wikimedia Commons)

Glykolipidy sa nachádzajú v jednobunkových organizmoch, ako sú baktérie a kvasinky, ako aj v organizmoch, ktoré sú komplexné ako zvieratá a rastliny.

V živočíšnych bunkách sú glykolipidy prevažne zložené z sfingozínového skeletu, zatiaľ čo v rastlinách dva najbežnejšie zodpovedajú diglyceridom a derivátom kyseliny sulfónovej. V baktériách sú tiež glykozylglyceridy a deriváty acylovaných cukrov.

V rastlinách sa glykolipidy koncentrujú v chloroplastických membránach, zatiaľ čo u zvierat sú v plazmatickej membráne bohaté. Spolu s glykoproteínmi a proteoglykánmi tvoria glykolipidy dôležitú súčasť glykalyly, ktorá je rozhodujúca pre mnoho bunkových procesov.

Glykolipidy, najmä tie zo živočíšnych buniek, majú tendenciu sa navzájom spájať prostredníctvom vodíkových väzieb medzi svojimi uhľovodíkovými skupinami a pomocou van der Waalsových síl medzi svojimi reťazcami mastných kyselín. Tieto lipidy sú prítomné v membránových štruktúrach známych ako lipidové plte, ktoré majú viac funkcií.

Funkcie glykolipidov sú rôzne, ale v eukaryotoch je ich umiestnenie na vonkajšej strane plazmatickej membrány relevantné z viacerých hľadísk, najmä v procesoch komunikácie, adhézie a diferenciácie buniek.

klasifikácia

Glykolipidy sú glykokonjugáty, ktoré tvoria veľmi heterogénnu skupinu molekúl, ktorých spoločnou charakteristikou je prítomnosť sacharidových zvyškov spojených glukozidickými väzbami s hydrofóbnou skupinou, ktorou môže byť acyl-glycerol, ceramid alebo prenylfosfát.

Jeho klasifikácia je založená na molekulárnom skelete, ktorý je mostom medzi hydrofóbnou a polárnou oblasťou. Preto v závislosti od identity tejto skupiny máme:

Glycoglycerolipid

Tieto glykolipidy, podobne ako glycerolipidy, majú základný reťazec diacylglycerolu alebo monoalkyl-monoacylglycerolu, na ktorý sú zvyšky cukru naviazané glukozidickými väzbami.

Glykoglycerolipidy sú relatívne jednotné z hľadiska ich uhľohydrátového zloženia a galaktózové alebo glukózové zvyšky sa nachádzajú v ich štruktúre, z ktorej vyplýva ich hlavná klasifikácia, a to:

• Galacto glycerolipidy : v uhľohydrátovej časti majú zvyšky galaktózy. Hydrofóbna oblasť pozostáva z molekuly diacylglycerolu alebo alkylacylglycerolu.
• Glukoglycerolipidy: Tieto majú vo svojej polárnej hlave zvyšky glukózy a hydrofóbna oblasť je zložená výlučne z alkyl acylglycerolu.
• Sulfo glycerolipidy : môžu to byť buď galakto-glycerolipidy alebo gluko-glycerolipidy s uhlíkmi viazanými na sulfátové skupiny, ktoré im dodávajú charakteristiku „kyslých“ a odlišujú ich od neutrálnych glykoglycerolipidov (galakto- a glycerolipidy).

Glucosphingolipids

Tieto lipidy majú ako "kostrovú" molekulu časť ceramidu, ktorá môže mať pripojené rôzne molekuly mastných kyselín.

Sú to vysoko variabilné lipidy nielen z hľadiska zloženia svojich hydrofóbnych reťazcov, ale tiež z hľadiska uhľohydrátových zvyškov v polárnej hlave. Vyskytujú sa v mnohých tkanivách cicavcov.

Ich klasifikácia je založená skôr na type substitúcie alebo na identite sacharidovej časti než na oblasti zloženej z hydrofóbnych reťazcov. Podľa typu substitúcie je klasifikácia týchto sfingolipidov nasledovná:

Neutrálne glukokosfingolipidy: tie, ktoré obsahujú v sacharidovej časti hexózy, N-acetylhexozamíny a metylpentózy.

Sulfatidy: sú glukokosfingolipidy, ktoré obsahujú sulfátové estery. Sú negatívne nabité a sú obzvlášť bohaté na myelínové pošvy mozgových buniek. Najbežnejšie majú zvyšky galaktózy.

Gangliozidy: známe tiež ako sialosylglykolipidy, sú také, ktoré obsahujú kyselinu sialovú, preto sú známe aj ako kyslé glykosfingolipidy.

Fosfoinozitido-glykolipidy : kostra je tvorená fosfoinozitido-ceramidmi.

Glycophosphatidylinositols

Sú to lipidy, ktoré sa zvyčajne rozpoznávajú ako stabilné kotvy proteínov v lipidovej dvojvrstve. Pridávajú sa posttranslačne na C-terminálny koniec mnohých proteínov, ktoré sa typicky nachádzajú oproti vonkajšej strane cytoplazmatickej membrány.

Skladajú sa z glukánového centra, fosfolipidového chvosta a fosfoetanolamínovej časti, ktorá ich viaže.

štruktúra

Glykolipidy môžu mať sacharidové skupiny pripojené k molekule pomocou N- alebo O-glukozidických väzieb a dokonca aj prostredníctvom neglukozidických väzieb, ako sú esterové alebo amidové väzby.

Sacharidová časť je vysoko variabilná, nielen čo sa týka štruktúry, ale aj zloženia. Táto sacharidová časť môže pozostávať z mono-, di-, oligo- alebo polysacharidov rôznych typov. Môžu mať aminokyseliny a dokonca aj kyslé, jednoduché alebo rozvetvené cukry.

Tu je stručný opis všeobecnej štruktúry troch hlavných tried glykolipidov:

Glycoglycerolipids

Ako už bolo uvedené, glykoglycerolipidy u zvierat môžu mať zvyšky galaktózy alebo glukózy, fosfátované alebo nie. Reťazce mastných kyselín v týchto lipidoch majú 16 až 20 atómov uhlíka.

V galakto-glycerolipidoch dochádza k spojeniu medzi cukrom a lipidovou kostrou prostredníctvom β-glukozidických väzieb medzi C-1 galaktózy a C-3 glycerolu. Ďalšie dva uhlíky glycerolu sú buď esterifikované mastnými kyselinami alebo C1 je substituovaný alkylovou skupinou a C2 acylovou skupinou.

Zvyčajne sa pozoruje jediný zvyšok galaktózy, hoci bola hlásená existencia digalaktoglycerolipidov. Pokiaľ ide o slufogalaktoglycerolipid, zvyčajne sa sulfátová skupina nachádza na C-3 zvyšku galaktózy.

Štruktúra glycerolipidov je trochu odlišná, najmä čo sa týka počtu zvyškov glukózy, ktoré môžu byť navzájom spojené až 8 zvyškami väzbami typu a (1-6). Molekula glukózy, ktorá premosťuje lipidový hlavný reťazec, je k nemu pripojená pomocou a (1-3) väzby.

V sulfoglykoglycerolipidoch je sulfátová skupina pripojená k uhlíku v polohe 6 koncového glukózového zvyšku.

Glucosphingolipids

Rovnako ako iné sfingolipidy, glykosfingolipidy sú odvodené od L-serínu kondenzovaného s mastnou kyselinou s dlhým reťazcom, ktorá tvorí sfingoidovú bázu známu ako sfingozín. Keď sa iná mastná kyselina viaže na uhlík 2 sfingozínu, vytvorí sa ceramid, ktorý je spoločnou bázou pre všetky sfingolipidy.

V závislosti od typu sfingolipidu sa tieto zvyšky skladajú zo zvyškov D-glukózy, D-galaktózy, N-acetyl-D-galaktozamínu a N-acetylglukozamínu, ako aj kyseliny sialovej. Gangliozidy sú pravdepodobne najrozmanitejšie a najzložitejšie z hľadiska rozvetvenia oligosacharidových reťazcov.

Glycophosphatidylinositols

V týchto glykolipidoch môžu byť zvyšky glukánového centra (glukozamín a manóza) modifikované rôznymi spôsobmi pridaním fosfoetanolamínových skupín a iných cukrov. Táto odroda im poskytuje veľkú štrukturálnu zložitosť, ktorá je dôležitá pre ich zavedenie do membrány.

Rastlinné glykolipidy

Chloroplasty mnohých rias a vyšších rastlín sú obohatené neutrálnymi galaktoglycerolipidmi, ktoré majú podobné vlastnosti ako cerebrosidy u zvierat. Mono- a digalaktolipidy sú p-naviazané na diglyceridovú skupinu, zatiaľ čo sulfolipidy sú odvodené iba od a-glukózy.

Bakteriálne glykolipidy

V baktériách sú glykozylglyceridy štruktúrne analogické so živočíšnymi fosfoglyceridmi, ale obsahujú uhľohydrátové zvyšky spojené glykozyláciou v polohe 3 sn-1,2-diglyceridu. Acylované deriváty cukru neobsahujú glycerol, ale skôr mastné kyseliny priamo viazané na cukry.

Najbežnejšie sacharidové zvyšky medzi bakteriálnymi glykolipidmi sú galaktóza, glukóza a manóza.

Vlastnosti

U zvierat zohrávajú glykolipidy dôležitú úlohu pri bunkovej komunikácii, diferenciácii a proliferácii, onkogenéze, elektrickom odpudzovaní (v prípade polárnych glykolipidov), adhézii buniek.

Jeho prítomnosť v mnohých bunkových membránach zvierat, rastlín a mikroorganizmov zodpovedá za jej dôležitú funkciu, ktorá súvisí najmä s vlastnosťami multifunkčných lipidových plt.

Sacharidová časť glykosfingolipidov je determinantom antigenicity a imunogenicity buniek, ktoré ju nesú. Môže byť zapojený do medzibunkových procesov rozpoznávania, ako aj do bunkových „sociálnych“ aktivít.

Galaktoglycerolipidy v rastlinách, vzhľadom na ich relatívny výskyt v rastlinných membránach, majú dôležitú úlohu pri stanovovaní charakteristík membrán, ako je stabilita a funkčná aktivita mnohých membránových proteínov.

Úloha glykolipidov v baktériách je tiež rôznorodá. Niektoré z glykoglycerolipidov sú potrebné na zlepšenie stability dvojvrstvy. Slúžia tiež ako prekurzory iných zložiek membrány a tiež podporujú rast pri nedostatku anoxie alebo fosfátov.

GPI kotvy alebo glukozidylfosfatidylinozitoly sú tiež prítomné v lipidových voroch, podieľajú sa na transdukcii signálu, na patogenéze mnohých parazitických mikroorganizmov a na orientácii apikálnej membrány.

Potom možno povedať, že všeobecné funkcie glykolipidov, tak v rastlinách, zvieratách, ako aj v baktériách, zodpovedajú vytvoreniu stability a tekutosti membrány; účasť na špecifických interakciách lipid-proteín a rozpoznávanie buniek.

Referencie

1. Abdel-mawgoud, AM a Stephanopoulos, G. (2017). Jednoduché glykolipidy mikróbov: chémia, biologická aktivita a metabolické inžinierstvo. Syntetická a systémová biotechnológia, 1-17.
2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2015). Molecular Biology of Cell (6. vydanie). New York: Garland Science.
3. Ando, ​​T., Imamura, A., Ishida, H., & Kiso, M. (2007). Syntéza glykolipidov. Carbohydrate Research, 797 - 813.
4. Benson, A. (1964). Rastlinné membránové lipidy. Annu. Plant. Physiol., 15, 1-16.
5. Bronislaw, L., Liau, YUNH a Slomiany, A. (1987). Živočíšne glykoglycerolipidy. Prog. Lipid Res., 26, 29-51.
6. Holzl, G., & Dormann, P. (2007). Štruktúra a funkcia glykoglycerolipidov v rastlinách a baktériách. Prog. Lipid Res., 46, 225 - 243.
7. Honke, K. (2013). Biosyntéza a biologická funkcia sulfoglykolipidov. Proc. JPN. Acad. Ser. B, 89 (4), 129 - 138.
8. Kanfer, J., & Hakomori, S. (1983). Sfingolipidová biochémia. (D. Hanahan, ed.), Handbook of Lipid Research 3 (1. vydanie).
9. Koynova, R., & Caffrey, M. (1994). Fázy a fázové prechody glykoglycerolipidov. Chemistry and Physics of Lipids, 69, 181–207.
10. Law, J. (1960). Glykolipidy. Annual Reviews, 29, 131 - 150.
11. Paulick, MG a Bertozzi, CR (2008). Glykozylfosfatidylinozitolová kotva: komplexné membránové kotvenie. Biochemistry, 47, 6991-7000.