GANGLIOSIDER: STRUKTUR, FUNKSJONER, SYNTESE OG ANVENDELSER - BIOLOGI - 2025

De gangliosider er membran sfingolipider som hører til den klasse av sure glykosfingolipider. De er blant de mest tallrike glykolipider og er involvert i reguleringen av mange membranegenskaper, så vel som proteiner tilknyttet dem. De er spesielt rikelig i nervøse vev.

De er preget av tilstedeværelsen av sukkerrester med karboksylgrupper (sialinsyrer) og sammen med sulfatider som inneholder en O-sulfatgruppe knyttet til en glukose- eller galaktoserest. De representerer en av de to familiene med sure glykosfingolipider i eukaryoter.

Eksempel på strukturen til en gangliosid (Kilde: Caitlin Sedwick, via Wikimedia Commons)

Begrepet gangliosid ble myntet i 1939 av den tyske biokjemikeren Ernst Klenk, da han refererte til en blanding av forbindelser ekstrahert fra hjernen til en pasient med Niemann-Pick-sykdom. Imidlertid ble den første strukturen av et gangliosid belyst i 1963.

De deler det hydrofobe ceramidskjelettet med de andre sfingolipider, som er sammensatt av et sfingosinmolekyl som er koblet av en amidbinding til en fettsyre med mellom 16 og 20 karbonatomer, med en trans-dobbeltbinding mellom karbonene i de 4 stillingene og 5.

Struktur

Gangliosider er karakterisert ved å ha oligosakkaridkjeder i sin polare hodegruppe, i hvis sammensetning det er sialinsyremolekyler som er bundet av ß-glukosidiske bindinger til det hydrofobe skjelettet til ceramidet.

De er ekstremt forskjellige molekyler med tanke på de mange mulige kombinasjoner mellom oligosakkaridkjedene, de forskjellige typene sialinsyre og de apolare halene festet til ceramidskjelettet, både av sfingosin og av fettsyrene knyttet til amidbindinger til nevnte skjelett.

I nervevæv er de vanligste fettsyrekjedene blant gangliosider representert av palmitinsyre og stearinsyre.

Kjennetegn på polargruppen

Det polare hodeområdet til disse sfingolipidene gir dem en sterk hydrofil karakter. Denne polare gruppen er veldig voluminøs sammenlignet med fosfolipider som fosfatidylkolin, for eksempel.

Årsaken til denne bulk har å gjøre med størrelsen på oligosakkaridkjedene, så vel som mengden vannmolekyler assosiert med disse karbohydratene.

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

Sialinsyrer er derivater av 5-amino-3,5-dideoxy-D-glycero-D-galacto-non-2-ulopyranosoic acid eller neuraminic acid. Det er tre kjente typer sialinsyrer i gangliosider: 5-N-acetyl, 5-N-acetyl-9-0-acetyl og 5-N-glycolylderivat, som er det vanligste hos friske mennesker.

Generelt er pattedyr (inkludert primater) i stand til å syntetisere 5-N-glykolyl-neuraminsyre, men mennesker må skaffe den fra matkilder.

Klassifiseringen av disse lipidene kan være basert både på antall sialinsyrerester (fra 1-5), så vel som på deres plassering i glykosfingolipidmolekylet.

Den vanligste oligosakkaridsekvensen er tetrasakkaridet Galp1-3GalNAcβ1-4Galp1-4Glcβ, men færre rester kan også bli funnet.

Egenskaper

De nøyaktige biologiske implikasjonene av gangliosider har ikke blitt belyst fullt ut, men de ser ut til å være involvert i celledifferensiering og morfogenese, i bindingen av noen virus og bakterier, og i typespesifikke celleadhesjonsprosesser som ligander for proteiner. selectins.

I nervesystemet

Glykosfingolipider med sialinsyre er av spesiell relevans i nervesystemet, spesielt i cellene i gråstoffet i hjernen. Dette har å gjøre med det faktum at glykokonjugater generelt anerkjennes som effektiv informasjons- og lagringsmiddel for celler.

De er hovedsakelig lokalisert i det ytre monolaget av plasmamembranen, så de har en viktig deltakelse i glykokalksen, sammen med glykoproteiner og proteoglykaner.

Denne glykokalksen eller den ekstracellulære matrisen er essensiell for cellebevegelse og aktivering av signalveier involvert i vekst, spredning og genuttrykk.

I cellesignalering

Som med andre sfingolipider har også biproduktene av gangliosid-nedbrytning viktige funksjoner, spesielt i signaliseringsprosesser og i resirkulering av elementer for dannelse av nye lipidmolekyler.

I dobbeltlaget forekommer gangliosider i stor grad i sfingolipidrike lipidflåter, hvor det etableres "glykosignaliseringsdomener" som også formidler intercellulære interaksjoner og transmembran signalering ved stabilisering og assosiasjon med integrerte proteiner. Disse lipidflåtene utfører viktige funksjoner i immunforsvaret.

I strukturen

De fremmer konformasjon og korrekt folding av viktige membranproteiner, slik som GM1 gangliosid, for å opprettholde den spiralformede strukturen til a-synuclein-proteinet, hvis avvikende form er assosiert med Parkinsons sykdom. De har også blitt assosiert med patologiene til Huntington, Tay-Sachs og Alzheimers sykdom.

syntese

Glykosfingolipidbiosyntese er sterkt avhengig av intracellulær transport gjennom vesikkelstrøm fra endoplasmatisk retikulum (ER), gjennom Golgi-apparatet og slutter ved plasmamembranen.

Den biosyntetiske prosessen begynner med dannelsen av ceramidskjelettet på det cytoplasmatiske ansiktet til ER. Dannelse av glykosfingolipider skjer senere i Golgi-apparatet.

Glykosidaseenzymer som er ansvarlige for denne prosessen (glukosyltransferase og galaktosyltransferase) finnes på den cytosoliske siden av Golgi-komplekset.

Tilsetningen av sialinsyrerester til den voksende oligosakkaridkjeden katalyseres av noen få membranbundne, men begrensede glykosyltransferaser til luminalsiden av Golgi-membranen.

Ulike bevislinjer tyder på at syntesen av de enkleste gangliosidene skjer i den tidlige regionen av Golgi-membransystemet, mens den mest komplekse forekommer i de mer "sene" regionene.

Regulering

Syntese er i første omgang regulert av ekspresjonen av glykosyltransferaser, men epigenetiske hendelser som fosforylering av de involverte enzymer og andre kan også være involvert.

applikasjoner

Noen forskere har fokusert oppmerksomheten på nytten av en bestemt gangliosid, GM1. Giftstoffet som er syntetisert av V. cholera hos kolerapasienter har en underenhet som er ansvarlig for den spesifikke gjenkjennelsen av dette gangliosidet, som blir presentert på overflaten av slimhinnecellene i tarmen.

Således er GM1 blitt brukt for gjenkjennelse av markører for denne patologien, da den er inkludert i syntesen av liposomer som ble brukt for diagnosen kolera.

Andre anvendelser inkluderer syntese av spesifikke gangliosider og deres binding til stabile bærere for diagnostiske formål eller for rensing og isolering av forbindelser som de har en tilhørighet for. Det har også blitt funnet at de kan tjene som markører for noen typer kreft.

referanser

1. Groux-Degroote, S., Guérardel, Y., Julien, S., & Deannoy, P. (2015). Gangliosider i brystkreft: nye perspektiver. Biokjemi (Moskva), 80 (7), 808-819.
2. Ho, JA, Wu, L., Huang, M., Lin, Y., Baeumner, AJ, Durst, RA, & York, N. (2007). Anvendelse av gangliosidfølsomme liposomer i et immunforsvarssystem for flytinjeksjon for bestemmelse av kolesteroltoksin. Anal. Chem., 79 (1), 10795-10799.
3. Kanfer, J., & Hakomori, S. (1983). Sphingolipid biokjemi. (D. Hanahan, red.), Handbook of Lipid Research 3 (1. utg.). Plenum Press.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (5. utg.). Freeman, WH & Company.
5. O'Brien, J. (1981). Ganglioside lagringssykdommer: en oppdatert anmeldelse. 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. Forente stater.
8. van Echten, G., & Sandhoff, K. (1993). Ganglioside metabolisme. Journal of Biologisk kjemi, 268 (8), 5341-5344.