ГАНГЛИОЗИДЫ: СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ, СИНТЕЗ И ПРИМЕНЕНИЕ - БИОЛОГИЯ - 2025

В ганглиозидах мембранные сфинголипиды , принадлежащие к классу кислых гликосфинголипидов. Они являются одними из самых распространенных гликолипидов и участвуют в регуляции многих свойств мембран, а также белков, связанных с ними. Особенно их много в нервных тканях.

Они характеризуются наличием остатков сахара с карбоксильными группами (сиаловые кислоты) и вместе с сульфатидами, которые содержат O-сульфатную группу, связанную с остатком глюкозы или галактозы. Они представляют собой одно из двух семейств кислых гликосфинголипидов у эукариот.

Пример структуры ганглиозида (Источник: Кейтлин Седвик, через Wikimedia Commons)

Термин ганглиозид был придуман в 1939 году немецким биохимиком Эрнстом Кленком, когда он обозначал смесь соединений, извлеченных из мозга пациента с болезнью Ниманна-Пика. Однако первая структура ганглиозида была выяснена в 1963 году.

У них общий гидрофобный церамидный скелет с другими сфинголипидами, который состоит из молекулы сфингозина, связанной амидной связью с жирной кислотой, содержащей от 16 до 20 атомов углерода, с двойной транс-связью между атомами углерода в 4 положениях. и 5.

Структура

Ганглиозиды характеризуются наличием олигосахаридных цепей в их полярной головной группе, в состав которой входят молекулы сиаловой кислоты, связанные β-глюкозидными связями с гидрофобным скелетом церамида.

Они представляют собой чрезвычайно разнообразные молекулы с учетом множества возможных комбинаций между олигосахаридными цепями, различными типами сиаловой кислоты и аполярными хвостами, прикрепленными к церамидному скелету, как сфингозина, так и жирных кислот, связанных амидными связями с указанным скелетом.

В нервной ткани среди ганглиозидов наиболее распространены цепи жирных кислот, представленные пальмитиновой и стеариновой кислотами.

Характеристики полярной группы

Область полярной головки этих сфинголипидов придает им сильный гидрофильный характер. Эта полярная группа очень объемна по сравнению, например, с группой фосфолипидов, таких как фосфатидилхолин.

Причина такой массы связана с размером олигосахаридных цепей, а также с количеством молекул воды, связанных с этими углеводами.

Общая структура ганглиозидов (Источник: Ryan_1991, через Wikimedia Commons)

Сиаловые кислоты являются производными 5-амино-3,5-дидезокси-D-глицеро-D-галакто-нон-2-улопиранозоевой кислоты или нейраминовой кислоты. Существует три известных типа сиаловых кислот в ганглиозидах: 5-N-ацетил, 5-N-ацетил-9-O-ацетил и производное 5-N-гликолила, которое наиболее часто встречается у здоровых людей.

В целом, млекопитающие (включая приматов) способны синтезировать 5-N-гликолилнейраминовую кислоту, но люди должны получать ее из пищевых источников.

Классификация этих липидов может основываться как на количестве остатков сиаловой кислоты (от 1 до 5), так и на их положении в молекуле гликосфинголипида.

Наиболее распространенной олигосахаридной последовательностью является тетрасахарид Galβ1-3GalNAcβ1-4Galβ1-4Glcβ, но также может быть обнаружено меньшее количество остатков.

Характеристики

Точные биологические последствия ганглиозидов до конца не выяснены, однако они, по-видимому, участвуют в дифференцировке и морфогенезе клеток, в связывании некоторых вирусов и бактерий и в типоспецифических процессах клеточной адгезии в качестве лигандов для белков. селектина.

В нервной системе

Гликосфинголипиды с сиаловой кислотой имеют особое значение для нервной системы, особенно для клеток серого вещества головного мозга. Это связано с тем фактом, что гликоконъюгаты в целом признаны эффективными носителями информации и хранения для клеток.

Они расположены преимущественно во внешнем монослое плазматической мембраны, поэтому они играют важную роль в гликокаликсе вместе с гликопротеинами и протеогликанами.

Этот гликокаликс или внеклеточный матрикс важен для движения клеток и активации сигнальных путей, участвующих в росте, пролиферации и экспрессии генов.

В клеточной сигнализации

Как и в случае с другими сфинголипидами, побочные продукты деградации ганглиозидов также имеют важные функции, особенно в процессах передачи сигналов и в рециркуляции элементов для образования новых молекул липидов.

Внутри бислоя ганглиозиды встречаются в основном в богатых сфинголипидами липидных рафтах, где установлены «гликосигнальные домены», которые также опосредуют межклеточные взаимодействия и трансмембранную передачу сигналов за счет стабилизации и ассоциации с интегральными белками. Эти липидные рафты выполняют важные функции в иммунной системе.

В структуре

Они способствуют конформации и правильной укладке важных мембранных белков, таких как ганглиозид GM1, в поддержании спиральной структуры белка α-синуклеина, аберрантная форма которого связана с болезнью Паркинсона. Они также были связаны с патологиями Хантингтона, Тея-Сакса и болезни Альцгеймера.

Синтез

Биосинтез гликосфинголипидов сильно зависит от внутриклеточного транспорта через поток везикул от эндоплазматического ретикулума (ER) через аппарат Гольджи и заканчивая плазматической мембраной.

Процесс биосинтеза начинается с образования церамидного скелета на цитоплазматической стороне ЭПР. Образование гликосфинголипидов происходит позже в аппарате Гольджи.

Ферменты гликозидазы, ответственные за этот процесс (глюкозилтрансфераза и галактозилтрансфераза), находятся на цитозольной стороне комплекса Гольджи.

Добавление остатков сиаловой кислоты к растущей олигосахаридной цепи катализируется несколькими гликозилтрансферазами, которые связаны с мембраной, но ограничены просветной стороной мембраны Гольджи.

Различные линии доказательств предполагают, что синтез простейших ганглиозидов происходит в ранней области мембранной системы Гольджи, в то время как наиболее сложные происходят в более «поздних» областях.

регулирование

Синтез регулируется в первую очередь экспрессией гликозилтрансфераз, но также могут быть вовлечены эпигенетические события, такие как фосфорилирование задействованных ферментов и других.

Приложения

Некоторые исследователи сосредоточили свое внимание на полезности конкретного ганглиозида GM1. Токсин, синтезируемый холерой холеры у больных холерой, имеет субъединицу, отвечающую за специфическое распознавание этого ганглиозида, который представлен на поверхности слизистых клеток кишечника.

Таким образом, GM1 был использован для распознавания маркеров этой патологии, поскольку он включен в синтез липосом, используемых для диагностики холеры.

Другие применения включают синтез специфических ганглиозидов и их связывание со стабильными носителями для диагностических целей или для очистки и выделения соединений, к которым они имеют сродство. Также было обнаружено, что они могут служить маркерами некоторых типов рака.

Ссылки

1. Гро-Дегрот, С., Герардель, Ю., Жюльен, С., и Диннуа, П. (2015). Ганглиозиды при раке молочной железы: новые перспективы. Биохимия (Москва), 80 (7), 808-819.
2. Хо, Дж. А., Ву, Л., Хуанг, М., Лин, Ю., Баумнер, А. Дж., Дерст, Р. А., и Йорк, Н. (2007). Применение липосом, сенсибилизированных ганглиозидами, в иммуноаналитической системе для инъекций потока для определения холерного токсина. Анальный. Chem., 79 (1), 10795-10799.
3. Канфер, Дж., И Хакомори, С. (1983). Биохимия сфинголипидов. (Д. Ханахан, ред.), Справочник по исследованиям липидов 3 (1-е изд.). Пленум Пресс.
4. Лодиш, Х., Берк, А., Кайзер, Калифорния, Кригер, М., Бретчер, А., Плоег, Х., Мартин, К. (2003). Молекулярная клеточная биология (5-е изд.). Фриман, WH & Company.
5. О'Брайен, Дж. (1981). Болезни накопления ганглиозидов: обновленный обзор. Курсив J. Neurol. Sci., 3, 219–226.
6. Соннино, С. (2018). Ганглиозиды. В С. Соннино и А. Принетти (ред.), Методы молекулярной биологии 1804. Humana Press.
7. Тайот, Ж.-Л. (1983). 244,312. Соединенные Штаты.
8. ван Эхтен, Г., и Сандхофф, К. (1993). Метаболизм ганглиозидов. Журнал биологической химии, 268 (8), 5341-5344.