Gangliosides struktur, funktioner, syntes och tillämpningar



den gangliosid de är membransphingolipider som tillhör klassen sura glykosfosfolipider. De är de mest rikliga glykolipiderna och är involverade i reglering av många membranegenskaper, liksom proteiner associerade med dessa. De är särskilt rikliga i nervvävnaderna.

De kännetecknas av närvaron av sockerrester med karboxylgrupper (sialinsyror) och tillsammans med sulfatider som innehåller en sulfatgrupp O--bunden i en glukos- eller galaktosrest. De representerar en av de två familjerna av sura glykosfosfolipider i eukaryoter.

Termen gangliosid bildades 1939 av den tyska biokemisten Ernst Klenk, när den hänvisade till en blandning av föreningar extraherade från hjärnan hos en patient med Niemann-Pick-sjukdomen. Emellertid belyses den första strukturen av en gangliosid 1963.

Dela med andra sfingolipid ceramid ryggrad hydrofob, vilken är sammansatt av en molekyl av sfingosin bundet av en amidbindning till en fettsyra med 16 till 20 kolatomer med en dubbelbindning i träns mellan kolatomerna i positionerna 4 och 5.

index

  • 1 struktur
    • 1.1 Egenskaper hos den polära gruppen
  • 2 funktioner
    • 2.1 I nervsystemet
    • 2.2 Vid cellsignalering
    • 2.3 I strukturen
  • 3 sammanfattning
    • 3.1 Förordning
  • 4 applikationer
  • 5 referenser

struktur

Gangliosiderna kännetecknas av närvaron i deras polarhuvudgrupp av oligosackaridkedjor i vars sammansättning det finns molekyler av sialinsyra länkad av p-glykosidbindningar till det hydrofoba skelettet av ceramid.

De är extremt olika molekyler med hänsyn till de många möjliga kombinationer av de oligosackaridkedjor, olika typer av sialinsyra och de apolära svansar kopplade till ceramiden ryggraden, som båda sfingosin och fettsyror kopplade genom amidbindningar nämnda skelett.

I nervvävnad representeras de vanligaste fettsyrakedjorna bland gangliosider av palmitinsyra och stearinsyra.

Egenskaper hos den polära gruppen

Polarnas huvudområde för dessa sfingolipider ger dem en stark hydrofil karaktär. Denna polära grupp är mycket skrymmande jämfört med den för fosfolipider, såsom exempelvis fosfatidylkolin.

Anledningen till denna volymlighet har att göra med storleken av oligosackaridkedjorna, liksom med mängden vattenmolekyler associerade med dessa kolhydrater.

Sialinsyror är derivat av 5-amino-3,5-dideoxi-D-syra-glycero-D-galakto-icke-2-ulopyranosoisk eller neuraminsyra. Det finns tre typer av sialinsyror som är kända i gangliosider:-N-acetyl, 5-N-acetyl-9-O-acetyl och 5-N-glykolylderivat, vilket är det vanligaste hos friska människor.

I allmänhet kan däggdjur (inklusive primater) syntetisera syra-N-glykolyl-neuramin, men människor måste få det från livsmedelskällor.

Klassificeringen av dessa lipider kan baseras på såväl antalet sialinsyrarester (från 1-5), såväl som positionen av densamma i glycosphingolipidmolekylen.

Den vanligaste oligosackaridsekvensen är tetrasackariden Galβ1-3GalNAcβ1-4GalP1-4Glcβ, men färre rester kan också hittas.

funktioner

De exakta biologiska konsekvenserna av gangliosiderna har inte helt känd, men tycks vara involverade i celldifferentiering och morfogenes i bindningen av vissa virus och bakterier och cellvidhäftningsprocesser typ-specifika som ligander för proteiner selektiner.

I nervsystemet

Glycosphingolipider med sialinsyra är av särskild relevans i nervsystemet, särskilt i hjärnans gråämnesceller. Detta har att göra med det faktum att glykokonjugat i allmänhet är kända som effektiva fordon för information och lagring för celler.

De ligger övervägande i det yttre monolagret i plasmamembranet, så de har ett viktigt deltagande i glykocalyx tillsammans med glykoproteiner och proteoglykaner.

Denna glykokyxx eller extracellulära matris är väsentlig för cellrörelse och aktiveringen av signalvägar involverade i tillväxt, proliferation och genuttryck.

Vid cellsignalering

Liksom vad som händer med andra sphingolipider, har biprodukterna av gangliosidnedbrytning också viktiga funktioner, särskilt vid signalprocesser och vid återvinning av element för bildning av nya lipidmolekyler.

Inom dubbelskikts gangliosider förekommer i stor utsträckning i de rika lipidaggregat i sfingolipider, där "signaleringsdomäner glyko" som även medierar intercellulära interaktioner och transmembransignalerande stabilisering och association med integrala proteiner är etablerade. Dessa lipidflottor tjänar viktiga funktioner i immunsystemet.

I strukturen

Formning och främja korrekt veckning av viktiga membranproteiner, såsom GM1 gangliosid i att upprätthålla den spiralformade strukturen hos α-synuklein-proteinet, vars avvikande formen är associerad med Parkinsons sjukdom. De har också associerats med patologierna av Huntingtons sjukdom, Tay-Sachs och Alzheimers.

syntes

Glykosfingolipid biosyntes beror till stor del på intracellulär transport genom flödes vesiklar från det endoplasmatiska retiklet (ER) genom Golgiapparaten och slutar vid plasmamembranet.

Den biosyntetiska processen börjar med bildningen av ceramidskelettet på den cytoplasmatiska sidan av ER. Bildningen av glycosphingolipider sker senare i Golgi-apparaten.

Glykosidasenzymerna som är ansvariga för denna process (glukosyltransferas och galaktosyltransferas) finns på den cytosoliska sidan av Golgi-komplexet..

Tillsatsen av sialinsyrarester till den växande oligosackaridkedjan katalyseras av några få glykosyltransferaser bundna till membranet, men vilka är begränsade till den luminala sidan av Golgi-membranet.

Olika bevistyper tyder på att syntesen av de enklaste gangliosiderna uppträder i den tidiga regionen i Golgi membransystemet, medan de mer komplexa förekommer i de mer "sena" regionerna..

reglering

Syntes regleras i första hand genom uttryck av glykosyltransferaser, men epigenetiska händelser kan också vara involverade, såsom fosforylering av de involverade enzymerna och andra..

tillämpningar

Vissa forskare har fokuserat sin uppmärksamhet på användningen av en viss gangliosid, GM1. Toxinet syntetiserat av V. cholera hos de choleriska patienterna har den en subenhet som är ansvarig för det specifika erkännandet av denna gangliosid, som presenteras på ytan av tarmarnas slemhinnor.

Således har GM1 använts för igenkänning av markörer av denna patologi för att inkluderas i syntesen av liposomer som används för diagnos av kolera.

Andra tillämpningar innefattar syntesen av specifika gangliosider och deras bindning till stabila bärare för diagnostiska ändamål eller för rening och isolering av föreningar för vilka de har affinitet. Det har också bestämts att de kan fungera som markörer för vissa typer av cancer.

referenser

  1. Groux-Degroote, S., Guérardel, Y., Julien, S., & Deannoy, P. (2015). Gangliosider i bröstcancer: Nya perspektiv. Biokemi (Moskva), 80(7), 808-819.
  2. Ho, J. A., Wu, L., Huang, M., Lin, Y., Baeumner, A.J., Durst, R. A., & York, N. (2007). Tillämpning av gangliosid-sensibiliserade liposomer i ett immunoanalytiskt flödesinjektionssystem för bestämning av koleratoxin. Anal. chem., 79(1), 10795-10799.
  3. Kanfer, J., & Hakomori, S. (1983). Sphingolipid Biochemistry. (D. Hanahan, Ed.), Handbok för lipidforskning 3 (1: e upplagan). Plenum Press.
  4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (5: e upplagan). Freeman, W.H. & Company.
  5. O'Brien, J. (1981). Gangliosidförvaringssjukdomar: en uppdaterad granskning. Ital. J. Neurol. sci., 3, 219-226.
  6. Sonnino, S. (2018). Gangliosider. I S. Sonnino & A. Prinetti (red.), Metoder i molekylärbiologi 1804. Humana Press.
  7. Tayot, J.-L. (1983). 244,312. Förenta staterna.
  8. van Echten, G., & Sandhoff, K. (1993). Gangliosidmetabolism. Journal of Biological Chemistry, 268(8), 5341-5344.