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

The gangliosida yang sphingolipids membran milik kelas glycosphingolipids asam. Mereka adalah salah satu glikolipid paling melimpah dan terlibat dalam pengaturan banyak sifat membran, serta protein yang terkait dengannya. Mereka sangat melimpah di jaringan saraf.

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

Contoh struktur gangliosida (Sumber: Caitlin Sedwick, via Wikimedia Commons)

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

Mereka berbagi kerangka seramida hidrofobik dengan sfingolipid lainnya, yang terdiri dari molekul sfingosin yang dihubungkan oleh ikatan amida dengan asam lemak antara 16 dan 20 atom karbon, dengan ikatan rangkap trans antara karbon di 4 posisi dan 5.

Struktur

Gangliosida dicirikan dengan memiliki rantai oligosakarida dalam gugus kepala kutubnya, yang komposisinya terdapat molekul asam sialat yang dihubungkan oleh ikatan β-glukosidik ke kerangka hidrofobik seramida.

Mereka adalah molekul yang sangat beragam mengingat beberapa kemungkinan kombinasi antara rantai oligosakarida, berbagai jenis asam sialat dan ekor apolar yang melekat pada kerangka ceramide, baik dari sfingosin maupun asam lemak yang dihubungkan oleh ikatan amida pada 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 sfingolipid ini memberi mereka karakter hidrofilik yang kuat. Kelompok kutub ini sangat besar dibandingkan dengan fosfolipid seperti fosfatidilkolin, misalnya.

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

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

Asam sialat adalah turunan dari asam 5-amino-3,5-dideoksi-D-glycero-D-galacto-non-2-ulopyranosoic, atau asam neuraminic. Ada tiga jenis asam sialic dalam gangliosida: 5-N -acetyl, 5-N -acetyl-9-O -acetyl dan turunan 5-N -glycolyl, yang paling umum pada manusia sehat.

Secara umum mamalia (termasuk primata) mampu mensintesis asam 5-N-glikolil-neuraminat, tetapi manusia harus mendapatkannya dari sumber makanan.

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

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

fitur

Implikasi biologis yang tepat dari gangliosida belum sepenuhnya dijelaskan, bagaimanapun, 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.

Di sistem saraf

Glikosphingolipid dengan asam sialat memiliki relevansi khusus dalam sistem saraf, terutama pada sel materi abu-abu otak. Ini berkaitan dengan fakta bahwa glikokonjugat, secara umum, dikenal sebagai informasi yang efisien dan kendaraan penyimpanan untuk sel.

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

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

Dalam pensinyalan sel

Seperti halnya sfingolipid lainnya, produk sampingan degradasi gangliosida juga memiliki fungsi penting, terutama dalam proses pensinyalan dan daur ulang elemen untuk pembentukan molekul lipid baru.

Dalam lapisan ganda, gangliosida terjadi sebagian besar dalam rakit lipid kaya sfingolipid, di mana "domain pensinyalan glyco" ditetapkan yang juga memediasi interaksi antar sel dan pensinyalan transmembran dengan stabilisasi dan asosiasi dengan protein integral. Rakit lipid ini melakukan fungsi penting dalam sistem kekebalan.

Dalam strukturnya

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

Perpaduan

Biosintesis glikosphingolipid sangat bergantung pada transpor intraseluler melalui aliran vesikel dari retikulum endoplasma (ER), melalui aparatus Golgi dan berakhir pada membran plasma.

Proses biosintetik dimulai dengan pembentukan kerangka ceramide pada permukaan sitoplasma RE. Pembentukan glikosphingolipid terjadi kemudian di badan Golgi.

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

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

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

Peraturan

Sintesis diatur pertama kali oleh ekspresi glikosiltransferase, tetapi peristiwa epigenetik seperti fosforilasi enzim yang terlibat dan yang lainnya juga mungkin terlibat.

Aplikasi

Beberapa peneliti memusatkan perhatian mereka pada kegunaan gangliosida tertentu, GM1. Toksin yang disintesis oleh V. cholera pada pasien kolera memiliki subunit yang bertanggung jawab untuk mengenali gangliosida ini secara spesifik, yang ditampilkan di permukaan sel mukosa usus.

Dengan demikian, GM1 telah digunakan untuk mengenali penanda patologi ini karena termasuk dalam sintesis liposom yang digunakan untuk diagnosis kolera.

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

Referensi

1. Groux-Degroote, S., Guérardel, Y., Julien, S., & Deannoy, P. (2015). Gangliosida dalam Kanker Payudara: Perspektif Baru. Biokimia (Moskow), 80 (7), 808-819.
2. Ho, JA, Wu, L., Huang, M., Lin, Y., Baeumner, AJ, Durst, RA, & York, N. (2007). Aplikasi Liposom Sensitisasi Gangliosida dalam Sistem Imunoanalitik Injeksi Aliran untuk Penentuan Toksin Kolera. Anal. Chem., 79 (1), 10795-10799.
3. Kanfer, J., & Hakomori, S. (1983). Biokimia Sphingolipid. (D. Hanahan, Ed.), Handbook of Lipid Research 3 (edisi ke-1st). Pleno Press.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (edisi ke-5th). Freeman, WH & Company.
5. O'Brien, J. (1981). Penyakit penyimpanan gangliosida: 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 Gangliosida. The Journal of Biological Chemistry, 268 (8), 5341-5344.