GANGLIOSIDES: CẤU TRÚC, CHỨC NĂNG, TỔNG HỢP VÀ ỨNG DỤNG - SINH HỌC - 2026

Các ganglioside là các sphingolipid màng thuộc nhóm glycosphingolipid có tính axit. Chúng là một trong những glycolipid phong phú nhất và tham gia vào việc điều chỉnh nhiều đặc tính của màng, cũng như các protein liên kết với chúng. Chúng đặc biệt có nhiều trong các mô thần kinh.

Chúng được đặc trưng bởi sự hiện diện của bã đường với các nhóm cacboxyl (axit sialic) và cùng với các sulfatide, có chứa nhóm O-sulfat liên kết với cặn glucose hoặc galactose. Chúng đại diện cho một trong hai họ glycosphingolipid có tính axit ở sinh vật nhân chuẩn.

Ví dụ về cấu trúc của ganglioside (Nguồn: Caitlin Sedwick, qua Wikimedia Commons)

Thuật ngữ ganglioside được đặt ra vào năm 1939 bởi nhà hóa sinh người Đức Ernst Klenk, khi ông đề cập đến một hỗn hợp các hợp chất được chiết xuất từ ​​não của một bệnh nhân mắc bệnh Niemann-Pick. Tuy nhiên, cấu trúc đầu tiên của ganglioside đã được làm sáng tỏ vào năm 1963.

Chúng chia sẻ bộ xương ceramide kỵ nước với các sphingolipid khác, được cấu tạo từ phân tử sphingosine được liên kết bằng liên kết amit với axit béo có từ 16 đến 20 nguyên tử cacbon, với liên kết đôi trans giữa các nguyên tử cacbon ở 4 vị trí và 5.

Kết cấu

Ganglioside được đặc trưng bởi có chuỗi oligosaccharide trong nhóm đầu phân cực của chúng, trong thành phần của chúng có các phân tử axit sialic liên kết bằng liên kết β-glucosidic với khung kỵ nước của ceramide.

Chúng là những phân tử cực kỳ đa dạng theo quan điểm của nhiều sự kết hợp có thể có giữa các chuỗi oligosaccharide, các loại axit sialic khác nhau và các đuôi apolar gắn với khung ceramide, cả sphingosine và axit béo được liên kết bằng liên kết amide với khung này.

Trong mô thần kinh, các chuỗi axit béo phổ biến nhất trong số các ganglioside được đại diện bởi axit palmitic và stearic.

Đặc điểm của nhóm cực

Vùng đầu cực của các sphingolipid này cung cấp cho chúng đặc tính ưa nước mạnh. Ví dụ, nhóm phân cực này rất cồng kềnh so với nhóm phospholipid như phosphatidylcholine.

Lý do cho số lượng lớn này liên quan đến kích thước của các chuỗi oligosaccharide, cũng như số lượng phân tử nước liên kết với các carbohydrate này.

Cấu trúc chung của gangliosides (Nguồn: Ryan_1991, qua Wikimedia Commons)

Axit xialic là dẫn xuất của axit 5-amino-3,5-dideoxy-D-glycero-D-galacto-non-2-ulopyranosoic, hoặc axit neuraminic. Có ba loại axit sialic đã biết trong ganglioside: 5-N -acetyl, 5-N -acetyl-9-O -acetyl và dẫn xuất 5-N -glycolyl, phổ biến nhất ở người khỏe mạnh.

Nói chung, động vật có vú (bao gồm cả động vật linh trưởng) có khả năng tổng hợp axit 5-N-glycolyl-neuraminic, nhưng con người phải lấy nó từ nguồn thực phẩm.

Việc phân loại các lipid này có thể dựa trên cả số lượng gốc axit sialic (từ 1-5), cũng như vị trí của chúng trong phân tử glycosphingolipid.

Trình tự oligosaccharide phổ biến nhất là tetrasaccharide Galβ1-3GalNAcβ1-4Galβ1-4Glcβ, nhưng cũng có thể tìm thấy ít dư lượng hơn.

Đặc trưng

Các tác động sinh học chính xác của ganglioside vẫn chưa được làm sáng tỏ đầy đủ, tuy nhiên, chúng dường như liên quan đến sự biệt hóa và hình thành tế bào, trong sự liên kết của một số vi rút và vi khuẩn, và trong các quá trình kết dính tế bào cụ thể với tư cách là phối tử cho protein. selectin.

Trong hệ thần kinh

Glycosphingolipid với axit sialic có liên quan đặc biệt trong hệ thần kinh, đặc biệt là trong các tế bào chất xám của não. Điều này liên quan đến thực tế là glycoconjugates nói chung được công nhận là phương tiện lưu trữ và thông tin hiệu quả cho các tế bào.

Chúng chủ yếu nằm ở lớp đơn lớp ngoài của màng sinh chất, do đó chúng có sự tham gia quan trọng vào glycocalyx, cùng với glycoprotein và proteoglycan.

Chất nền glycocalyx hoặc chất nền ngoại bào này cần thiết cho sự di chuyển của tế bào và kích hoạt các con đường tín hiệu liên quan đến tăng trưởng, tăng sinh và biểu hiện gen.

Tín hiệu trong tế bào

Cũng như các sphingolipid khác, các sản phẩm phụ của quá trình phân giải ganglioside cũng có các chức năng quan trọng, đặc biệt là trong các quá trình truyền tín hiệu và tái chế các nguyên tố để hình thành các phân tử lipid mới.

Trong lớp kép, các hạch bạch huyết xảy ra phần lớn trong các bè lipid giàu sphingolipid, nơi "miền tín hiệu glyco" được thiết lập, cũng là trung gian cho các tương tác giữa các tế bào và tín hiệu xuyên màng bằng cách ổn định và liên kết với các protein tích hợp. Các bè lipid này thực hiện các chức năng quan trọng trong hệ thống miễn dịch.

Trong cấu trúc

Chúng thúc đẩy quá trình hình thành và gấp chính xác các protein màng quan trọng, chẳng hạn như ganglioside GM1, trong việc duy trì cấu trúc xoắn của protein α-synuclein, có dạng bất thường liên quan đến bệnh Parkinson. Chúng cũng có liên quan đến các bệnh lý Huntington, Tay-Sachs và bệnh Alzheimer.

Tổng hợp

Sinh tổng hợp glycosphingolipid phụ thuộc nhiều vào sự vận chuyển nội bào thông qua dòng chảy của túi từ lưới nội chất (ER), qua bộ máy Golgi và kết thúc ở màng sinh chất.

Quá trình sinh tổng hợp bắt đầu với sự hình thành bộ xương ceramide trên mặt tế bào chất của ER. Sự hình thành glycosphingolipid xảy ra muộn hơn trong bộ máy Golgi.

Các enzym glycosidase chịu trách nhiệm cho quá trình này (glucosyltransferase và galactosyltransferase) được tìm thấy ở phía cytosolic của phức hợp Golgi.

Việc bổ sung các gốc axit sialic vào chuỗi oligosaccharide đang phát triển được xúc tác bởi một số glycosyltransferase có liên kết màng, nhưng bị hạn chế ở phía sáng của màng Golgi.

Các bằng chứng khác nhau cho thấy sự tổng hợp các hạch đơn giản nhất xảy ra ở vùng sớm của hệ thống màng Golgi, trong khi phức tạp nhất xảy ra ở vùng “muộn” hơn.

Quy định

Đầu tiên, sự tổng hợp được điều chỉnh bởi sự biểu hiện của glycosyltransferase, nhưng các sự kiện biểu sinh như quá trình phosphoryl hóa các enzym liên quan và các enzym khác cũng có thể liên quan.

Các ứng dụng

Một số nhà nghiên cứu đã tập trung sự chú ý của họ vào tính hữu dụng của một loại ganglioside cụ thể, GM1. Độc tố do V. cholera tổng hợp ở bệnh nhân tả có một tiểu đơn vị chịu trách nhiệm nhận biết cụ thể của ganglioside này, được trình bày trên bề mặt của các tế bào niêm mạc của ruột.

Do đó, GM1 đã được sử dụng để nhận biết các dấu hiệu của bệnh lý này vì nó được đưa vào tổng hợp các liposome được sử dụng để chẩn đoán bệnh tả.

Các ứng dụng khác bao gồm tổng hợp các ganglioside cụ thể và liên kết của chúng với các chất hỗ trợ ổn định cho mục đích chẩn đoán hoặc để tinh chế và phân lập các hợp chất mà chúng có ái lực. Người ta cũng phát hiện ra rằng chúng có thể dùng làm chất chỉ điểm cho một số loại ung thư.

Người giới thiệu

1. Groux-Degroote, S., Guérardel, Y., Julien, S., & Deannoy, P. (2015). Gangliosides trong ung thư vú: Quan điểm mới. Hóa sinh (Moscow), 80 (7), 808-819.
2. Ho, JA, Wu, L., Huang, M., Lin, Y., Baeumner, AJ, Durst, RA, & York, N. (2007). Ứng dụng Liposome nhạy cảm với Ganglioside trong hệ thống phân tích miễn dịch dạng tiêm dòng để xác định độc tố tả. Hậu môn. Chem., 79 (1), 10795-10799.
3. Kanfer, J., & Hakomori, S. (1983). Hóa sinh Sphingolipid. (D. Hanahan, Ed.), Sổ tay Nghiên cứu Lipid 3 (Lần xuất bản đầu tiên). Plenum Press.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Sinh học tế bào phân tử (xuất bản lần thứ 5). Freeman, WH & Công ty.
5. O'Brien, J. (1981). Các bệnh lưu trữ Ganglioside: một đánh giá cập nhật. Chữ nghiêng. J. Neurol. Khoa học viễn tưởng, 3, 219–226.
6. Sonnino, S. (2018). Gangliosides. Trong S. Sonnino & A. Prinetti (Eds.), Các phương pháp trong sinh học phân tử 1804. Humana Press.
7. Tayot, J.-L. (1983). 244.312. Hoa Kỳ.
8. van Echten, G., & Sandhoff, K. (1993). Chuyển hóa Ganglioside. Tạp chí Hóa học Sinh học, 268 (8), 5341-5344.