GANGLIOZIDE: STRUCTURĂ, FUNCȚII, SINTEZĂ ȘI APLICAȚII - BIOLOGIE - 2025

Cele gangliozide sunt sfingolipidelor membrane care aparțin clasei de glicosfingolipide acide. Sunt printre cele mai abundente glicolipide și sunt implicate în reglarea multor proprietăți ale membranei, precum și ale proteinelor asociate acestora. Sunt deosebit de abundente în țesuturile nervoase.

Se caracterizează prin prezența reziduurilor de zahăr cu grupări carboxilice (acizi sialici) și, împreună cu sulfatide, care conțin o grupare O-sulfat legată de un rest de glucoză sau galactoză. Ele reprezintă una dintre cele două familii de glicosfingolipide acide din eucariote.

Exemplu de structură a unei ganglioside (Sursa: Caitlin Sedwick, prin Wikimedia Commons)

Termenul de gangliozidă a fost inventat în 1939 de biochimistul german Ernst Klenk, când s-a referit la un amestec de compuși extras din creierul unui pacient cu boala Niemann-Pick. Cu toate acestea, prima structură a unei gangliozide a fost elucidată în 1963.

Ei împărtășesc scheletul de ceramidă hidrofobă cu celelalte sfingolipide, care este compus dintr-o moleculă de sfingosină legată de o legătură amidă de un acid gras cuprins între 16 și 20 de atomi de carbon, cu o legătură dublă trans între carbuni în cele 4 poziții și 5.

Structura

Gangliozidele se caracterizează prin faptul că au lanțuri de oligozaharide în grupul lor polar de cap, în a cărui compoziție există molecule de acid sialic legate de legături β-glucozidice la scheletul hidrofob al ceramidei.

Ele sunt molecule extrem de diverse, având în vedere multiplele combinații posibile între lanțurile oligozaharidelor, diferitele tipuri de acid sialic și cozile apolare atașate la scheletul ceramide, atât de sfingosină cât și de acizii grași legați de legături amidice cu scheletul menționat.

În țesutul nervos cele mai frecvente lanțuri de acizi grași dintre gangliozide sunt reprezentate de acidul palmitic și stearic.

Caracteristicile grupului polar

Regiunea capului polar al acestor sfingolipide le oferă un puternic caracter hidrofil. Această grupare polară este foarte voluminoasă în comparație cu cea a fosfolipidelor precum fosfatidilcolina, de exemplu.

Motivul acestui volum are legătură cu dimensiunea lanțurilor de oligozaharide, precum și cu cantitatea de molecule de apă asociate cu acești carbohidrați.

Structura generală a gangliosidelor (Sursa: Ryan_1991, prin Wikimedia Commons)

Acizii sialici sunt derivați ai acidului 5-amino-3,5-dideoxi-D-glicero-D-galacto-non-2-ulopiranosoic sau al acidului neuraminic. Există trei tipuri de acizi sialici cunoscuți în gangliozide: 5-N-acetil, 5-N-acetil-9-O-acetil și derivat 5-N-glicolil, care este cel mai frecvent la omul sănătos.

În general, mamiferele (inclusiv primatele) sunt capabile să sintetizeze acidul 5-N-glicolil-neuraminic, dar oamenii trebuie să-l obțină din surse alimentare.

Clasificarea acestor lipide se poate baza atât pe numărul de reziduuri de acid sialic (de la 1-5), cât și pe poziția lor în molecula glicosfingolipidă.

Cea mai frecventă secvență de oligozaharide este tetrasacharida Galβ1-3GalNAcβ1-4Galβ1-4Glcβ, dar mai puține reziduuri pot fi găsite.

Caracteristici

Implicațiile biologice exacte ale gangliosidelor nu au fost pe deplin elucidate, însă par să fie implicate în diferențierea și morfogeneza celulelor, în legarea unor virusuri și bacterii și în procese de adeziune celulară specifice ca liganzi pentru proteine. selectins.

În sistemul nervos

Glicosfingolipidele cu acid sialic au o relevanță specială în sistemul nervos, în special în celulele de materie cenușie ale creierului. Aceasta are legătură cu faptul că, în general, glicoconjugatele sunt recunoscute ca informații eficiente și vehicule de stocare pentru celule.

Sunt localizate cu precădere în monostratul exterior al membranei plasmatice, de aceea au o participare importantă la glicocalix, împreună cu glicoproteine ​​și proteoglicani.

Acest glicocalix sau matricea extracelulară este esențială pentru mișcarea celulară și activarea căilor de semnalizare implicate în creștere, proliferare și expresie genică.

În semnalizarea celulelor

Ca și în cazul altor sfingolipide, produsele secundare ale degradării gangliozidelor au și funcții importante, mai ales în procesele de semnalizare și în reciclarea elementelor pentru formarea de noi molecule lipidice.

În interiorul stratului bilayer, gangliosidele apar în mare parte în plutele lipidice bogate în sfingolipide, unde sunt stabilite „domenii de semnalizare glicco” care, de asemenea, mediază interacțiunile intercelulare și semnalizarea transmembranelor prin stabilizare și asociere cu proteine ​​integrale. Aceste plute lipidice îndeplinesc funcții importante în sistemul imunitar.

În structură

Acestea promovează conformarea și plierea corectă a proteinelor importante ale membranei, cum ar fi gangliosida GM1, în menținerea structurii elicoidale a proteinei α-sinucleină, a cărei formă aberantă este asociată cu boala Parkinson. De asemenea, au fost asociate cu patologiile Huntington, Tay-Sachs și boala Alzheimer.

Sinteză

Biosinteza glicosfingolipidică depinde foarte mult de transportul intracelular prin fluxul veziculelor din reticulul endoplasmatic (ER), prin aparatul Golgi și terminând la nivelul membranei plasmatice.

Procesul biosintetic începe cu formarea scheletului de ceramidă pe fața citoplasmatică a ER. Formarea glicosfingolipidelor apare mai târziu în aparatul Golgi.

Enzimele glicozidazei responsabile de acest proces (glucoziltransferază și galactosiltransferază) se găsesc pe partea citosolică a complexului Golgi.

Adăugarea reziduurilor de acid sialic la lanțul oligosacharidelor în creștere este catalizată de câteva glicoziltransferaze care sunt legate de membrană, dar sunt limitate la partea luminală a membranei Golgi.

Diferite linii de dovezi sugerează că sinteza celor mai simple gangliozide are loc în regiunea timpurie a sistemului membranei Golgi, în timp ce cele mai complexe apar în regiunile mai „târzii”.

Regulament

Sinteza este reglementată în primă instanță prin expresia glicoziltransferazelor, dar pot fi implicate și evenimente epigenetice, cum ar fi fosforilarea enzimelor implicate și altele.

Aplicații

Unii cercetători și-au concentrat atenția asupra utilității unei anumite ganglioside, GM1. Toxina sintetizată de V. colera la pacienții cu holeră are o subunitate responsabilă de recunoașterea specifică a acestei gangliozide, care este prezentată pe suprafața celulelor mucoase ale intestinului.

Astfel, GM1 a fost utilizat pentru recunoașterea markerilor acestei patologii, deoarece este inclus în sinteza lipozomilor folosiți pentru diagnosticul de holeră.

Alte aplicații includ sinteza gangliosidelor specifice și legarea acestora la suporturi stabile în scopuri de diagnostic sau pentru purificarea și izolarea compușilor pentru care au afinitate. S-a descoperit, de asemenea, că pot servi drept markeri pentru unele tipuri de cancer.

Referințe

1. Groux-Degroote, S., Guérardel, Y., Julien, S., și Deannoy, P. (2015). Gangliozidele în cancerul de sân: perspective noi. Biochimie (Moscova), 80 (7), 808-819.
2. Ho, JA, Wu, L., Huang, M., Lin, Y., Baeumner, AJ, Durst, RA, & York, N. (2007). Aplicarea lipozomilor sensibilizați cu ganglioside într-un sistem imunoanalitic cu injecție de flux pentru determinarea toxinei de coleră. Anal. Chem., 79 (1), 10795-10799.
3. Kanfer, J., & Hakomori, S. (1983). Biochimia Singingipipidelor. (D. Hanahan, Ed.), Handbook of Lipid Research 3 (ediția I). Plenum Press.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Biologie moleculară celulară (ediția a 5-a). Freeman, WH & Company.
5. O'Brien, J. (1981). Boli de depozitare a gangliosidei: o revizuire actualizată Ital. J. Neurol. Sci., 3, 219–226.
6. Sonnino, S. (2018). Gangliozide. În S. Sonnino și A. Prinetti (Eds.), Metode în biologia moleculară 1804. Humana Press.
7. Tayot, J.-L. (1983). 244.312. Statele Unite.
8. van Echten, G., & Sandhoff, K. (1993). Metabolism gangliosidic. The Journal of Biological Chemistry, 268 (8), 5341-5344.