GANGLIOSIDES: ISTRAKTURA, PAG-ANDAR, SYNTHESIS AT APLIKASYON - BIOLOGY - 2025

Ang gangliosides ay mga lamad ng sphingolipid na kabilang sa klase ng acidic glycosphingolipids. Ang mga ito ay kabilang sa mga pinaka-masaganang glycolipids at kasangkot sa regulasyon ng maraming mga katangian ng lamad, pati na rin ang mga protina na nauugnay sa kanila. Lalo na sila ay masagana sa mga tisyu ng nerbiyos.

Ang mga ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagkakaroon ng mga residue ng asukal sa mga grupo ng carboxyl (mga sialic acid) at, kasama ang mga sulfatides, na naglalaman ng isang O-sulfate na pangkat na nauugnay sa isang glucose o galactose na nalalabi. Kinakatawan nila ang isa sa dalawang pamilya ng acidic glycosphingolipids sa eukaryotes.

Halimbawa ng istraktura ng isang ganglioside (Pinagmulan: Caitlin Sedwick, sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Ang salitang ganglioside ay pinahusay noong 1939 ng Aleman na biochemist na si Ernst Klenk, nang tinukoy niya ang isang pinaghalong mga compound na nakuha mula sa utak ng isang pasyente na may sakit na Niemann-Pick. Gayunpaman, ang unang istraktura ng isang ganglioside ay pinabula noong 1963.

Ibinahagi nila ang hydrophobic ceramide skeleton sa iba pang mga sphingolipids, na binubuo ng isang sphingosine molekula na naka-link sa pamamagitan ng isang amide bond sa isang fatty acid na nasa pagitan ng 16 at 20 carbon atoms, na may isang trans double bond sa pagitan ng mga carbon sa 4 na posisyon at 5.

Istraktura

Ang mga gangliosides ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagkakaroon ng mga oligosaccharide chain sa kanilang polar head group, kung saan ang komposisyon ay mayroong mga sialic acid molecule na naka-link sa pamamagitan ng bonds-glucosidic bond sa hydrophobic skeleton ng ceramide.

Ang mga ito ay lubos na magkakaibang mga molekula dahil sa maraming posibleng mga kumbinasyon sa pagitan ng mga kadena ng oligosaccharide, ang iba't ibang uri ng sialic acid at ang mga apolar na buntot na nakakabit sa ceramide skeleton, kapwa ng sphingosine at ng mga fatty acid na naka-link sa pamamagitan ng mga amide bond sa nasabing balangkas.

Sa nerbiyos na tisyu ang pinaka-karaniwang mga kadena ng fatty acid sa mga gangliosides ay kinakatawan ng palmitic at stearic acid.

Mga katangian ng polar group

Ang rehiyon ng polar head ng mga sphingolipid na ito ay nagbibigay sa kanila ng isang malakas na karakter na hydrophilic. Ang grupong polar na ito ay napakalaki kumpara sa mga pospolipid tulad ng phosphatidylcholine, halimbawa.

Ang dahilan para sa bulk na ito ay may kinalaman sa laki ng mga oligosaccharide chain, pati na rin ang dami ng mga molekula ng tubig na nauugnay sa mga karbohidrat na ito.

Pangkalahatang istraktura ng gangliosides (Pinagmulan: Ryan_1991, sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Ang mga sialic acid ay derivatives ng 5-amino-3,5-dideoxy-D-glycero-D-galacto-non-2-ulopyranosoic acid, o neuraminic acid. Mayroong tatlong kilalang uri ng mga sialic acid sa gangliosides: 5-N -acetyl, 5-N -acetyl-9-O -acetyl at 5-N -glycolyl derivative, na siyang pinaka-karaniwan sa mga malulusog na tao.

Sa pangkalahatan, ang mga mammal (kabilang ang mga primata) ay may kakayahang synthesizing 5-N-glycolyl-neuraminic acid, ngunit dapat makuha ito ng mga tao mula sa mga mapagkukunan ng pagkain.

Ang pag-uuri ng mga lipid na ito ay maaaring batay sa parehong bilang ng mga residual ng sialic acid (mula sa 1-5), pati na rin ang kanilang posisyon sa molekula ng glycosphingolipid.

Ang pinakakaraniwang pagkakasunud-sunod na oligosaccharide ay ang Galβ1-3GalNAcβ1-4Galβ1-4Glcβ tetrasaccharide, ngunit ang mas kaunting mga nalalabi ay maaari ding matagpuan.

Mga Tampok

Ang eksaktong biological na mga implikasyon ng mga gangliosides ay hindi pa ganap na napaliwanagan, gayunpaman, lumilitaw na kasangkot sila sa pagkita ng cell at pagkakahambing at morphogenesis, sa pagbubuklod ng ilang mga virus at bakterya, at sa mga proseso na partikular na mga proseso ng pagdirikit ng cell bilang mga ligand para sa mga protina. mga selectins.

Sa sistema ng nerbiyos

Ang Glycosphingolipids na may sialic acid ay may espesyal na kaugnayan sa sistema ng nerbiyos, lalo na sa mga grey matter cells ng utak. Ito ay may kinalaman sa katotohanan na ang glycoconjugates, sa pangkalahatan, ay kinikilala bilang mahusay na impormasyon at imbakan ng mga sasakyan para sa mga cell.

Lalo silang matatagpuan sa panlabas na monolayer ng lamad ng plasma, samakatuwid mayroon silang isang mahalagang paglahok sa glycocalyx, kasama ang glycoproteins at proteoglycans.

Ang glycocalyx o extracellular matrix na ito ay mahalaga para sa paggalaw ng cell at pagsasaaktibo ng mga senyas ng landas na kasangkot sa paglaki, paglaganap at pagpapahayag ng gene.

Sa senyas ng cell

Tulad ng iba pang mga sphingolipids, ang mga by-product ng ganglioside degradation ay mayroon ding mahahalagang pag-andar, lalo na sa mga proseso ng pag-signaling at sa pag-recycle ng mga elemento para sa pagbuo ng mga bagong molekulang lipid.

Sa loob ng bilayer, ang gangliosides ay nangyayari nang higit sa lahat sa sphingolipid-rich lipid rafts, kung saan ang "mga glyco-signaling domain" ay naitatag na namamagitan din ng mga intercellular na pakikipag-ugnay at transmembrane signaling sa pamamagitan ng pag-stabilize at pakikisama sa mga integral na protina. Ang mga lipid rafts na ito ay gumaganap ng mahahalagang pag-andar sa immune system.

Sa istraktura

Itinataguyod nila ang pagbabagong-anyo at tamang pagtitiklop ng mga mahahalagang protina ng lamad, tulad ng GM1 ganglioside, sa pagpapanatili ng helical na istraktura ng protina ng α-synuclein, na ang form ng aberrant ay nauugnay sa sakit na Parkinson. Kaugnay din nila ang mga pathologies ng Huntington, Tay-Sachs at Alzheimer's disease.

Sintesis

Ang glycosphingolipid biosynthesis ay lubos na nakasalalay sa intracellular transport sa pamamagitan ng daloy ng vesicle mula sa endoplasmic reticulum (ER), sa pamamagitan ng Golgi apparatus at nagtatapos sa lamad ng plasma.

Ang proseso ng biosynthetic ay nagsisimula sa pagbuo ng ceramide skeleton sa cytoplasmic na mukha ng ER. Ang pagbuo ng glycosphingolipids ay nangyayari sa paglaon sa Golgi apparatus.

Ang glycosidase enzymes na may pananagutan sa prosesong ito (glucosyltransferase at galactosyltransferase) ay matatagpuan sa cytosolic side ng Golgi complex.

Ang pagdaragdag ng sialic acid na nalalabi sa lumalagong kadena ng oligosaccharide ay na-catalyzed sa pamamagitan ng ilang glycosyltransferases na nakagapos ang lamad, ngunit pinigilan ang luminal na bahagi ng Golgi lamad.

Ang iba't ibang mga linya ng ebidensya ay nagmumungkahi na ang synthesis ng pinakasimpleng gangliosides ay nangyayari sa unang bahagi ng rehiyon ng Golgi membrane system, habang ang pinaka kumplikadong nangyayari sa mas "huli" na mga rehiyon.

Regulasyon

Ang synthesis ay kinokontrol sa unang pagkakataon sa pamamagitan ng pagpapahayag ng glycosyltransferases, ngunit ang mga epigenetic na kaganapan tulad ng phosphorylation ng mga enzymes na kasangkot at iba pa ay maaaring kasangkot.

Aplikasyon

Ang ilang mga mananaliksik ay nakatuon ang kanilang pansin sa pagiging kapaki-pakinabang ng isang partikular na ganglioside, GM1. Ang lason na synthesized ni V. cholera sa mga pasyente ng cholera ay may isang subunit na responsable para sa tiyak na pagkilala sa ganglioside na ito, na ipinakita sa ibabaw ng mauhog na mga cell ng bituka.

Kaya, ang GM1 ay ginamit para sa pagkilala sa mga marker ng patolohiya na ito sapagkat kasama ito sa synthesis ng mga liposom na ginamit para sa diagnosis ng cholera.

Kasama sa iba pang mga aplikasyon ang synthesis ng mga tiyak na gangliosides at ang kanilang pagbubuklod sa matatag na suporta para sa mga layuning diagnostic o para sa paglilinis at paghihiwalay ng mga compound na kung saan mayroon silang isang pagkakaugnay. Natagpuan din na maaari silang maglingkod bilang mga marker para sa ilang uri ng cancer.

Mga Sanggunian

1. Groux-Degroote, S., Guérardel, Y., Julien, S., & Deannoy, P. (2015). Gangliosides sa Breast Cancer: Mga Bagong Perspektibo. Biochemistry (Moscow), 80 (7), 808-819.
2. Ho, JA, Wu, L., Huang, M., Lin, Y., Baeumner, AJ, Durst, RA, & York, N. (2007). Aplikasyon ng Ganglioside-Sensitized Liposomes sa isang Flow Injection Immunoanalytical System para sa Desisyon ng Cholera Toxin. Anal. Chem., 79 (1), 10795-10799.
3. Kanfer, J., & Hakomori, S. (1983). Sphingolipid Biochemistry. (D. Hanahan, Ed.), Handbook ng Lipid Research 3 (1st ed.). Plenum Press.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molekular na Cell Biology (Ika-5 ed.). Freeman, WH & Company.
5. O'Brien, J. (1981). Mga sakit sa imbakan ng ganglioside: isang na-update na pagsusuri Ital. J. Neurol. Sci., 3, 219–226.
6. Sonnino, S. (2018). Gangliosides. Sa S. Sonnino & A. Prinetti (Eds.), Mga Paraan sa Molekular na Biology 1804. Humana Press.
7. Tayot, J.-L. (1983). 244.312. Estados Unidos.
8. van Echten, G., & Sandhoff, K. (1993). Ganglioside Metabolismo. Ang Journal of Biological Chemistry, 268 (8), 5341-5344.