GANGLIOSIDIT: RAKENNE, TOIMINNOT, SYNTEESI JA SOVELLUKSET - BIOLOGIA - 2025

Gangliosidit ovat kalvon sfingolipideistä luokkaan kuuluvia happamien glykosfingolipidien. Ne ovat yleisimpiä glykolipidejä ja osallistuvat monien kalvoominaisuuksien, kuten myös niihin liittyvien proteiinien, säätelyyn. Niitä on erityisen runsaasti hermostossa.

Niille on ominaista sokerijäännösten esiintyminen karboksyyliryhmien (sialihapot) kanssa ja yhdessä sulfatidien kanssa, jotka sisältävät O-sulfaattiryhmän, joka on kytketty glukoosi- tai galaktoositähteeseen. Ne edustavat yhtä kahdesta happamien glykosfingolipidien ryhmistä eukaryooteissa.

Esimerkki gangliosidin rakenteesta (Lähde: Caitlin Sedwick, Wikimedia Commonsin kautta)

Termi gangliosidi keksi vuonna 1939 saksalaisen biokemistin Ernst Klenkin, kun hän viittasi seokseen yhdisteitä, jotka uutettiin Niemann-Pick -taudin potilaan aivoista. Kuitenkin gangliosidin ensimmäinen rakenne selvitettiin vuonna 1963.

Ne jakavat hydrofobisen keramiidirungon muiden sfingolipidien kanssa, joka koostuu sfingosiinimolekyylistä, joka on sidottu amidisidoksella 16 - 20 hiiliatomin rasvahappoon, ja trans-kaksoissidoksen hiilien välillä 4-asemassa. ja 5.

Rakenne

Gangliosideille on tunnusomaista, että ne esittävät polaarisessa pääryhmässään oligosakkaridiketjuja, joiden koostumuksessa on siaalhappomolekyylejä, jotka on kytketty P-glukosidisidoksilla keramidin hydrofobiseen luurankoon.

Ne ovat erittäin erilaisia ​​molekyylejä ottaen huomioon oligosakkaridiketjujen, erityyppisten siaalihappojen ja keramiidirunkoon kiinnittyneiden apolaaristen hännien, sekä sfingosiinin että rasvahappojen, mahdolliset yhdistelmät mainitun luurankoon, oligosakkaridiketjujen välillä.

Hermostokudoksessa yleisimpiä rasvahappoketjuja gangliosidien joukossa edustavat palmitiini ja steariinihappo.

Naparyhmän ominaisuudet

Näiden sfingolipidien polaarinen pääalue antaa heille vahvan hydrofiilisen luonteen. Tämä polaarinen ryhmä on erittäin tilaa vievä verrattuna fosfolipideihin, kuten esimerkiksi fosfatidyylikoliini.

Syy tähän bulkkiin liittyy oligosakkaridiketjujen kokoon sekä näihin hiilihydraateihin liittyvien vesimolekyylien määrään.

Gangliosidien yleinen rakenne (Lähde: Ryan_1991, Wikimedia Commonsin kautta)

Siaaliset hapot ovat 5-amino-3,5-dideoksi-D-glysero-D-galakto-non-2-ulopyranosoehapon tai neuramiinihapon johdannaisia. Gangliosideissa tunnetaan kolmen tyyppisiä siaalihappoja: 5-N-asetyyli, 5-N-asetyyli-9-O-asetyyli ja 5-N-glykolyylijohdannainen, joka on yleisimpiä terveillä ihmisillä.

Yleensä nisäkkäät (myös kädelliset) kykenevät syntetisoimaan 5-N-glykolyyli-neuramiinihappoa, mutta ihmisten on saatava se ravintolähteistä.

Näiden lipidien luokittelu voi perustua sekä sialihappotähteiden lukumäärään (välillä 1-5) että niiden sijaintiin glykosfingolipidimolekyylissä.

Yleisin oligosakkaridisekvenssi on tetrasakkaridi Galβ1-3GalNAcβ1-4Galβ1-4Glcβ, mutta myös vähemmän jäännöksiä löytyy.

ominaisuudet

Gangliosidien täsmällisiä biologisia vaikutuksia ei ole vielä täysin selvitetty, mutta ne näyttävät olevan osallisina solujen erilaistumisessa ja morfogeneesissä, joidenkin virusten ja bakteerien sitoutumisessa ja tyyppispesifisissä solujen tarttumisprosesseissa proteiineihin ligandeina. selektiinejä.

Hermostossa

Siaalhapon kanssa käytetyillä glykosfingolipideillä on erityistä merkitystä hermostoon, etenkin aivojen harmaan aineen soluihin. Tämä liittyy siihen tosiseikkaan, että glykokonjugaatit yleisesti tunnustetaan tehokkaiksi solujen tieto- ja varastointivälineiksi.

Ne sijaitsevat pääasiassa plasmamembraanin ulkokerroksessa, joten niillä on tärkeä osallistuminen glykokalyksiin yhdessä glykoproteiinien ja proteoglykaanien kanssa.

Tämä glykokalyksi tai solunulkoinen matriisi on välttämätön solujen liikkeelle ja kasvuun, proliferaatioon ja geeniekspressioon liittyvien signalointireittien aktivoimiseen.

Solujen signaloinnissa

Kuten muissakin sfingolipideissä, myös gangliosidien hajoamisen sivutuotteilla on tärkeitä toimintoja, etenkin signalointiprosesseissa ja elementtien kierrätyksessä uusien lipidimolekyylien muodostamiseksi.

Kaksikerroksessa gangliosideja esiintyy pääosin sfingolipidirikkaissa lipidilautoissa, joissa muodostetaan "glyko-signaloivia domeeneja", jotka välittävät myös solujen välisiä vuorovaikutuksia ja kalvon läpi tapahtuvaa signalointia stabiloimalla ja liittymällä kiinteisiin proteiineihin. Nämä lipidilautat suorittavat tärkeitä tehtäviä immuunijärjestelmässä.

Rakenteessa

Ne edistävät tärkeiden membraaniproteiinien, kuten GM1-gangliosidin, konformaatiota ja oikeaa laskostumista ylläpitäen a-synukleiiniproteiinin, jonka poikkeava muoto liittyy Parkinsonin tautiin, kierteistä rakennetta. Ne on liitetty myös Huntingtonin, Tay-Sachsin ja Alzheimerin tauteihin.

Synteesi

Glykosfingolipidien biosynteesi on erittäin riippuvainen solunsisäisestä kuljetuksesta vesikkelin virtauksen kautta endoplasmisesta retikulumista (ER), Golgi-laitteen läpi ja päättyen plasmamembraaniin.

Biosynteettinen prosessi alkaa keramidirungon muodostumisella ER: n sytoplasmisessa pinnassa. Glykosfingolipidien muodostuminen tapahtuu myöhemmin Golgi-laitteessa.

Tästä prosessista vastaavat glykosidaasientsyymit (glukosyylitransferaasi ja galaktosyylitransferaasi) löytyvät Golgi-kompleksin sytosoliselta puolelta.

Siaalhappotähteiden lisäämistä kasvavaan oligosakkaridiketjuun katalysoivat muutamat glykosyylitransferaasit, jotka ovat sitoutuneet kalvoon, mutta rajoittuvat Golgi-kalvon luminaliin.

Eri todistuslinjat viittaavat siihen, että yksinkertaisimpien gangliosidien synteesi tapahtuu Golgin membraanijärjestelmän varhaisalueella, kun taas monimutkaisimmat tapahtuvat "myöhemmillä" alueilla.

Säätö

Synteesiä säädellään ensinnäkin glykosyylitransferaasien ekspressiolla, mutta myös epigeneettiset tapahtumat, kuten mukana olevien entsyymien ja muiden fosforylaatio, voivat olla mukana.

Sovellukset

Jotkut tutkijat ovat keskittäneet huomionsa tietyn gangliosidin, GM1: n hyödyllisyyteen. Kolerapotilailla V. koleran syntetisoidulla toksiinilla on alayksikkö, joka vastaa tämän gangliosidin spesifisestä tunnistamisesta, jota esiintyy suolen limakalvojen pinnalla.

Siten GM1: tä on käytetty tämän patologian markkereiden tunnistamiseen, koska se sisältyy koleran diagnoosissa käytettyjen liposomien synteesiin.

Muihin sovelluksiin sisältyy spesifisten gangliosidien synteesi ja niiden sitoutuminen stabiileihin kantajiin diagnostisia tarkoituksia varten tai sellaisten yhdisteiden puhdistamiseksi ja eristämiseksi, joille niillä on affiniteetti. On myös havaittu, että ne voivat toimia markkereina tietyntyyppisille syöpille.

Viitteet

1. Groux-Degroote, S., Guérardel, Y., Julien, S., ja Deannoy, P. (2015). Gangliosidit rintasyövässä: uudet näkökulmat. Biokemia (Moskova), 80 (7), 808-819.
2. Ho, JA, Wu, L., Huang, M., Lin, Y., Baeumner, AJ, Durst, RA, ja York, N. (2007). Gangliosidille herkistettyjen liposomien käyttö virtausinjektion immunoanalyyttisessä järjestelmässä koleratoksiinin määritykseen. Anaali. Chem., 79 (1), 10795-10799.
3. Kanfer, J., & Hakomori, S. (1983). Sfingolipidien biokemia. (D. Hanahan, toim.), Handid of Lipid Research 3 (1. painos). Plenum Press.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (5. painos). Freeman, WH & Company.
5. O'Brien, J. (1981). Gangliosidien varastointitaudit: päivitetty arvostelu. Ital. J. Neurol. Sei., 3, 219 - 226.
6. Sonnino, S. (2018). Gangliosidit. Julkaisuissa S. Sonnino ja A. Prinetti (toim.), Methods in Molecular Biology 1804. Humana Press.
7. Tayot, J.-L. (1983). 244,312. Yhdysvallat.
8. van Echten, G., ja Sandhoff, K. (1993). Ganglioside-aineenvaihdunta. The Journal of Biological Chemistry, 268 (8), 5341 - 5344.