Struktur, fungsi, sintesis dan aplikasi gangliosides



itu gangliosides mereka adalah sphingolipid membran milik kelas glikosfingolipid asam. Mereka adalah glikolipid yang paling banyak dan terlibat dalam pengaturan banyak sifat membran, serta protein yang terkait dengannya. Mereka terutama berlimpah di jaringan saraf.

Mereka dicirikan oleh adanya residu gula dengan gugus karboksil (asam sialat) dan bersama dengan sulfatides, yang mengandung gugus sulfat O--terikat dalam residu glukosa atau galaktosa. Mereka mewakili salah satu dari dua keluarga asam glycosphingolipid dalam eukariota.

Istilah ganglioside diciptakan pada tahun 1939 oleh ahli biokimia Jerman Ernst Klenk, ketika mengacu pada campuran senyawa yang diekstraksi dari otak pasien dengan penyakit Niemann-Pick. Namun, struktur pertama ganglioside dijelaskan pada tahun 1963.

Mereka berbagi dengan sphingolipid lain kerangka hidrofobik dari ceramide, yang terdiri dari molekul sphingosine yang dihubungkan oleh ikatan amida dengan asam lemak antara 16 dan 20 atom karbon, dengan ikatan rangkap dalam trans antara karbon posisi 4 dan 5.

Indeks

  • 1 Struktur
    • 1.1 Karakteristik kelompok kutub
  • 2 fungsi
    • 2.1 Dalam sistem saraf
    • 2.2 Dalam pensinyalan sel
    • 2.3 Dalam struktur
  • 3 Ringkasan
    • 3.1 Peraturan
  • 4 Aplikasi
  • 5 Referensi

Struktur

Gangliosida dicirikan oleh kehadiran dalam kelompok kepala polar rantai oligosakarida di mana komposisinya ada molekul asam sialat yang dihubungkan oleh ikatan β-glikosidik dengan kerangka hidrofobik dari ceramide.

Mereka adalah molekul yang sangat beragam mengingat kemungkinan kombinasi ganda antara rantai oligosakarida, berbagai jenis asam sialat dan ekor apolar yang melekat pada kerangka ceramide, baik sphingosine dan asam lemak yang dihubungkan oleh ikatan amida dengan kerangka tersebut..

Dalam jaringan saraf, rantai asam lemak yang paling umum di antara gangliosida diwakili oleh asam palmitat dan stearat.

Karakteristik kelompok kutub

Daerah kepala kutub dari sphingolipid ini memberi mereka karakter hidrofilik yang kuat. Kelompok polar ini sangat besar dibandingkan dengan fosfolipid seperti fosfatidilkolin, misalnya.

Alasan voluminositas ini berkaitan dengan ukuran rantai oligosakarida, serta jumlah molekul air yang terkait dengan karbohidrat ini..

Asam sialat adalah turunan dari asam 5-amino-3,5-dideoksi-D-glicero-D-galacto-non-2-ulopyranosoic, atau asam neuramin. Ada tiga jenis asam sialat yang dikenal di gangliosides:-N-asetil, 5-N-asetil-9-O-asetil dan 5-N-glycolyl-derivative, yang merupakan yang paling umum pada manusia sehat.

Secara umum mamalia (termasuk primata) mampu mensintesis asam-N-glikolil-neuraminik, tetapi manusia harus mendapatkannya dari sumber makanan.

Klasifikasi lipid ini dapat didasarkan pada jumlah residu asam sialat (dari 1-5), serta posisi yang sama dalam molekul glikosphingolipid..

Urutan oligosakarida yang paling umum adalah tetrasakarida Galβ1-3GalNAcβ1-4Galβ1-4Glcβ, tetapi residu yang lebih sedikit juga dapat ditemukan.

Fungsi

Implikasi biologis yang tepat dari ganglioside belum sepenuhnya dijelaskan, namun, mereka tampaknya terlibat dalam diferensiasi sel dan morfogenesis, dalam pengikatan beberapa virus dan bakteri, dan dalam proses adhesi sel tipe spesifik sebagai ligan untuk protein. selectins.

Dalam sistem saraf

Glycosphingolipid dengan asam sialic memiliki relevansi khusus dalam sistem saraf, terutama di sel-sel materi abu-abu otak. Ini ada hubungannya dengan fakta bahwa glikokonjugat, secara umum, diakui sebagai kendaraan informasi dan penyimpanan yang efisien untuk sel..

Mereka terletak terutama di lapisan luar membran plasma, sehingga mereka memiliki partisipasi penting dalam glikokaliks, bersama dengan glikoprotein dan proteoglikan..

Matriks glikokaliks atau ekstraseluler ini sangat penting untuk pergerakan sel dan aktivasi jalur pensinyalan yang terlibat dalam pertumbuhan, proliferasi, dan ekspresi gen..

Dalam pensinyalan sel

Seperti apa yang terjadi dengan sphingolipid lain, produk sampingan dari degradasi ganglioside juga memiliki fungsi penting, terutama dalam proses pensinyalan dan dalam daur ulang elemen untuk pembentukan molekul lipid baru.

Di dalam lapisan ganda, gangliosida terjadi sebagian besar dalam rakit lipid yang kaya akan sphingolipid, di mana "domain pensinyalan gliko" didirikan, yang juga memediasi interaksi antar sel dan pensinyalan transmembran dengan stabilisasi dan hubungan dengan protein integral. Rakit lipid ini melayani fungsi penting dalam sistem kekebalan tubuh.

Dalam struktur

Mereka mempromosikan konformasi dan pelipatan yang benar dari protein membran penting, seperti halnya ganglioside GM1 dalam pemeliharaan struktur heliks protein α-synuclein, yang bentuknya yang menyimpang dikaitkan dengan penyakit Parkinson. Mereka juga telah dikaitkan dengan patologi penyakit Huntington, Tay-Sachs dan Alzheimer.

Sintesis

Biosintesis glikosfingolipid sebagian besar bergantung pada transpor intraselular melalui aliran vesikel dari retikulum endoplasma (ER), melalui peralatan Golgi dan berakhir pada membran plasma..

Proses biosintesis dimulai dengan pembentukan kerangka ceramide di sisi sitoplasma ER. Pembentukan glikosphingolipid terjadi kemudian di aparatus Golgi.

Enzim glikosidase yang bertanggung jawab untuk proses ini (glukosiltransferase dan galaktosiltransferase) ditemukan pada sisi sitosolik kompleks Golgi..

Penambahan residu asam sialat ke rantai oligosakarida yang sedang tumbuh dikatalisis oleh beberapa glikosiltransferase yang terikat pada membran, tetapi yang terbatas pada sisi luminal membran Golgi..

Garis bukti yang berbeda menunjukkan bahwa sintesis gangliosida yang paling sederhana terjadi di daerah awal sistem membran Golgi, sedangkan yang lebih kompleks terjadi di daerah yang lebih "terlambat"..

Peraturan

Sintesis diatur dalam contoh pertama dengan ekspresi glikosiltransferase, tetapi peristiwa epigenetik juga mungkin terlibat, seperti fosforilasi enzim yang terlibat dan lainnya..

Aplikasi

Beberapa peneliti telah memusatkan perhatian mereka pada utilitas ganglioside tertentu, GM1. Racun disintesis oleh V. kolera pada pasien kolerik memiliki subunit yang bertanggung jawab untuk pengakuan spesifik ganglioside ini, yang disajikan pada permukaan sel-sel lendir usus.

Dengan demikian, GM1 telah digunakan untuk pengakuan penanda patologi ini untuk dimasukkan dalam sintesis liposom yang digunakan untuk diagnosis kolera..

Aplikasi lain termasuk sintesis gangliosida spesifik dan pengikatannya pada dukungan stabil untuk tujuan diagnostik atau untuk pemurnian dan isolasi senyawa yang memiliki afinitas. Juga telah ditentukan bahwa mereka dapat berfungsi sebagai penanda untuk beberapa jenis kanker.

Referensi

  1. Groux-Degroote, S., Guérardel, Y., Julien, S., & Deannoy, P. (2015). Gangliosides pada Kanker Payudara: Perspektif Baru. Biokimia (Moskow), 80(7), 808-819.
  2. Ho, J.A., Wu, L., Huang, M., Lin, Y., Baeumner, A.J., Durst, R.A., & York, N. (2007). Penerapan Liposom Sensitisasi Ganglioside dalam Sistem Injeksi Immunoanalytical Aliran untuk Penentuan Kolera Toksin. Anal Chem., 79(1), 10795-10799.
  3. Kanfer, J., & Hakomori, S. (1983). Biokimia Sphingolipid. (D. Hanahan, Ed.), Buku Pegangan Penelitian Lipid 3 (Edisi pertama). Rapat Pleno.
  4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Biologi Sel Molekuler (Edisi ke-5). Freeman, W. H. & Company.
  5. O'Brien, J. (1981). Penyakit penyimpanan ganglioside: ulasan terbaru. Ital. J. Neurol. Sci., 3, 219-226.
  6. Sonnino, S. (2018). Gangliosides. Dalam S. Sonnino & A. Prinetti (Eds.), Metode dalam Biologi Molekuler 1804. Humana Press.
  7. Tayot, J.-L. (1983). 244,312. Amerika Serikat.
  8. van Echten, G., & Sandhoff, K. (1993). Metabolisme Ganglioside. Jurnal Kimia Biologis, 268(8), 5341-5344.