GANGLIOZĪDI: STRUKTŪRA, FUNKCIJAS, SINTĒZE UN PIELIETOJUMI - BIOLOĢIJA - 2025

The ganglio ir membrānas sphingolipids pieder klasei skābās glikosfingolipīdu. Tie ir vieni no vispilnīgākajiem glikolipīdiem un ir iesaistīti daudzu membrānu īpašību, kā arī ar tiem saistīto olbaltumvielu regulēšanā. Īpaši bagātīgi tie ir nervu audos.

Tiem raksturīga cukura atlikumu klātbūtne ar karboksilgrupām (sialīnskābēm) un kopā ar sulfātiem, kas satur O-sulfātu grupu, kas saistīta ar glikozes vai galaktozes atlikumu. Tie pārstāv vienu no divām skābo glikozingingolipīdu ģimenēm eikariotos.

Gangliozīda struktūras piemērs (Avots: Caitlin Sedwick, izmantojot Wikimedia Commons)

Terminu gangliozīds 1939. gadā izgudroja vācu bioķīmiķis Ernsts Klenks, kad viņš atsaucās uz savienojumu maisījumu, kas iegūts no pacienta ar Nīmaņa-Pika slimību smadzenēm. Tomēr pirmā gangliozīda struktūra tika noskaidrota 1963. gadā.

Viņiem ir hidrofobiskais keramīda skelets ar citiem sfingolipīdiem, kas sastāv no sfingozīna molekulas, kas ir savienota ar amīda saiti ar taukskābi no 16 līdz 20 oglekļa atomiem, ar divkāršu saiti starp oglekļiem 4 pozīcijās. un 5.

Uzbūve

Gangliozīdiem raksturīga oligosaharīdu ķēžu klātbūtne polāro galvu grupā, kuru sastāvā ir siālskābes molekulas, kuras β-glikozīdu saites savieno ar keramīda hidrofobo skeletu.

Tās ir ārkārtīgi dažādas molekulas, ņemot vērā vairākas iespējamās kombinācijas starp oligosaharīdu ķēdēm, dažāda veida sialīnskābi un apolārajām astēm, kas piestiprinātas pie keramīda skeleta, gan sfingozīnu, gan taukskābes, kas saistītas ar amīda saitēm ar minēto skeletu.

Nervu audos gangliozīdu vidū visbiežāk sastopamās taukskābju ķēdes raksturo palmitīnskābe un stearīnskābe.

Polāro grupu raksturojums

Šo sfingolipīdu polāro galvas reģions nodrošina tiem spēcīgu hidrofilu raksturu. Šī polārā grupa ir ļoti apjomīga, salīdzinot ar fosfolipīdiem, piemēram, fosfatidilholīnu.

Šīs masas iemesls ir saistīts ar oligosaharīdu ķēžu lielumu, kā arī ar šiem ogļhidrātiem saistīto ūdens molekulu daudzumu.

Gangliozīdu vispārējā struktūra (Avots: Ryan_1991, izmantojot Wikimedia Commons)

Sialīnskābes ir 5-amino-3,5-dideoksi-D-glicerio-D-galakto-non-2-ulopiranoskābes vai neuramīnskābes atvasinājumi. Ir gangliozīdos zināmi trīs siālu skābju veidi: 5-N-acetil, 5-N-acetil-9-O-acetil un 5-N-glikolil-atvasinājumi, kas ir visizplatītākie veseliem cilvēkiem.

Parasti zīdītāji (ieskaitot primātus) spēj sintezēt 5-N-glikolilneuramīnskābi, bet cilvēkiem tā jāiegūst no pārtikas avotiem.

Šo lipīdu klasifikācija var balstīties gan uz sialīnskābes atlikumu skaitu (no 1-5), gan uz to stāvokli glikozingingolipīdu molekulā.

Visizplatītākā oligosaharīdu secība ir tetrasaharīds Galβ1-3GalNAcβ1-4Galβ1-4Glcβ, taču var atrast arī mazāk atlikumu.

Iespējas

Precīza gangliozīdu bioloģiskā ietekme nav pilnībā noskaidrota, tomēr šķiet, ka tie ir iesaistīti šūnu diferenciācijā un morfoģenēzē, dažu vīrusu un baktēriju saistīšanā un tipam raksturīgos šūnu adhēzijas procesos kā olbaltumvielu ligandi. selektīni.

Nervu sistēmā

Glikosfingolipīdi ar sialīnskābi ir īpaši svarīgi nervu sistēmā, īpaši smadzeņu pelēkās vielas šūnās. Tas ir saistīts ar faktu, ka glikokonjugāti parasti tiek atzīti par efektīviem šūnu informācijas un glabāšanas līdzekļiem.

Tie pārsvarā atrodas plazmas membrānas ārējā vienslāņa slānī, tāpēc tiem ir svarīga līdzdalība glikokaliksā kopā ar glikoproteīniem un proteoglikāniem.

Šī glikokaliksu vai ārpusšūnu matrica ir būtiska šūnu kustībai un signalizācijas ceļu aktivizēšanai, kas iesaistīti augšanā, proliferācijā un gēnu ekspresijā.

Šūnu signalizācijā

Tāpat kā citiem sfingolipīdiem, arī gangliozīdu noārdīšanās blakusproduktiem ir svarīgas funkcijas, jo īpaši signalizācijas procesos un elementu pārstrādē jaunu lipīdu molekulu veidošanai.

Divslāņu gangliozīdi lielākoties rodas sfingolipīdiem bagātajos lipīdu plostos, kur tiek izveidoti "glikoindikācijas domēni", kas arī veic starpšūnu mijiedarbību un transmembranālo signālu pārnešanu, stabilizējoties un asociējoties ar neatņemamiem proteīniem. Šie lipīdu plosti veic svarīgas funkcijas imūnsistēmā.

Struktūrā

Viņi veicina svarīgu membrānas olbaltumvielu, piemēram, GM1 gangliozīda, konformāciju un pareizu locīšanu, saglabājot α-sinukleīna olbaltumvielu spirālveida struktūru, kuras izkropļotā forma ir saistīta ar Parkinsona slimību. Tie ir bijuši saistīti arī ar Hantingtona, Tay-Sachs un Alcheimera slimības patoloģijām.

Sintēze

Glikosfingolipīdu biosintēze ir ļoti atkarīga no intracelulārā transporta caur vezikulu plūsmu no endoplazmatiskā retikuluma (ER), caur Golgi aparātu un beidzot ar plazmas membrānu.

Biosintētiskais process sākas ar keramīda skeleta veidošanos ER citoplazmā. Glikosfingolipīdu veidošanās notiek vēlāk Golgi aparātā.

Glikozidāzes fermenti, kas ir atbildīgi par šo procesu (glikoziltransferāze un galaktozililtransferāze), ir atrodami Golgi kompleksa citosolītajā pusē.

Sialīnskābes atlikumu pievienošanu augošajai oligosaharīdu ķēdei katalizē dažas glikoziltransferāzes, kas ir piesaistītas membrānai, bet ir ierobežotas tikai ar Golgi membrānas gaismām.

Dažādas liecības liecina, ka vienkāršāko gangliozīdu sintēze notiek Golgi membrānas sistēmas agrīnajā reģionā, savukārt vissarežģītākās notiek “vēlākajos” reģionos.

Regula

Sintēzi vispirms regulē ar glikoziltransferāžu izpausmēm, bet var būt iesaistīti arī epiģenētiski notikumi, piemēram, iesaistīto enzīmu un citu fosforilēšana.

Lietojumprogrammas

Daži pētnieki ir pievērsuši savu uzmanību konkrēta gangliozīda GM1 lietderībai. Toksīnam, ko holēras slimniekiem sintezējis V. holēra, ir apakšvienība, kas ir atbildīga par šī gangliozīda īpašo atpazīšanu, kas atrodas zarnas gļotādas šūnu virsmā.

Tādējādi GM1 ir izmantots šīs patoloģijas marķieru atpazīšanai, jo tas ir iekļauts liposomu sintēzē, ko izmanto holēras diagnosticēšanai.

Citi pielietojumi ietver īpašu gangliozīdu sintēzi un to saistīšanu ar stabiliem balstiem diagnostikas nolūkos vai tādu savienojumu attīrīšanai un izolēšanai, kuriem tie ir radniecīgi. Ir arī konstatēts, ka tie var kalpot par marķieriem dažu vēža veidu ārstēšanai.

Atsauces

1. Groux-Degroote, S., Guérardel, Y., Julien, S., & Deannoy, P. (2015). Gangliozīdi krūts vēža gadījumā: jaunas perspektīvas. Bioķīmija (Maskava), 80 (7), 808-819.
2. Ho, JA, Wu, L., Huang, M., Lin, Y., Baeumner, AJ, Durst, RA, & York, N. (2007). Gangliozīdu sensibilizētu liposomu pielietojums plūsmas injekcijas imunoanalītiskajā sistēmā holēras toksīna noteikšanai. Anal. Chem., 79 (1), 10795-10799.
3. Kanfer, J., & Hakomori, S. (1983). Sfingolipīdu bioķīmija. (D. Hanahan, red.), Lipid Research 3 rokasgrāmata (1. red.). Plenum Press.
4. Lodish, H., Berks, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molekulāro šūnu bioloģija (5. izdevums). Freeman, WH & Company.
5. O'Braiens, J. (1981). Gangliozīdu uzglabāšanas slimības: atjaunināts pārskats. Ital. J. Neurols. Sci., 3, 219. – 226.
6. Sonnino, S. (2018). Gangliozīdi. S. Sonnino un A. Prinetti (Red.) Metodēs molekulārajā bioloģijā 1804. gadā. Humana Press.
7. Tayot, J.-L. (1983). 244.312. Savienotās Valstis.
8. van Echten, G., un Sandhoff, K. (1993). Gangliozīdu metabolisms. The Journal of Biological Chemistry, 268 (8), 5341-5344.