ГАНГЛІОЗИДИ: СТРУКТУРА, ФУНКЦІЇ, СИНТЕЗ ТА ЗАСТОСУВАННЯ - БІОЛОГІЯ - 2025

У ганглиозидов мембранні сфінголіпіди , що належать до класу кислих гликосфинголипидов. Вони входять до числа найпоширеніших гліколіпідів і беруть участь у регуляції багатьох мембранних властивостей, а також білків, пов'язаних з ними. Вони особливо рясні в нервових тканинах.

Вони характеризуються наявністю залишків цукру з карбоксильними групами (сіаловими кислотами) і разом із сульфатидами, які містять O-сульфатну групу, пов'язану із залишком глюкози чи галактози. Вони являють собою одне з двох сімейств кислих глікосфінголіпідів у еукаріотів.

Приклад будови гангліозиду (Джерело: Caitlin Sedwick, через Wikimedia Commons)

Термін гангліозид був введений в 1939 році німецьким біохіміком Ернстом Кленком, коли він посилався на суміш сполук, що витягуються з мозку пацієнта з хворобою Німана-Піка. Однак перша структура гангліозиду була з'ясована в 1963 році.

Вони поділяють гідрофобний керамід кераміду з іншими сфінголіпідами, який складається з молекули сфінгозину, пов'язаної амідним зв’язком з жирною кислотою між 16 і 20 атомами вуглецю, з транс-подвійною зв'язком між вуглецем у 4 положеннях і 5.

Будова

Для гангліозидів характерно наявність ланцюгів олігосахаридів у своїй полярній головній групі, у складі яких є молекули сіалової кислоти, пов'язані β-глюкозидними зв’язками з гідрофобним скелетом кераміду.

Вони є надзвичайно різноманітними молекулами з огляду на безліч можливих комбінацій між олігосахаридними ланцюгами, різними типами сиалової кислоти та аполярними хвостами, прикріпленими до скелета кераміду, як сфінгозином, так і жирними кислотами, пов'язаними амідними зв’язками зі згаданим скелетом.

У нервовій тканині найпоширеніші ланцюги жирних кислот серед гангліозидів представлені пальмітиновою та стеариновою кислотами.

Характеристика полярної групи

Полярна область голови цих сфінголіпідів надає їм сильний гідрофільний характер. Ця полярна група є дуже об'ємною порівняно з фосфоліпідами, наприклад, фосфатидилхоліном.

Причина цієї маси пов'язана з розміром ланцюгів олігосахаридів, а також кількістю молекул води, пов'язаних з цими вуглеводами.

Загальна структура гангліозидів (Джерело: Ryan_1991, через Wikimedia Commons)

Сіалові кислоти є похідними 5-аміно-3,5-дідеокси-D-гліцеро-D-галакто-не-2-улопіранозойної кислоти або нейрамінової кислоти. У гангліозидах відомі три види сиалових кислот: похідне 5-N -ацетил, 5-N -ацетил-9-О-ацетил та 5-N -гліколіл, яке є найбільш поширеним у здорової людини.

Як правило, ссавці (включаючи примати) здатні синтезувати 5-N-гліколіл-нейрамінову кислоту, але людина повинна отримувати її з харчових джерел.

Класифікація цих ліпідів може ґрунтуватися як на кількості залишків сиалової кислоти (від 1-5), так і на їхньому положенні в молекулі глікосфінголіпіду.

Найпоширеніша олігосахаридна послідовність - тетрасахарид Galβ1-3GalNAcβ1-4Galβ1-4Glcβ, але також може бути знайдено менше залишків.

Особливості

Точні біологічні наслідки гангліозидів до кінця не з'ясовані, однак, схоже, вони беруть участь у диференціації клітин та морфогенезі, в зв'язуванні деяких вірусів і бактерій, а також у процесах клітинної адгезії, характерних для типу, як ліганди до білків. селектини.

У нервовій системі

Глікосфінголіпіди з сиаловою кислотою мають особливе значення в нервовій системі, особливо в клітинах сірого речовини головного мозку. Це пов'язано з тим, що глікокон'югати, як правило, визнані ефективними носіями інформації та зберігання клітин.

Вони розташовані переважно у зовнішньому моношарі плазматичної мембрани, тому вони мають важливу участь у глікокаліксі разом із глікопротеїнами та протеогліканами.

Цей глікокалікс або позаклітинна матриця має важливе значення для руху клітин та активації сигнальних шляхів, що беруть участь у рості, проліферації та експресії генів.

У клітинній сигналізації

Як і в інших сфінголіпідах, побічні продукти розпаду гангліозидів також мають важливі функції, особливо в сигнальних процесах та у переробці елементів для утворення нових молекул ліпідів.

У межах двошарових гангліозидів в основному трапляються ліпідні плоти, багаті сфінголіпідами, де встановлюються "гліко-сигнальні домени", які також опосередковують міжклітинні взаємодії та трансмембранну сигналізацію шляхом стабілізації та асоціації з інтегральними білками. Ці ліпідні плоти виконують важливі функції в імунній системі.

У структурі

Вони сприяють конформації та правильному складенню важливих мембранних білків, таких як гангліозид GM1, для підтримки спіральної структури білка α-синуклеїну, аберантна форма якого пов'язана з хворобою Паркінсона. Вони також були пов'язані з патологіями Хантінгтона, Тей-Сакса та хворобою Альцгеймера.

Синтез

Біосинтез глікосфінголіпідів сильно залежить від внутрішньоклітинного транспорту через везикульний потік з ендоплазматичного ретикулума (ЕР), через апарат Гольджі і закінчується на плазматичній мембрані.

Біосинтетичний процес починається з утворення скелета цераміду на цитоплазматичній грані ЕР. Утворення глікосфінголіпідів відбувається пізніше в апараті Гольджі.

Ферменти глікозидази, що відповідають за цей процес (глюкозилтрансфераза та галактозилтрансфераза), знаходяться на цитозольній стороні комплексу Гольджі.

Додавання залишків сиалової кислоти до зростаючого олігосахаридного ланцюга каталізується кількома мембранно пов'язаними, але обмеженими глікозилтрансферазами, до люмінальної сторони мембрани Гольджі.

Різні дані свідчать про те, що синтез найпростіших гангліозидів відбувається в ранній області мембранної системи Гольджі, тоді як найскладніші у більш «пізніх» регіонах.

Регулювання

Синтез регулюється в першу чергу експресією глікозилтрансферази, але можуть бути залучені також епігенетичні події, такі як фосфорилювання ферментів та інші.

Програми

Деякі дослідники зосередили свою увагу на корисності конкретного гангліозиду, GM1. У токсину, синтезованого В. холерою у хворих на холеру, є субодиниця, відповідальна за специфічне розпізнавання цього гангліозиду, який представлений на поверхні слизових клітин кишечника.

Таким чином, GM1 використовується для розпізнавання маркерів цієї патології, оскільки він включений в синтез ліпосом, що використовуються для діагностики холери.

Інші застосування включають синтез специфічних гангліозидів та їх зв'язування з стійкими носіями для діагностичних цілей або для очищення та виділення сполук, до яких вони мають спорідненість. Також було встановлено, що вони можуть служити маркерами для деяких видів раку.

Список літератури

1. Groux-Degroote, S., Guérardel, Y., Julien, S., & Deannoy, P. (2015). Гангліозиди при раку молочної залози: нові перспективи. Біохімія (Москва), 80 (7), 808-819.
2. Ho, JA, Wu, L., Huang, M., Lin, Y., Baeumner, AJ, Durst, RA, & York, N. (2007). Застосування сенсибілізованих гангліозидом ліпосом у імуноаналітичній системі з ін'єкційним потоком для визначення холерного токсину. Анальний. Хім., 79 (1), 10795-10799.
3. Kanfer, J., & Hakomori, S. (1983). Сфінголіпідна біохімія. (Д. Ханахан, - ред.), Посібник з досліджень ліпідів 3 (1-е видання). Пленум Прес.
4. Лодіш, Х., Берк, А., Кайзер, Каліфорнія, Крігер, М., Бретчер, А., Плое, Х., Мартін, К. (2003). Молекулярна клітинна біологія (5-е видання). Фрімен, WH & Company.
5. O'Brien, J. (1981). Хвороби зберігання гангліозидів: оновлений огляд. Італ. Дж. Нейрол. Sci., 3, 219–226.
6. Sonnino, S. (2018). Гангліозиди. У С. Sonnino & A. Prinetti (ред.), Методи молекулярної біології 1804. Humana Press.
7. Tayot, J.-L. (1983). 244.312. Сполучені Штати.
8. van Echten, G., & Sandhoff, K. (1993). Метаболізм гангліозидів. Журнал біологічної хімії, 268 (8), 5341-5344.