Гликолипиды – это липиды , к которым углевод присоединен гликозидной (ковалентной) связью . [1] Их роль заключается в поддержании стабильности клеточной мембраны и облегчении клеточного распознавания, что имеет решающее значение для иммунного ответа и связей, которые позволяют клеткам соединяться друг с другом с образованием тканей . [2] Гликолипиды обнаруживаются на поверхности мембран всех эукариотических клеток, где они простираются от фосфолипидного бислоя во внеклеточную среду. [2]
Состав
Существенной особенностью гликолипида является наличие моносахарида или олигосахарида , связанного с липидным фрагментом . Наиболее распространенными липидами клеточных мембран являются глицеролипиды и сфинголипиды , которые имеют глицериновую или сфингозиновую основу соответственно. К этому остову присоединяются жирные кислоты , так что липид в целом имеет полярную головку и неполярный хвост. Липидный бислой клеточной мембраны состоит из двух слоев липидов: внутренняя и внешняя поверхности мембраны состоят из полярных головных групп, а внутренняя часть мембраны состоит из неполярных хвостов жирных кислот.
Сахариды, которые прикреплены к полярным головным группам снаружи клетки, являются лигандными компонентами гликолипидов и также являются полярными, что позволяет им растворяться в водной среде, окружающей клетку. [3] Липид и сахарид образуют гликоконъюгат через гликозидную связь , которая является ковалентной связью . Аномерный углерод сахара связывается со свободной гидроксильной группой на липидном остове. Структура этих сахаридов варьируется в зависимости от структуры молекул, с которыми они связываются.
Метаболизм
Гликозилтрансферазы
Ферменты, называемые гликозилтрансферазами , связывают сахарид с молекулой липида, а также играют роль в сборке правильного олигосахарида , чтобы можно было активировать в клетке правильный рецептор, который реагирует на присутствие гликолипида на поверхности клетки. Гликолипид собирается в аппарате Гольджи и внедряется в поверхность пузырька , который затем транспортируется к клеточной мембране. Везикула сливается с клеточной мембраной, так что гликолипид может быть представлен на внешней поверхности клетки. [4]
Гликозидгидролазы
Гликозидгидролазы катализируют разрыв гликозидных связей. Они используются для модификации олигосахаридной структуры гликана после его добавления к липиду. Они также могут удалять гликаны из гликолипидов, превращая их обратно в немодифицированные липиды. [5]
Дефекты обмена веществ
Сфинголипидозы представляют собой группу заболеваний, связанных с накоплением сфинголипидов, которые не подверглись правильному расщеплению, обычно из-за дефекта фермента гликозидгидролазы. Сфинголипидозы обычно наследуются, и их эффекты зависят от того, какой фермент поражен, и от степени поражения. Одним из ярких примеров является болезнь Нимана-Пика , которая может вызывать боль и повреждение нейронных сетей. [6]
Функция
Межклеточные взаимодействия
Основная функция гликолипидов в организме — служить сайтами узнавания межклеточных взаимодействий. Сахарид гликолипида связывается со специфическим дополнительным углеводом или с лектином (углеводсвязывающим белком) соседней клетки. Взаимодействие этих маркеров клеточной поверхности лежит в основе распознавания клеток и инициирует клеточные реакции, которые способствуют таким действиям, как регуляция, рост и апоптоз . [7]
Иммунные реакции
Примером того, как гликолипиды функционируют в организме, является взаимодействие между лейкоцитами и эндотелиальными клетками во время воспаления. Селектины , класс лектинов , обнаруженных на поверхности лейкоцитов и эндотелиальных клеток, связываются с углеводами, прикрепленными к гликолипидам, инициируя иммунный ответ. Это связывание приводит к тому, что лейкоциты покидают кровообращение и собираются вблизи места воспаления. Это первоначальный механизм связывания, за которым следует экспрессия интегринов , которые образуют более прочные связи и позволяют лейкоцитам мигрировать к месту воспаления. [8] Гликолипиды также ответственны за другие реакции, в частности, за распознавание клеток-хозяев вирусами. [9]
Группы крови
Группы крови являются примером того, как гликолипиды на клеточных мембранах опосредуют взаимодействие клеток с окружающей средой. Четыре основные группы крови человека (А, В, АВ, О) определяются олигосахаридом, прикрепленным к специфическому гликолипиду на поверхности эритроцитов , который действует как антиген . Немодифицированный антиген, называемый антигеном H, характерен для типа O и присутствует в эритроцитах всех групп крови. Группа крови A имеет N-ацетилгалактозамин , добавленный в качестве основной определяющей структуры, группа B имеет галактозу , а группа AB содержит все три этих антигена. Антигены, которых нет в крови человека, вызывают выработку антител, которые связываются с чужеродными гликолипидами. По этой причине люди с группой крови АВ могут получать переливания всех групп крови (универсальный акцептор), а люди с группой крови О могут выступать донорами всех групп крови (универсальный донор). [10]
Химическая структура гликолипидов
Виды гликолипидов
Гликоглицеролипиды: подгруппа гликолипидов, характеризующаяся ацетилированным или неацетилированным глицерином по меньшей мере с одной жирной кислотой в качестве липидного комплекса. Глицерогликолипиды часто связаны с фотосинтетическими мембранами и их функциями. Подкатегории глицерогликолипидов зависят от присоединенных углеводов. [11]
Галактолипиды : определяются галактозным сахаром, присоединенным к молекуле липида глицерина. Они обнаружены в мембранах хлоропластов и связаны с фотосинтетическими свойствами. [11]
Гликосфинголипиды : подгруппа гликолипидов на основе сфинголипидов . Гликосфинголипиды в основном расположены в нервной ткани и отвечают за передачу сигналов в клетках. [13]
Цереброзиды : группа гликосфинголипидов, участвующих в мембранах нервных клеток. [14]
Галактоцереброзиды : тип цереброзида с галактозой в качестве сахаридной части.
Глюкоцереброзиды : тип цереброзидов с глюкозой в качестве сахаридной части; часто встречается в ненервных тканях.
Сульфатиды : класс гликолипидов, содержащий сульфатную группу в углеводе с церамидной липидной основой. Они участвуют в многочисленных биологических функциях, начиная от иммунного ответа и заканчивая передачей сигналов нервной системы.
Ганглиозиды : наиболее сложные гликолипиды животного происхождения. Они содержат отрицательно заряженные олигосахариды с одним или несколькими остатками сиаловой кислоты ; идентифицировано более 200 [15] различных ганглиозидов. Их больше всего в нервных клетках.
Глобозиды : гликосфинголипиды, содержащие более одного сахара в составе углеводного комплекса. Они имеют множество функций; неспособность расщепить эти молекулы приводит к болезни Фабри .
Гликофосфинголипиды: сложные гликофосфолипиды грибов, дрожжей и растений, где их первоначально называли «фитогликолипидами». Они могут представлять собой такой же сложный набор соединений, как и отрицательно заряженные ганглиозиды у животных.
Гликофосфатидилинозитолы : подгруппа гликолипидов, определяемая липидным фрагментом фосфатидилинозитола, связанным с углеводным комплексом. Они могут быть связаны с С-концом белка и выполнять различные функции, связанные с различными белками, с которыми они могут быть связаны. [16]
^ аб «Гликолипиды». природа . Издательская группа «Природа» . Проверено 1 ноября 2015 г.
^ Аурели М, Грасси С, Приони С, Соннино С, Принетти А (август 2015 г.). «Липидные мембранные домены головного мозга». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Молекулярная и клеточная биология липидов . 1851 (8): 1006–16. дои : 10.1016/j.bbalip.2015.02.001. ПМИД 25677824.
^ Уильямс Г.Дж., Торсон Дж.С. (2009). «Природные продукты гликозилтрансфераз: свойства и применение». Достижения энзимологии . Достижения в энзимологии и смежных областях молекулярной биологии. Том. 76. стр. 55–119. дои : 10.1002/9780470392881.ch2. ISBN9780470392881. ПМИД 18990828.
^ Синнотт ML (ноябрь 1990 г.). «Каталитический механизм ферментативного переноса гликозила». Химические обзоры . 90 (7): 1171–1202. дои : 10.1021/cr00105a006.
^ Сандхофф К. (1974). «Сфинголипидозы». Журнал клинической патологии . 8 (12): 94–105. дои : 10.1136/jcp.s3-8.1.94. ПМК 1347206 . ПМИД 4157247.
^ Шнаар Р.Л. (июнь 2004 г.). «Гликолипид-опосредованное межклеточное распознавание при воспалении и регенерации нервов». Архив биохимии и биофизики . 426 (2): 163–72. дои : 10.1016/j.abb.2004.02.019. ПМИД 15158667.
↑ Ван Б., Boons G (9 сентября 2011 г.). Распознавание углеводов: биологические проблемы, методы и приложения. Джон Уайли и сыновья. п. 66. ИСБН9781118017579.
^ Эрб IH (май 1940 г.). «Классификация групп крови: призыв к единообразию». Журнал Канадской медицинской ассоциации . 42 (5): 418–21. ПМК 537907 . ПМИД 20321693.
^ аб Нойфельд Э.Ф., Холл CW (январь 1964 г.). «Образование галактолипидов хлоропластами». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 14 (6): 503–8. дои : 10.1016/0006-291X(64)90259-1. ПМИД 5836548.
^ Харвуд Дж.Л., Николлс Р.Г. (апрель 1979 г.). «Растительный сульфолипид — основной компонент круговорота серы». Труды Биохимического общества . 7 (2): 440–7. дои : 10.1042/bst0070440. ПМИД 428677.
^ Хакомори С. , Игараси Ю. (декабрь 1995 г.). «Функциональная роль гликосфинголипидов в распознавании клеток и передаче сигналов». Журнал биохимии . 118 (6): 1091–103. doi : 10.1093/oxfordjournals.jbchem.a124992 . ПМИД 8720120.
^ Юревичс Х., Хостеттлер Дж., Муза Э.Д., Сэммонд Д.В., Мацусима Г.К., Тэйвс А.Д., Морелл П. (май 2001 г.). «Синтез цереброзида как мера скорости ремиелинизации после демиелинизации, вызванной купризоном, в мозге». Журнал нейрохимии . 77 (4): 1067–76. дои : 10.1046/j.1471-4159.2001.00310.x . ПМИД 11359872.
^ Арига Т., член парламента Макдональда, Ю РК (июнь 2008 г.). «Роль метаболизма ганглиозидов в патогенезе болезни Альцгеймера - обзор». Журнал исследований липидов . 49 (6): 1157–75. doi : 10.1194/jlr.R800007-JLR200 . ПМК 2386904 . ПМИД 18334715.
^ Паулик М.Г., Бертоцци Ч.Р. (июль 2008 г.). «Гликозилфосфатидилинозитоловый якорь: сложная мембранная структура для белков». Биохимия . 47 (27): 6991–7000. дои : 10.1021/bi8006324. ПМЦ 2663890 . ПМИД 18557633.
