СІАЛОВА КИСЛОТА: БУДОВА, ФУНКЦІЇ ТА ЗАХВОРЮВАННЯ - БІОЛОГІЯ - 2025

У сіалових кислот є моносахариди дев'ять атомів вуглецю. Вони належать до сімейства похідних нейрамінової кислоти (5-аміно-3,5-дідеокси-D-гліцеро-D-галакто-ненулозонової кислоти) і широко поширені в природі, особливо в царстві тварин.

Зазвичай вони не є вільними молекулами, але пов'язані α-глюкозидними зв’язками з молекулами вуглеводів або з іншими молекулами сіалової кислоти, а потім можуть займати кінцеві або внутрішні положення в межах лінійного вуглеводного ланцюга.

Схема молекули сіалової кислоти (Джерело: Користувач: глікоформа через Wikimedia Commons)

Термін "сіалова кислота" вперше був введений Гуннаром Блікс в 1957 році, хоча попередні повідомлення інших дослідників вказують на те, що їх відкриття датуються десятиріччям або двома раніше, коли вони були описані як частина глікопротеїнів сіало-муцину та сфінгаліфодіа (sang). .

Сіалові кислоти присутні у значній частині царств природи. Їх було виявлено у деяких вірусів, патогенних бактерій, найпростіших, ракоподібних, плоских червів, комах та хребетних, таких як риби, земноводні, птахи та ссавці. Навпаки, їх не було знайдено у грибах, водоростях чи рослинах.

Будова

Сіалові кислоти зустрічаються головним чином у кінцевій частині поверхневих глікопротеїнів та гліколіпідів, забезпечуючи велике розмаїття цих глікокон'югатів. Диференціальні структури "сиалілювання" - це продукти експресії тканинно-специфічних глікозилтрансфераз (сиалілтрансферази).

Структурно сиалові кислоти належать до сімейства з близько 40 природних похідних нейрамінової кислоти, які є N-ацильованими, що спричиняє дві "основні" структури: N-ацетилнейврамінову кислоту (Neu5Ac) або N-гліколіл нейрамінову кислоту (Neu5Gc) .

Її структурні характеристики включають наявність аміногрупи (яка може бути модифікована) у положенні 5 та карбонової групи в положенні 1, яку можна іонізувати при фізіологічному рН. Дезоксигенований вуглець С-3 і молекула гліцерину в положенні С-6.

Схема молекули сиалової кислоти з перерахуванням вуглецю (Джерело: Користувач: глікоформа через Wikimedia Commons)

Багато похідних виникають в результаті заміщення гідроксильних груп у положеннях С-4, С-7, С-8 та С-9 на частини ацетилу, гліколю, лактилу, метилу, сульфату та фосфату; а також введення подвійних зв’язків між С-2 і С-3.

У лінійному кінцевому положенні приєднання частини сиалової кислоти до олігосахаридного ланцюга передбачає α-глюкозидну зв'язок між гідроксильною групою аномерного вуглецю С-2 сіалової кислоти та гідроксильними групами С-3, С-вуглецю. 4 або С-6 моносахаридної частини.

Ці зв'язки можуть бути між залишками галактози, N-ацетилглюкозаміну, N-ацетилгалактозаміна та деякими унікальними гангліозидами, глюкозою. Вони можуть виникати через N-глікозидні або O-глікозидні зв’язки.

Особливості

Вважається, що сіалова кислота допомагає паразитичним організмам виживати в організмі господаря; Прикладами цього є збудники ссавців, які продукують ферменти метаболізму сіалової кислоти (сіалідази або N-ацетилнейврамінові ліази).

Не існує жодного виду ссавців, для якого не повідомлялося про наявність сиалових кислот як частини глікопротеїнів, глікопротеїнів сироватки, слизової оболонки, як складових клітинних клітинних структур або у складі складних вуглеводів.

Вони були виявлені в кислому олігосахариді в молоці і молозиві людей, великої рогатої худоби, овець, собак і свиней, а також у складі сечі щурів та людини.

Роль у процесах адгезії клітин

Глікокон'югати з порціями сіалової кислоти відіграють важливу роль у процесах обміну інформацією між сусідніми клітинами та між клітинами та їх середовищем.

Наявність сиалової кислоти в мембранах клітин сприяє встановленню на поверхні негативного заряду, що має позитивні наслідки при деяких подіях електростатичного відштовхування між клітинами та деякими молекулами.

Крім того, негативний заряд надає сиаловим кислотам в мембрані функцію транспорту позитивно заряджених іонів.

Повідомлялося, що зв'язування ендотелію та епітелію з мембраною клубочкової основи сприяє сиалової кислоти, і це також впливає на контакт між цими клітинами.

Роль у тривалості життя компонентів клітин крові

Сіалова кислота виконує важливі функції як частина глікофорину А в плазматичній мембрані еритроцитів. Деякі дослідження показали, що вміст сиалової кислоти обернено пропорційний віку цих клітин.

Еритроцити, оброблені ферментами нейрамінідази, що відповідають за деградацію сиалової кислоти, різко зменшують їх період напіввиведення в крові з 120 днів до декількох годин. Той самий випадок спостерігався з тромбоцитами.

Тромбоцити втрачають свою адгезію та агрегаційну здатність за відсутності сиалової кислоти в їх поверхневих білках. У лімфоцитах сиалова кислота також відіграє важливу роль у процесах адгезії та розпізнавання клітин, а також у взаємодії з поверхневими рецепторами.

Функції імунної системи

Імунна система здатна розрізняти власні або інвазійні структури на основі розпізнавання образів сіалової кислоти, наявних у мембранах.

Сіалова кислота, а також ферменти нейрамінідаза та сіалілтрансфераза мають важливі регуляторні властивості. Кінцеві частини сиалової кислоти в глікокон'югатах плазматичної мембрани мають функції маскування або як мембранні рецептори.

Крім того, різні автори піднімають можливість того, що сиалова кислота має антигенні функції, але це ще не відомо з впевненістю. Однак маскувальні функції залишків сиалової кислоти дуже важливі в регуляції клітин.

Маскування може мати пряму або опосередковану захисну роль, залежно від того, чи частина сіалової кислоти безпосередньо покриває залишок антигенного вуглеводу, чи це сиалова кислота в сусідньому глікокон'югаті, що маскує антигенну частину.

Деякі антитіла мають залишки Neu5Ac, які проявляють нейтралізуючі віруси властивості, оскільки ці імуноглобуліни здатні запобігати адгезію вірусів лише до кон'югатів (глікоконюгатів із порціями сиалової кислоти) на клітинній мембрані.

Інші функції

У кишковому тракті сіалові кислоти відіграють не менш важливу роль, оскільки вони входять до складу муцинів, які мають змащувальні та захисні властивості, важливі для всього організму.

Крім того, сіалові кислоти також присутні в мембранах клітин бронхіального, шлункового та кишкового епітелію, де вони беруть участь у транспорті, секреції та інших обмінних процесах.

Хвороби

Відомо, що численні захворювання включають порушення в метаболізмі сіалової кислоти, і вони відомі як сіалідоз. Серед найбільш відомих - сіалурія та хвороба Салла, які характеризуються виділенням із сечею з великою кількістю вільної сиалової кислоти.

Інші захворювання імунологічного характеру пов'язані з змінами в анаболічних та катаболічних ферментах, пов'язаних з метаболізмом сиалової кислоти, які спричиняють аберрантне накопичення глікоконюгатів із порціями сиалової кислоти.

Відомі також деякі захворювання, пов’язані з факторами крові, наприклад, тромбоцитопенія, яка полягає у зниженні рівня тромбоцитів у крові, ймовірно, викликаному нестачею сиалової кислоти в мембрані.

Хвороба Фон Віллебранда відповідає дефекту адгезійної здатності тромбоцитів до генкокон'югатів субендотеліальної мембрани стінки кровоносних судин, викликаному дефіцитом або недоліком глікозиляції чи сиалілювання.

Тромбастенія Гланцмана - ще одне вроджене порушення агрегації тромбоцитів, коренем якого є наявність бракованих глікопротеїнів у мембрані тромбоцитів. Показано, що дефекти цих глікопротеїнів пов'язані зі зниженим вмістом Neu5Ac.

Список літератури

1. Clayden, J., Greeves, N., Warren, S., & Wothers, P. (2001). Органічна хімія (1-е видання). Нью-Йорк: Оксфордський університетський прес.
2. Демченко, А. В. (2008). Довідник з хімічного глікозилювання: досягнення стереоселективності та терапевтичної відповідності. Wiley-VCH.
3. Розенберг, А. (1995). Біологія сіалових кислот. Нью-Йорк: Springer Science + Business Media, LLC.
4. Шауер, Р. (1982). Сіалові кислоти: хімія, метаболізм та функції. Springer-Verlag Wien Нью-Йорк.
5. Traving, C., & Schauer, R. (1998). Будова, функції та обмін сіалових кислот. Науки про клітинне та молекулярне життя CMLS, 54, 1330–1349.