ГАНГЛИОЗИДИ: СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ, СИНТЕЗ И ПРИЛОЖЕНИЯ - БИОЛОГИЯ - 2025

На ганглиозидите са мембранни сфинголипиди, принадлежащи към класа на киселинни гликосфинголипиди. Те са сред най-разпространените гликолипиди и участват в регулирането на много мембранни свойства, както и на протеини, свързани с тях. Те са особено изобилни в нервните тъкани.

Те се характеризират с наличието на захарни остатъци с карбоксилни групи (сиалови киселини) и заедно със сулфатиди, които съдържат О-сулфатна група, свързана с глюкозен или галактозен остатък. Те представляват едно от двете семейства на кисели гликосфинголипиди в еукариотите.

Пример за структурата на ганглиозид (Източник: Caitlin Sedwick, чрез Wikimedia Commons)

Терминът ганглиозид е въведен през 1939 г. от немския биохимик Ернст Кленк, когато той се отнася до смес от съединения, извлечени от мозъка на пациент с болест на Ниман-Пик. Първата структура на ганглиозид обаче е изяснена през 1963г.

Те споделят хидрофобния керамиден скелет с останалите сфинголипиди, който е съставен от молекула на сфингозин, свързана чрез амидна връзка с мастна киселина между 16 и 20 въглеродни атома, с транс двойна връзка между въглеродните атоми в четирите позиции и 5.

структура

Ганглиозидите се характеризират с представяне на олигозахаридни вериги в тяхната група полярни глави, в чийто състав има молекули на сиаловата киселина, свързани чрез β-глюкозидни връзки с хидрофобния скелет на церамида.

Те са изключително разнообразни молекули с оглед на множеството възможни комбинации между олигозахаридните вериги, различните видове сиалова киселина и аполарните опашки, прикрепени към скелета на серамида, както на сфингозин, така и на мастните киселини, свързани чрез амидни връзки със споменатия скелет.

В нервната тъкан най-често срещаните вериги на мастни киселини сред ганглиозидите са представени от палмитинова и стеаринова киселина.

Характеристики на полярната група

Полярната област на главата на тези сфинголипиди им осигурява силен хидрофилен характер. Тази полярна група е много обемна в сравнение с тази на фосфолипиди като фосфатидилхолин, например.

Причината за тази обем е свързана с размера на олигозахаридните вериги, както и с количеството водни молекули, свързани с тези въглехидрати.

Обща структура на ганглиозидите (Източник: Ryan_1991, чрез Wikimedia Commons)

Сиаловите киселини са производни на 5-амино-3,5-дидеокси-D-глицеро-D-галакто-не-2-улопиранозоена киселина или невраминова киселина. В ганглиозидите има три известни вида сиалови киселини: 5-N -ацетил, 5-N -ацетил-9-О-ацетил и 5-N-гликолил производно, което е най-често срещано при здрави хора.

По принцип бозайниците (включително приматите) са способни да синтезират 5-N-гликолил-невраминова киселина, но хората трябва да я набавят от хранителни източници.

Класификацията на тези липиди може да се основава както на броя на остатъците от сиаловата киселина (от 1-5), така и на тяхната позиция в гликосфинголипидната молекула.

Най-често срещаната олигозахаридна последователност е тетразахарид Galβ1-3GalNAcβ1-4Galβ1-4Glcβ, но могат да бъдат намерени и по-малко остатъци.

Характеристика

Точните биологични последици от ганглиозидите не са изяснени напълно, но изглежда, че те участват в клетъчната диференциация и морфогенезата, в свързването на някои вируси и бактерии и в специфичните за типа процеси на адхезия на клетките като лиганди за протеини. селектини.

В нервната система

Гликосфинголипидите със сиалова киселина имат особено значение в нервната система, особено в клетките на сивото вещество на мозъка. Това е свързано с факта, че като цяло гликоконюгатите са разпознати като ефективни носители на информация и съхранение на клетки.

Те са разположени предимно във външния монослой на плазмената мембрана, така че имат важно участие в гликокаликса, заедно с гликопротеините и протеогликаните.

Този гликокаликс или извънклетъчна матрица е от съществено значение за движението на клетките и за активиране на сигналните пътища, участващи в растежа, пролиферацията и генната експресия.

При клетъчна сигнализация

Както при други сфинголипиди, страничните продукти на разграждането на ганглиозида също имат важни функции, особено в сигналните процеси и при рециклирането на елементи за образуването на нови липидни молекули.

В рамките на двуслойния, ганглиозидите се срещат до голяма степен в богатите на сфинголипиди липидни салове, където се установяват "глико-сигнални домейни", които също посредничат междуклетъчните взаимодействия и трансмембранната сигнализация чрез стабилизиране и свързване с интегрални протеини. Тези липидни салове изпълняват важни функции в имунната система.

В структурата

Те насърчават конформацията и правилното сгъване на важни мембранни протеини, като GM1 ганглиозид, за поддържане на спиралната структура на протеина на α-синуклеин, чиято аберрантна форма е свързана с болестта на Паркинсон. Те са били свързани и с патологиите на Хънтингтън, Тей-Сакс и болестта на Алцхаймер.

синтез

Гликосфинголипидната биосинтеза е силно зависима от вътреклетъчния транспорт чрез везикуларен поток от ендоплазмения ретикулум (ER), през апарата на Голджи и завършващ на плазмената мембрана.

Биосинтетичният процес започва с образуването на скелета на серамида върху цитоплазменото лице на ER. Образуването на гликосфинголипиди става по-късно в апарата на Голджи.

Гликозидазните ензими, отговорни за този процес (глюкозилтрансфераза и галактозилтрансфераза) се намират от цитозолната страна на комплекса Голджи.

Добавянето на остатъци от сиалова киселина към нарастващата олигозахаридна верига се катализира от няколко гликозилтрансферази, които са свързани с мембрана, но са ограничени до луминалната страна на мембраната на Голджи.

Различните доказателства предполагат, че синтезът на най-простите ганглиозиди се случва в ранната област на мембранната система на Голджи, докато най-сложните се срещат в по-„късните“ региони.

регулиране

Синтезът се регулира на първо място чрез експресията на гликозилтрансферази, но епигенетичните събития като фосфорилиране на участващите ензими и други също могат да участват.

Приложения

Някои изследователи са съсредоточили вниманието си върху полезността на определен ганглиозид, GM1. Токсинът, синтезиран от V. cholera при пациенти с холера, има субединица, отговорна за специфичното разпознаване на този ганглиозид, който се представя на повърхността на лигавичните клетки на червата.

По този начин GM1 е използван за разпознаване на маркери на тази патология, тъй като е включен в синтеза на липозоми, използвани за диагностициране на холера.

Други приложения включват синтеза на специфични ганглиозиди и тяхното свързване към стабилни носители за диагностични цели или за пречистване и изолиране на съединения, към които те имат афинитет. Установено е също, че те могат да служат като маркери за някои видове рак.

Препратки

1. Groux-Degroote, S., Guérardel, Y., Julien, S., & Deannoy, P. (2015). Ганглиозиди при рак на гърдата: нови перспективи. Биохимия (Москва), 80 (7), 808-819.
2. Ho, JA, Wu, L., Huang, M., Lin, Y., Baeumner, AJ, Durst, RA, & York, N. (2007). Приложение на чувствителни към ганглиозид липозоми в имуноаналитична система за инжектиране на поток за определяне на холерен токсин. Anal. Chem., 79 (1), 10795-10799.
3. Kanfer, J., & Hakomori, S. (1983). Сфинголипидна биохимия. (D. Hanahan, Ed.), Наръчник за изследване на липидите 3 (1-во издание). Пленум Прес.
4. Лодиш, Х., Берк, А., Кайзер, Калифорния, Кригър, М., Бретшер, А., Плое, Х., Мартин, К. (2003). Молекулярна клетъчна биология (5-то изд.). Freeman, WH & Company.
5. O'Brien, J. (1981). Болести за съхранение на ганглиозид: актуализиран преглед. Итал. J. Neurol. Sci., 3, 219–226.
6. Sonnino, S. (2018). Ганглиозиди. В S. Sonnino & A. Prinetti (ред.), Методи в молекулярната биология 1804. Humana Press.
7. Tayot, J.-L. (1983). 244,312. Съединени щати.
8. van Echten, G., & Sandhoff, K. (1993). Ганглиозиден метаболизъм. The Journal of Biological Chemistry, 268 (8), 5341-5344.