GANGLIOSIDA: STRUKTUR, FUNGSI, SINTESIS DAN APLIKASI - BIOLOGI - 2025

The gangliosida adalah sphingolipids membran yang dipunyai oleh kelas glycosphingolipids berasid. Mereka adalah antara glikolipid yang paling banyak dan terlibat dalam pengaturan banyak sifat membran, serta protein yang berkaitan dengannya. Mereka banyak terdapat pada tisu saraf.

Mereka dicirikan oleh adanya residu gula dengan kumpulan karboksil (asid sialik) dan, bersama dengan sulfatida, yang mengandungi kumpulan O-sulfat yang dihubungkan dengan residu glukosa atau galaktosa. Mereka mewakili salah satu daripada dua keluarga glikosfingolipid berasid di eukariota.

Contoh struktur ganglioside (Sumber: Caitlin Sedwick, melalui Wikimedia Commons)

Istilah ganglioside diciptakan pada tahun 1939 oleh ahli biokimia Jerman Ernst Klenk, ketika dia merujuk kepada campuran sebatian yang diekstrak dari otak seorang pesakit dengan penyakit Niemann-Pick. Walau bagaimanapun, struktur pertama ganglioside dijelaskan pada tahun 1963.

Mereka berkongsi rangka ceramida hidrofobik dengan sphingolipid lain, yang terdiri daripada molekul sphingosine yang dihubungkan oleh ikatan amida dengan asid lemak antara 16 dan 20 atom karbon, dengan ikatan trans ganda antara karbon dalam 4 kedudukan dan 5.

Struktur

Gangliosida dicirikan dengan menghadirkan rantai oligosakarida dalam kumpulan kepala polar mereka, yang komposisinya terdapat molekul asid sialik yang dihubungkan oleh ikatan β-glukosidik dengan kerangka hidrofobik ceramide.

Mereka adalah molekul yang sangat pelbagai memandangkan pelbagai kemungkinan kombinasi antara rantai oligosakarida, pelbagai jenis asid sialik dan ekor apolar yang melekat pada kerangka ceramide, kedua sphingosine dan asid lemak yang dihubungkan oleh ikatan amida ke kerangka tersebut.

Dalam tisu saraf rantai asid lemak yang paling biasa di kalangan gangliosida diwakili oleh asid palmitik dan stearat.

Ciri-ciri kumpulan kutub

Kawasan kepala kutub sphingolipid ini memberi mereka watak hidrofilik yang kuat. Kumpulan kutub ini sangat besar berbanding dengan fosfolipid seperti fosfatidilkolin, misalnya.

Sebab sebahagian besar ini berkaitan dengan ukuran rantai oligosakarida, serta jumlah molekul air yang berkaitan dengan karbohidrat ini.

Struktur umum gangliosida (Sumber: Ryan_1991, melalui Wikimedia Commons)

Asid sialik adalah turunan dari asid 5-amino-3,5-dideoxy-D-glycero-D-galacto-non-2-ulopyranosoic, atau asid neuraminik. Terdapat tiga jenis asid sialik dalam gangliosida: derivatif 5-N-asetil, 5-N-asetil-9-O-asetil dan 5-N-glikolil, yang paling biasa pada manusia yang sihat.

Secara amnya, mamalia (termasuk primata) mampu mensintesis asid 5-N-glikolil-neuraminik, tetapi manusia mesti memperolehnya dari sumber makanan.

Klasifikasi lipid ini boleh berdasarkan pada bilangan residu asid sialik (dari 1-5), serta kedudukannya dalam molekul glikosfingolipid.

Urutan oligosakarida yang paling biasa adalah tetrasaccharide Galβ1-3GalNAcβ1-4Galβ1-4Glcβ, tetapi lebih sedikit residu juga dapat dijumpai.

ciri-ciri

Implikasi biologi gangliosida yang tepat belum dapat dijelaskan sepenuhnya, namun, ia nampaknya terlibat dalam pembezaan sel dan morfogenesis, dalam pengikatan beberapa virus dan bakteria, dan dalam proses lekatan sel khusus jenis sebagai ligan untuk protein. selektif.

Dalam sistem saraf

Glikosfingolipid dengan asid sialic mempunyai kaitan khusus dalam sistem saraf, terutama pada sel-sel materi kelabu otak. Ini berkaitan dengan fakta bahawa glikokonjugat, secara amnya, diakui sebagai kenderaan maklumat dan penyimpanan yang cekap untuk sel.

Mereka terletak terutamanya di lapisan luar membran plasma, jadi mereka mempunyai penyertaan penting dalam glikokalaks, bersama dengan glikoprotein dan proteoglikan.

Matriks glikokalis atau ekstraselular ini penting untuk pergerakan sel dan pengaktifan jalur isyarat yang terlibat dalam pertumbuhan, percambahan dan ekspresi gen.

Dalam isyarat sel

Seperti sphingolipid lain, produk sampingan degradasi ganglioside juga mempunyai fungsi penting, terutama dalam proses memberi isyarat dan dalam kitar semula elemen untuk pembentukan molekul lipid baru.

Di dalam lapisan dua, gangliosida berlaku terutamanya pada rakit lipid yang kaya dengan sphingolipid, di mana "domain isyarat glikos" ditubuhkan yang juga memediasi interaksi antara sel dan isyarat transmembran dengan penstabilan dan hubungan dengan protein integral. Rakit lipid ini melakukan fungsi penting dalam sistem imun.

Dalam struktur

Mereka mempromosikan penyesuaian dan lipatan protein membran penting yang betul, seperti ganglioside GM1, dalam mengekalkan struktur heliks protein α-synuclein, yang bentuk penyimpangannya dikaitkan dengan penyakit Parkinson. Mereka juga dikaitkan dengan patologi penyakit Huntington, Tay-Sachs dan Alzheimer.

Sintesis

Biosintesis glikosfingolipid sangat bergantung pada pengangkutan intraselular melalui aliran vesikel dari retikulum endoplasma (ER), melalui radas Golgi dan berakhir pada membran plasma.

Proses biosintetik dimulakan dengan pembentukan kerangka ceramide pada muka sitoplasma ER. Pembentukan glikosfingolipid berlaku kemudian di radas Golgi.

Enzim glikosidase yang bertanggungjawab untuk proses ini (glukosiltransferase dan galactosyltransferase) dijumpai di sisi sitosolik kompleks Golgi.

Penambahan residu asid sialik pada rantaian oligosakarida yang semakin meningkat dikatalisis oleh beberapa glikosiltransferase yang terikat membran tetapi terhad ke sisi luminal membran Golgi.

Garis bukti yang berbeza menunjukkan bahawa sintesis gangliosida paling sederhana berlaku di kawasan awal sistem membran Golgi, sementara yang paling kompleks berlaku di kawasan yang lebih "lewat".

Peraturan

Sintesis diatur pada mulanya dengan ungkapan glikosiltransferase, tetapi kejadian epigenetik seperti fosforilasi enzim yang terlibat dan yang lain juga mungkin terlibat.

Permohonan

Beberapa penyelidik telah memusatkan perhatian mereka pada kegunaan ganglioside tertentu, GM1. Toksin yang disintesis oleh V. kolera pada pesakit kolera mempunyai subunit yang bertanggungjawab untuk pengiktirafan spesifik ganglioside ini, yang disajikan di permukaan sel-sel mukosa usus.

Oleh itu, GM1 telah digunakan untuk pengiktirafan penanda patologi ini kerana ia termasuk dalam sintesis liposom yang digunakan untuk diagnosis kolera.

Aplikasi lain termasuk sintesis gangliosida tertentu dan pengikatannya kepada sokongan stabil untuk tujuan diagnostik atau untuk pemurnian dan pengasingan sebatian yang mempunyai pertaliannya. Juga didapati bahawa mereka boleh berfungsi sebagai penanda untuk beberapa jenis barah.

Rujukan

1. Groux-Degroote, S., Guérardel, Y., Julien, S., & Deannoy, P. (2015). Gangliosid dalam Kanser Payudara: Perspektif Baru. Biokimia (Moscow), 80 (7), 808-819.
2. Ho, JA, Wu, L., Huang, M., Lin, Y., Baeumner, AJ, Durst, RA, & York, N. (2007). Aplikasi Liposom Sensitik Ganglioside dalam Sistem Imunanalitik Suntikan Aliran untuk Penentuan Toksin Kolera. Dubur. Chem., 79 (1), 10795-10799.
3. Kanfer, J., & Hakomori, S. (1983). Biokimia Sphingolipid. (D. Hanahan, Ed.), Buku Panduan Penyelidikan Lipid 3 (edisi pertama). Plenum Press.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Biologi Sel Molekul (edisi ke-5). Freeman, WH & Syarikat.
5. O'Brien, J. (1981). Penyakit penyimpanan Ganglioside: ulasan terkini. Ital. J. Neurol. Sci., 3, 219–226.
6. Sonnino, S. (2018). Gangliosida. Dalam S. Sonnino & A. Prinetti (Eds.), Kaedah dalam Biologi Molekul 1804. Humana Press.
7. Tayot, J.-L. (1983). 244.312. Amerika Syarikat.
8. van Echten, G., & Sandhoff, K. (1993). Metabolisme Ganglioside. Jurnal Kimia Biologi, 268 (8), 5341-5344.