GANGLIOSIDER: STRUKTUR, FUNKTIONER, SYNTESE OG APPLIKATIONER - BIOLOGI - 2025

De gangliosider er membran sphingolipider tilhører klassen af sure glycosphingolipider. De er blandt de mest rigelige glycolipider og er involveret i reguleringen af ​​mange membranegenskaber såvel som proteiner forbundet med dem. De er især rigelige i nervevæv.

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

Eksempel på strukturen af ​​et gangliosid (Kilde: Caitlin Sedwick, via Wikimedia Commons)

Udtrykket gangliosid blev myntet i 1939 af den tyske biokemiker Ernst Klenk, da han henviste til en blanding af forbindelser ekstraheret fra hjernen til en patient med Niemann-Pick sygdom. Imidlertid blev den første struktur af et gangliosid belyst i 1963.

De deler det hydrofobe ceramidskelet med de andre sfingolipider, der er sammensat af et sfingosinmolekyle, der er forbundet med en amidbinding til en fedtsyre med mellem 16 og 20 carbonatomer, med en trans dobbeltbinding mellem kulstofene i de 4 positioner og 5.

Struktur

Gangliosider er kendetegnet ved at præsentere oligosaccharidkæder i deres polære hovedgruppe, i hvis sammensætning der er sialinsyremolekyler, der er forbundet med ß-glucosidiske bindinger til det hydrofobe skelet af ceramidet.

De er ekstremt forskellige molekyler i betragtning af de flere mulige kombinationer mellem oligosaccharidkæderne, de forskellige typer sialinsyre og de apolære haler, der er knyttet til ceramidskelettet, både af sfingosin og af fedtsyrerne, der er forbundet med amidbindinger til nævnte skelet.

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

Karakteristika for den polære gruppe

Det polære hovedregion af disse sfingolipider giver dem en stærk hydrofil karakter. Denne polære gruppe er meget voluminøs sammenlignet med den for fosfolipider som f.eks. Phosphatidylcholin.

Årsagen til denne bulk har at gøre med størrelsen på oligosaccharidkæderne samt mængden af ​​vandmolekyler forbundet med disse kulhydrater.

Generel struktur for gangliosider (Kilde: Ryan_1991, via Wikimedia Commons)

Sialinsyrer er derivater af 5-amino-3,5-dideoxy-D-glycero-D-galacto-non-2-ulopyranosoinsyre eller neuraminsyre. Der er tre typer sialinsyrer, der er kendt i gangliosider: 5-N-acetyl, 5-N-acetyl-9-0-acetyl og 5-N-glycolylderivat, som er det mest almindelige hos raske mennesker.

Generelt er pattedyr (inklusive primater) i stand til at syntetisere 5-N-glycolyl-neuraminsyre, men mennesker skal få den fra fødevarekilder.

Klassificeringen af ​​disse lipider kan baseres både på antallet af sialinsyrerester (fra 1-5) såvel som på deres placering i glycosfingolipidmolekylet.

Den mest almindelige oligosaccharidsekvens er tetrasaccharidet Galp1-3GalNAcβ1-4Galp1-4Glcβ, men færre rester kan også findes.

Funktioner

De nøjagtige biologiske implikationer af gangliosider er ikke fuldt ud belyst, men det ser ud til at være involveret i celledifferentiering og morfogenese, i bindingen af ​​nogle vira og bakterier og i typespecifikke celleadhæsionsprocesser som ligander til proteiner. selectiner.

I nervesystemet

Glycosphingolipider med sialinsyre er af særlig relevans i nervesystemet, især i hjernens gråstofceller. Dette har at gøre med det faktum, at glycoconjugater generelt anerkendes som effektive informations- og opbevaringsbiler til celler.

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

Denne glycocalyx eller ekstracellulær matrix er essentiel til cellebevægelse og aktivering af signalveje involveret i vækst, proliferation og genekspression.

I celle signalering

Som med andre sfingolipider har biprodukterne af gangliosid-nedbrydning også vigtige funktioner, især i signalprocesser og i genanvendelse af elementer til dannelse af nye lipidmolekyler.

Inden for dobbeltlaget forekommer gangliosider stort set i sfingolipidrige lipidflåder, hvor der etableres "glykosignalerende domæner", som også formidler intercellulære interaktioner og transmembran signalering ved stabilisering og associering med integrerede proteiner. Disse lipidflåder udfører vigtige funktioner i immunsystemet.

I strukturen

De fremmer konformation og korrekt foldning af vigtige membranproteiner, såsom GM1 gangliosid, til opretholdelse af den helikale struktur af a-synuclein-proteinet, hvis afvigende form er forbundet med Parkinsons sygdom. De har også været forbundet med patologierne ved Huntington, Tay-Sachs og Alzheimers sygdom.

syntese

Glycosphingolipid-biosyntese er meget afhængig af intracellulær transport gennem vesikelstrøm fra det endoplasmatiske retikulum (ER), gennem Golgi-apparatet og slutter ved plasmamembranen.

Den biosyntetiske proces begynder med dannelsen af ​​ceramidskelettet på ER's cytoplasmatiske flade. Dannelsen af ​​glycosphingolipider forekommer senere i Golgi-apparatet.

De glycosidase-enzymer, der er ansvarlige for denne proces (glucosyltransferase og galactosyltransferase) findes på den cytosoliske side af Golgi-komplekset.

Tilsætningen af ​​sialinsyrerester til den voksende oligosaccharidkæde katalyseres af nogle få membranbundne, men begrænsede glycosyltransferaser til luminalsiden af ​​Golgi-membranen.

Forskellige bevislinjer antyder, at syntesen af ​​de enkleste gangliosider forekommer i den tidlige region af Golgi-membransystemet, mens den mest komplekse forekommer i de mere "sene" regioner.

Regulering

Syntese reguleres i første omgang ved ekspression af glycosyltransferaser, men epigenetiske begivenheder såsom fosforylering af de involverede enzymer og andre kan også være involveret.

Applikationer

Nogle forskere har fokuseret deres opmærksomhed på nytten af ​​en bestemt gangliosid, GM1. Toksinet syntetiseret af V. cholera hos kolera-patienter har en underenhed, der er ansvarlig for den specifikke genkendelse af dette gangliosid, der præsenteres på overfladen af ​​tarmens slimceller.

GM1 er således blevet anvendt til genkendelse af markører for denne patologi, da den er inkluderet i syntesen af ​​liposomer anvendt til diagnose af kolera.

Andre anvendelser inkluderer syntese af specifikke gangliosider og deres binding til stabile bærere til diagnostiske formål eller til oprensning og isolering af forbindelser, som de har en affinitet til. Det har også vist sig, at de kan fungere som markører for nogle typer 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, JA, Wu, L., Huang, M., Lin, Y., Baeumner, AJ, Durst, RA, & York, N. (2007). Anvendelse af gangliosid-sensibiliserede liposomer i et immunsystem til indsprøjtning med flowinjektion til bestemmelse af kolera-toksin. Anal. Chem., 79 (1), 10795-10799.
3. Kanfer, J., & Hakomori, S. (1983). Sphingolipid-biokemi. (D. Hanahan, red.), Håndbog for lipidforskning 3 (1. udg.). Plenum Press.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (5. udg.). Freeman, WH & Company.
5. O'Brien, J. (1981). Ganglioside lagringssygdomme: en opdateret gennemgang. 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. Forenede Stater.
8. van Echten, G., & Sandhoff, K. (1993). Ganglioside metabolisme. Journal of Biologisk Kemi, 268 (8), 5341-5344.