GANGLIOSIDER: STRUKTUR, FUNKTIONER, SYNTES OCH APPLIKATIONER - BIOLOGI - 2025

De gangliosider är membran sfingolipider som tillhör klassen av sura glykosfingolipider. De är bland de vanligaste glykolipiderna och är involverade i regleringen av många membranegenskaper, liksom proteiner associerade med dem. De är särskilt rikligt i nervvävnader.

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

Exempel på strukturen för en gangliosid (Källa: Caitlin Sedwick, via Wikimedia Commons)

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

De delar det hydrofoba ceramidskelettet med de andra sfingolipiderna, som består av en sfingosinmolekyl kopplad med en amidbindning till en fettsyra med mellan 16 och 20 kolatomer, med en trans dubbelbindning mellan kolerna i de 4 positionerna och 5.

Strukturera

Gangliosider kännetecknas av att de har oligosackaridkedjor i sin polära huvudgrupp, i vars sammansättning det finns sialinsyramolekyler som är bundna av p-glukosidiska bindningar till det hydrofoba skelettet hos ceramid.

De är extremt olika molekyler med tanke på de många möjliga kombinationerna mellan oligosackaridkedjorna, de olika typerna av sialinsyra och de apolära svansarna som är fästa vid ceramidskelettet, både av sfingosin och av fettsyrorna som är bundna med amidbindningar till nämnda skelett.

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

Egenskaper hos polargruppen

Det polära huvudområdet för dessa sfingolipider ger dem en stark hydrofil karaktär. Denna polära grupp är mycket skrymmande jämfört med fosfolipider som till exempel fosfatidylkolin.

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

Allmän struktur för gangliosider (Källa: Ryan_1991, via Wikimedia Commons)

Sialinsyror är derivat av 5-amino-3,5-dideoxi-D-glycero-D-galakto-icke-2-ulopyranosoesyra eller neuraminsyra. Det finns tre kända typer av sialinsyror i gangliosider: 5-N-acetyl, 5-N-acetyl-9-0-acetyl och 5-N-glycolylderivat, vilket är det vanligaste hos friska människor.

Generellt sett är däggdjur (inklusive primater) kapabla att syntetisera 5-N-glykolyl-neuraminsyra, men människor måste erhålla den från matkällor.

Klassificeringen av dessa lipider kan baseras på både antalet sialinsyrarester (från 1-5), såväl som deras position i glykosfingolipidmolekylen.

Den vanligaste oligosackaridsekvensen är Galp1-3GalNAcβ1-4Galp1-4Glcβ tetrasaccharid, men färre rester kan också hittas.

Funktioner

De exakta biologiska implikationerna av gangliosider har inte klargjorts helt, men de verkar vara involverade i celldifferentiering och morfogenes, i bindningen av vissa virus och bakterier och i typspecifika cellvidhäftningsprocesser som ligander för proteiner. selektiner.

I nervsystemet

Glykosfingolipider med sialinsyra är speciellt relevanta i nervsystemet, särskilt i hjärnans gråämneceller. Detta har att göra med det faktum att glykokonjugater i allmänhet erkänns som effektiva informations- och lagringsfordon för celler.

De är huvudsakligen belägna i det yttre monoskiktet i plasmamembranet, därför har de ett viktigt deltagande i glykokalyxen, tillsammans med glykoproteiner och proteoglykaner.

Denna glykokalyx eller extracellulär matris är nödvändig för cellrörelse och aktivering av signalvägar involverade i tillväxt, proliferation och genuttryck.

I cellsignalering

Liksom med andra sfingolipider har biprodukterna från gangliosidnedbrytning också viktiga funktioner, särskilt i signalprocesser och vid återvinning av element för bildning av nya lipidmolekyler.

Inom tvåskiktet förekommer gangliosider till stor del i sfingolipidrika lipidflåtar, där "glykosignalerande domäner" upprättas som också förmedlar intercellulära interaktioner och transmembran signalering genom stabilisering och associering med integrerade proteiner. Dessa lipidflåtar utför viktiga funktioner i immunsystemet.

I strukturen

De främjar konformationen och korrekt vikning av viktiga membranproteiner, såsom GM1 gangliosid, för att bibehålla den spiralformade strukturen för a-synucleinproteinet, vars avvikande form är förknippad med Parkinsons sjukdom. De har också förknippats med patologierna av Huntington, Tay-Sachs och Alzheimers sjukdom.

Syntes

Glykosfingolipidbiosyntes är mycket beroende av intracellulär transport genom vesikelflöde från endoplasmatisk retikulum (ER), genom Golgi-apparaten och slutar vid plasmamembranet.

Den biosyntetiska processen börjar med bildandet av ceramidskelettet på den cytoplasmiska ytan på ER. Bildningen av glykosfingolipider sker senare i Golgi-apparaten.

Glykosidas-enzymerna 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 glykosyltransferaser som är membranbundna, men är begränsade till luminal-sidan av Golgi-membranet.

Olika bevislinjer tyder på att syntesen av de enklaste gangliosiderna sker i den tidiga regionen i Golgi-membransystemet, medan den mest komplexa förekommer i de mer ”sena” regionerna.

förordning

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

tillämpningar

Vissa forskare har fokuserat sin uppmärksamhet på nyttan av en viss gangliosid, GM1. Toxinet som syntetiserats av V. cholera hos kolerapatienter har en underenhet som ansvarar för den specifika igenkänningen av denna gangliosid, som presenteras på ytan av tarmens slemceller.

Således har GM1 använts för igenkänning av markörer för denna patologi eftersom den ingår i syntesen av liposomer som används för diagnosen kolera.

Andra tillämpningar inkluderar syntes av specifika gangliosider och deras bindning till stabila bärare för diagnostiska ändamål eller för rening och isolering av föreningar för vilka de har en affinitet. Det har också visat sig 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. Biochemistry (Moskva), 80 (7), 808-819.
2. Ho, JA, Wu, L., Huang, M., Lin, Y., Baeumner, AJ, Durst, RA, & York, N. (2007). Applicering av gangliosid-sensibiliserade liposomer i ett flödesinjektionsimmunoanalytiskt system för bestämning av koleratoxin. Anal. Chem., 79 (1), 10795-10799.
3. Kanfer, J., & Hakomori, S. (1983). Sphingolipid Biochemistry. (D. Hanahan, Ed.), Handbook of Lipid Research 3 (1: a upplagan). Plenum Press.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (5: e upplagan). Freeman, WH & Company.
5. O'Brien, J. (1981). Gangliosidlagringssjukdomar: en uppdaterad granskning. Ital. J. Neurol. Sci., 3, 219–226.
6. Sonnino, S. (2018). Gangliosider. I S. Sonnino & A. Prinetti (Eds.), Methods in Molecular Biology 1804. Humana Press.
7. Tayot, J.-L. (1983). 244,312. Förenta staterna.
8. van Echten, G., & Sandhoff, K. (1993). Gangliosidmetabolism. Journal of Biologisk kemi, 268 (8), 5341-5344.