СИАЛОВАЯ КИСЛОТА: СТРОЕНИЕ, ФУНКЦИИ И ЗАБОЛЕВАНИЯ - БИОЛОГИЯ - 2024

В сиаловых кислот являются моносахариды девять атомов углерода. Они принадлежат к семейству производных нейраминовой кислоты (5-амино-3,5-дидезокси-D-глицеро-D-галакто-нонулозоновая кислота) и широко распространены в природе, особенно в животном мире.

Обычно они не встречаются в виде свободных молекул, но связаны α-глюкозидными связями с молекулами углеводов или другими молекулами сиаловой кислоты, а затем могут занимать концевые или внутренние положения в линейной углеводной цепи.

Схема молекулы сиаловой кислоты (Источник: Пользователь: glycoform через Wikimedia Commons)

Термин «сиаловая кислота» был впервые введен Гуннаром Бликсом в 1957 году, хотя предыдущие сообщения других исследователей указывают на то, что его открытие датируется десятилетием или двумя ранее, когда они были описаны как часть сиало-муциновых гликопротеинов и сиало-сиало-сиало-сфинголипидов (ганглиозидов). ,

Сиаловые кислоты присутствуют во многих царствах природы. Они были обнаружены у некоторых вирусов, патогенных бактерий, простейших, ракообразных, плоских червей, насекомых и позвоночных, таких как рыбы, амфибии, птицы и млекопитающие. Напротив, они не были обнаружены в грибах, водорослях или растениях.

Структура

Сиаловые кислоты присутствуют в основном в концевой части поверхностных гликопротеинов и гликолипидов, обеспечивая большое разнообразие этих гликоконъюгатов. Дифференциальные паттерны «сиалилирования» являются продуктами экспрессии тканеспецифичных гликозилтрансфераз (сиалилтрансфераз).

Структурно сиаловые кислоты принадлежат к семейству примерно 40 природных производных нейраминовой кислоты, которые являются N-ацилированными, что дает две «родительские» структуры: N-ацетилнейраминовая кислота (Neu5Ac) или N-гликолилнейраминовая кислота (Neu5Gc). ,

Его структурные характеристики включают присутствие аминогруппы (которая может быть модифицирована) в положении 5 и карбоксильной группы в положении 1, которая может ионизироваться при физиологическом pH. Деоксигенированный углерод C-3 и молекула глицерина в положении C-6.

Схема молекулы сиаловой кислоты с указанием атомов углерода (Источник: Пользователь: glycoform через Wikimedia Commons)

Многие производные возникают в результате замещения гидроксильных групп в положениях C-4, C-7, C-8 и C-9 ацетильными, гликольными, лактильными, метильными, сульфатными и фосфатными частями; а также введение двойных связей между C-2 и C-3.

В линейном концевом положении присоединение части сиаловой кислоты к олигосахаридной цепи включает α-глюкозидную связь между гидроксильной группой C-2 аномерного углерода сиаловой кислоты и гидроксильными группами C-3, C-углеродов. 4 или C-6 моносахаридной части.

Эти связи могут быть между остатками галактозы, N-ацетилглюкозамином, N-ацетилгалактозамином и, в некоторых отдельных ганглиозидах, глюкозой. Они могут происходить через N-гликозидные или O-гликозидные связи.

Характеристики

Считается, что сиаловые кислоты помогают паразитическим организмам выжить в организме хозяина; примерами этого являются патогены млекопитающих, которые продуцируют ферменты метаболизма сиаловой кислоты (сиалидазы или N-ацетилнейраминовые лиазы).

Не существует видов млекопитающих, для которых не сообщалось о присутствии сиаловых кислот в составе гликопротеинов в целом, гликопротеинов сыворотки, слизистой оболочки, в составе структур клеточной поверхности или в составе сложных углеводов.

Они были обнаружены в кислых олигосахаридах в молоке и молозиве людей, крупного рогатого скота, овец, собак и свиней, а также в составе мочи крыс и людей.

Роль в процессах клеточной адгезии

Гликоконъюгаты с фрагментами сиаловой кислоты играют важную роль в процессах обмена информацией между соседними клетками, а также между клетками и их средой.

Присутствие сиаловой кислоты в клеточных мембранах способствует установлению отрицательного заряда на поверхности, что имеет положительные последствия в некоторых случаях электростатического отталкивания между клетками и некоторыми молекулами.

Кроме того, отрицательный заряд придает сиаловой кислоте мембрану роль в переносе положительно заряженных ионов.

Сообщалось, что связыванию эндотелия и эпителия с базальной мембраной клубочка способствует сиаловая кислота, и это также влияет на контакт между этими клетками.

Роль в продолжительности жизни компонентов клеток крови

Сиаловая кислота выполняет важные функции как часть гликофорина А в плазматической мембране эритроцитов. Некоторые исследования показали, что содержание сиаловой кислоты обратно пропорционально возрасту этих клеток.

Эритроциты, обработанные ферментами нейраминидазой, отвечающими за разложение сиаловой кислоты, резко сокращают период полувыведения в кровотоке со 120 дней до нескольких часов. Тот же случай наблюдался с тромбоцитами.

Тромбоциты теряют способность прилипать и агрегировать в отсутствие сиаловой кислоты в их поверхностных белках. В лимфоцитах сиаловая кислота также играет важную роль в процессах клеточной адгезии и распознавания, а также во взаимодействии с поверхностными рецепторами.

Функции иммунной системы

Иммунная система способна различать свои собственные или вторгающиеся структуры на основе распознавания структуры сиаловой кислоты, присутствующей в мембранах.

Сиаловая кислота, а также ферменты нейраминидаза и сиалилтрансфераза обладают важными регулирующими свойствами. Концевые части сиаловой кислоты в гликоконъюгатах плазматической мембраны выполняют маскирующие функции или выступают в качестве мембранных рецепторов.

Кроме того, различные авторы высказали предположение, что сиаловая кислота обладает антигенными функциями, но это еще не известно с уверенностью. Однако маскирующие функции остатков сиаловой кислоты очень важны для регуляции клеток.

Маскирование может иметь прямую или косвенную защитную роль в зависимости от того, покрывает ли часть сиаловой кислоты непосредственно антигенный углеводный остаток или же сиаловая кислота в соседнем гликоконъюгате маскирует антигенную часть.

Некоторые антитела обладают остатками Neu5Ac, которые проявляют вируснейтрализующие свойства, поскольку эти иммуноглобулины способны предотвращать адгезию вирусов только к конъюгатам (гликоконъюгатам с частями сиаловой кислоты) на клеточной мембране.

Прочие функции

В кишечном тракте сиаловые кислоты играют не менее важную роль, поскольку они входят в состав муцинов, которые обладают смазывающими и защитными свойствами, необходимыми для всего организма.

Кроме того, сиаловые кислоты также присутствуют в мембранах клеток эпителия бронхов, желудка и кишечника, где они участвуют в транспорте, секреции и других метаболических процессах.

болезни

Известно, что многие заболевания связаны с нарушениями метаболизма сиаловой кислоты, и они известны как сиалидоз. К наиболее заметным относятся сиалурия и болезнь Салла, которые характеризуются выделением с мочой большого количества свободных сиаловых кислот.

Другие иммунологические заболевания связаны с изменениями анаболических и катаболических ферментов, связанных с метаболизмом сиаловой кислоты, которые вызывают аберрантное накопление гликоконъюгатов с частями сиаловой кислоты.

Также известны некоторые заболевания, связанные с факторами крови, такие как тромбоцитопения, которая заключается в снижении уровня тромбоцитов в крови, вероятно, из-за недостатка сиаловой кислоты в мембране.

Болезнь фон Виллебранда соответствует нарушению способности тромбоцитов прикрепляться к гликоконъюгатам субэндотелиальной мембраны стенки кровеносных сосудов, вызванному недостаточностью или недостаточностью гликозилирования или сиалирования.

Тромбастения Гланцмана - еще одно врожденное нарушение агрегации тромбоцитов, корнем которого является наличие дефектных гликопротеинов в мембране тромбоцитов. Было показано, что дефекты этих гликопротеинов связаны с пониженным содержанием Neu5Ac.

Ссылки

1. Клейден, Дж., Гривс, Н., Уоррен, С., и Уотерс, П. (2001). Органическая химия (1-е изд.). Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета.
2. Демченко, А.В. (2008). Справочник по химическому гликозилированию: достижения в области стереоселективности и терапевтическая значимость. Wiley-VCH.
3. Розенберг, А. (1995). Биология сиаловых кислот. Нью-Йорк: Springer Science + Business Media, LLC.
4. Шауэр Р. (1982). Сиаловые кислоты: химия, метаболизм и функции. Springer-Verlag Wien New York.
5. Трэвинг, К., и Шауэр, Р. (1998). Структура, функция и метаболизм сиаловых кислот. CMLS Cellular and Molecular Life Sciences, 54, 1330–1349.