Gangliosides struktur, funktioner, syntese og applikationer

den gangliosid de er membranspirolipider, der tilhører klassen af ​​sure glycosphingolipider. De er de mest rigelige glycolipider og er involveret i reguleringen af ​​mange membranegenskaber såvel som proteiner forbundet med disse. De er især rigelige i de nervøse væv.

De er karakteriseret ved tilstedeværelsen af ​​sukkerrester med carboxylgrupper (sialinsyrer) og sammen med sulfatider, der indeholder en sulfatgruppe O--bundet i en glucose eller galactose rest. De repræsenterer en af ​​de to familier af sure glycosphingolipider i eukaryoter.

Betegnelsen gangliosid blev dannet i 1939 af den tyske biokemist Ernst Klenk, da den refererede til en blanding af forbindelser ekstraheret fra hjernen hos en patient med Niemann-Pick-sygdom. Den første struktur af en gangliosid blev imidlertid belyst i 1963.

Del med andre sphingolipid ceramid backbone hydrofob, som er sammensat af et molekyle af sphingosin bundet af en amidbinding til en fedtsyre med 16 til 20 carbonatomer med en dobbeltbinding i trans mellem carbonerne i positionerne 4 og 5.

indeks

• 1 struktur
  • 1.1 Karakteristik af den polære gruppe
• 2 funktioner
  • 2.1 i nervesystemet
  • 2.2 Ved cellesignalering
  • 2.3 I strukturen
• 3 Sammenfatning
  • 3.1 Forordning
• 4 applikationer
• 5 referencer

struktur

Gangliosiderne er karakteriseret ved tilstedeværelsen i deres polære hovedgruppe af oligosaccharidkæder, i hvis sammensætning der er molekyler af sialinsyre forbundet med β-glycosidbindinger til det hydrofobe skelet af ceramid.

De er ekstremt forskellige molekyler i betragtning af de mange mulige kombinationer af de oligosaccharidkæder, forskellige typer af sialinsyre og apolære haler bundet til ceramidet rygrad, som begge sphingosin og fedtsyrer bundet ved amidbindinger nævnte skelet.

I nervevæv er de mest almindelige fedtsyrekæder blandt gangliosider repræsenteret af palmitinsyre og stearinsyre.

Karakteristik af den polære gruppe

Polarhovedområdet af disse sphingolipider giver dem en stærk hydrofil karakter. Denne polære gruppe er meget omfangsrig sammenlignet med phospholipider, såsom f.eks. Phosphatidylcholin.

Årsagen til dette voluminøsitet er på størrelse af oligosaccharidkæderne, og mængden af ​​vandmolekyler forbundet med disse kulhydrater.

Sialinsyrer er derivater af 5-amino-3,5-dideoxy-D-syre-glycero-D-galacto-ikke-2-ulopyranosoisk eller neuraminsyre. Der er tre typer sialic acids kendt i gangliosider:-N-acetyl, 5-N-acetyl-9-O-acetyl og 5-N-glycolyl-derivat, som er den mest almindelige hos raske mennesker.

Generelt kan pattedyr (herunder primater) syntetisere syre-N-glycolyl-neuraminic, men mennesker skal opnå det fra fødekilder.

Klassificeringen af ​​disse lipider kan baseres på både antallet af sialinsyrerester (fra 1-5) såvel som positionen af ​​det samme i glycosphingolipidmolekylet.

Den mest almindelige oligosaccharidsekvens er tetrasaccharid Galβ1-3GalNAcβ1-4GalP1-4Glcβ, men færre rester kan også findes.

funktioner

De nøjagtige biologiske konsekvenser af gangliosiderne ikke er blevet fuldstændigt klarlagt, synes imidlertid at være involveret i celledifferentiering og morfogenese i bindingen af ​​visse vira og bakterier og celleadhæsionsprocesser-typespecifikke som ligander for proteiner selectiner.

I nervesystemet

Glycosphingolipider med sialinsyre er af særlig relevans i nervesystemet, især i hjernens grå stofceller. Dette har at gøre med det faktum, at glykoconjugater generelt betragtes som effektive køretøjer til information og opbevaring af celler.

De er overvejende placeret i det ydre monolag af plasmamembranen, så de har en vigtig deltagelse i glycocalyx sammen med glycoproteiner og proteoglycaner.

Denne glycocalyx eller ekstracellulære matrix er essentiel for cellebevægelse og aktiveringen af ​​signalveje involveret i vækst, proliferation og genekspression.

Ved cellesignalering

Ligesom hvad der sker med andre sphingolipider, biprodukter fra nedbrydningen af ​​gangliosider også have vigtige funktioner, især i signalering og genanvendelse af elementer til dannelse af nye lipidmolekyler.

Inden for de dobbeltlagede gangliosider forekommer i vid udstrækning i de rige lipidklumper i sphingolipider, hvor "signaleringsdomæner glyco", der også medierer intercellulære interaktioner og transmembransignallering stabilisering og association med integrale proteiner er etableret. Disse lipidflåder tjener vigtige funktioner i immunsystemet.

I strukturen

Formgivning og fremme korrekt foldning af vigtige membranproteiner, såsom GM1 gangliosid i at opretholde den spiralformede struktur af α-synuclein protein, hvis afvigende form, er forbundet med Parkinsons sygdom. De har også været forbundet med patologierne af Huntingtons sygdom, Tay-Sachs og Alzheimers.

syntese

Glycosphingolipid biosyntese afhænger i høj grad intracellulær transport gennem flow vesikler fra det endoplasmatiske reticulum (ER) gennem Golgi apparatet og slutter ved plasmamembranen.

Den biosyntetiske proces begynder med dannelsen af ​​ceramidskeletet på den cytoplasmatiske side af ER. Dannelsen af ​​glycosphingolipider finder sted senere i Golgi-apparatet.

Glycosidaseenzymer ansvarlig for denne fremgangsmåde (glucosyl og galactosyl) fundet i den cytosoliske side af Golgi-komplekset.

Tilsætningen af ​​sialinsyrerester til den voksende oligosaccharidkæde katalyseres af et par glycosyltransferaser bundet til membranen, men som er begrænset til den luminale side af Golgi-membranen.

Forskellige bevistyper tyder på, at syntesen af ​​de enkleste gangliosider forekommer i den tidlige region af Golgi membran systemet, mens de mere komplekse forekommer i de mere "sene" regioner..

regulering

Syntesen er primært reguleret af ekspression af glycosyltransferaser, men også epigenetiske begivenheder kan være involveret som phosphorylering af andre enzymer involveret og.

applikationer

Nogle forskere har fokuseret deres opmærksomhed på nytten af ​​et bestemt gangliosid, GM1. Toksinet syntetiseret af V. cholera i de choleriske patienter har den en underenhed ansvarlig for den specifikke anerkendelse af denne gangliosid, som præsenteres på overfladen af ​​tarmens slimhindeceller.

GM1 er således blevet anvendt til genkendelse af markører af denne patologi til at blive inkluderet i syntesen af ​​liposomer anvendt til diagnose af kolera.

Andre anvendelser indbefatter syntesen af ​​specifikke gangliosider og dens binding til stabile understøtninger til diagnostiske formål eller til oprensning og isolering af forbindelser til disse har affinitet. Det er også blevet fastslået, at de kan tjene som markører for visse former for kræft.

referencer

1. Groux-Degroote, S., Guérardel, Y., Julien, S., & Deannoy, P. (2015). Gangliosider i brystkræft: Nye perspektiver. 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). Anvendelsen af ​​gangliosid-sensibiliserede Liposomer i en Flow Injection Immunoanalytical System til bestemmelse af choleratoksin. Anal. chem., 79(1), 10795-10799.
3. Kanfer, J., & Hakomori, S. (1983). Sphingolipid Biochemistry. (D. Hanahan, Ed.), Håndbog om lipidforskning 3 (1. udgave). Plenum Tryk.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (5. udgave). Freeman, W. H. & Company.
5. O'Brien, J. (1981). Gangliosid lagringssygdomme: en opdateret anmeldelse. Ital. J. Neurol. sci., 3, 219-226.
6. Sonnino, S. (2018). Gangliosider. I S. Sonnino & A. Prinetti (red.), Metoder i molekylærbiologi 1804. Humana Press.
7. Tayot, J.-L. (1983). 244,312. USA.
8. van Echten, G., & Sandhoff, K. (1993). Gangliosid Metabolisme. Journal of Biological Chemistry, 268(8), 5341-5344.