GLYKOLIPIDY: KLASIFIKACE, STRUKTURA A FUNKCE - BIOLOGIE - 2025

Tyto glykolipidy jsou membránové lipidy sacharidů v jejich polárních koncovými skupinami. Představují nej asymetrickou distribuci mezi membránovými lipidy, protože se vyskytují výlučně ve vnější monovrstvě buněčných membrán, které jsou zvláště hojné v plazmatické membráně.

Jako většina membránových lipidů, glykolipidy mají hydrofobní oblast složenou z nepolárních uhlovodíkových zbytků a hlavu nebo polární oblast, které mohou být tvořeny různými třídami molekul, v závislosti na dotyčném glykolipidu.

Obecné schéma glykolipidu (Zdroj: Wpcrosson přes Wikimedia Commons)

Glykolipidy lze nalézt v jednobuněčných organismech, jako jsou bakterie a kvasinky, a také v organismech, které jsou tak složité jako zvířata a rostliny.

V živočišných buňkách jsou glykolipidy převážně složeny z sfingosinového skeletu, zatímco v rostlinách dva nejčastější odpovídají diglyceridům a derivátům kyseliny sulfonové. V bakteriích jsou také glykosylglyceridy a deriváty acylovaných cukrů.

V rostlinách jsou glykolipidy koncentrovány v chloroplastických membránách, zatímco u zvířat jsou hojné v plazmatické membráně. Spolu s glykoproteiny a proteoglykany tvoří glykolipidy důležitou součást glykalyly, což je rozhodující pro mnoho buněčných procesů.

Glykolipidy, zejména ty z živočišných buněk, mají tendenci se navzájem spojovat prostřednictvím vodíkové vazby mezi svými uhlovodíkovými skupinami a van der Waalsovými silami mezi svými řetězci mastných kyselin. Tyto lipidy jsou přítomny v membránových strukturách známých jako lipidové rafty, které mají více funkcí.

Funkce glykolipidů jsou různé, ale v eukaryotech je jejich umístění na vnější straně plazmové membrány relevantní z více hledisek, zejména v procesech komunikace, adheze a buněčné diferenciace.

Klasifikace

Glykolipidy jsou glykokonjugáty, které tvoří velmi heterogenní skupinu molekul, jejichž společnou charakteristikou je přítomnost sacharidových zbytků spojených glukosidickými vazbami k hydrofobní skupině, kterou může být acyl-glycerol, ceramid nebo prenylfosfát.

Jeho klasifikace je založena na molekulární kostře, která je mostem mezi hydrofobní a polární oblastí. V závislosti na identitě této skupiny tedy máme:

Glykoglycerolipid

Tyto glykolipidy, stejně jako glycerolipidy, mají diacylglycerol nebo monoalkyl-monoacylglycerolový hlavní řetězec, na který jsou zbytky cukru navázány glukosidickými vazbami.

Glykoglycerolipidy jsou relativně jednotné, pokud jde o jejich uhlohydrátové složení, a zbytky galaktózy nebo glukózy lze nalézt ve své struktuře, z čehož vyplývá jejich hlavní klasifikace, konkrétně:

• Galacto glycerolipidy: v jejich uhlohydrátové části mají zbytky galaktózy. Hydrofobní oblast sestává z molekuly diacylglycerolu nebo alkylacylglycerolu.
• Glukoglycerolipidy: Ty mají ve své polární hlavě zbytky glukózy a hydrofobní oblast je složena výhradně z alkyl acylglycerolu.
• Sulfo glycerolipidy: mohou to být buď galakto-glycerolipidy nebo gluko-glycerolipidy s uhlíky vázanými na sulfátové skupiny, což jim dává charakteristiku "kyselých" a odlišuje je od neutrálních glykoglycerolipidů (galakto- a glyko-glycerolipidů).

Glukosfingolipidy

Tyto lipidy mají jako "kosterní" molekulu část ceramidu, která může mít připojené různé molekuly mastných kyselin.

Jsou to vysoce variabilní lipidy, a to nejen pokud jde o složení jejich hydrofobních řetězců, ale také o uhlovodíkové zbytky v polární hlavě. Jsou hojné v četných savčích tkáních.

Jejich klasifikace je založena spíše na typu substituce nebo na identitě sacharidové části než na oblasti složené z hydrofobních řetězců. Podle typu substituce je klasifikace těchto sfingolipidů následující:

Neutrální glukosfingolipidy: ty, které obsahují v sacharidové části hexózy, N-acetylhexosaminy a methylpentózy.

Sulfatidy: jsou glukosfingolipidy, které obsahují sulfátové estery. Jsou negativně nabité a jsou zvláště bohaté na myelinové pláště mozkových buněk. Nejběžnější mají zbytky galaktózy.

Gangliosidy: také známé jako sialosylglykolipidy, jsou to ty, které obsahují kyselinu sialovou, proto jsou také známé jako kyselé glykosfingolipidy.

Fosfoinositido-glykolipidy: kostra se skládá z fosfoinositido-ceramidů.

Glykofosfatidylinositoly

Jsou to lipidy obvykle rozpoznávané jako stabilní kotvy pro proteiny v lipidové dvojvrstvu. Přidávají se posttranslačně na C-terminální konec mnoha proteinů, které se obvykle nacházejí na vnější straně cytoplazmatické membrány.

Skládají se z glukanového centra, fosfolipidového ocasu a fosfoethanolaminové části, která je váže.

Struktura

Glykolipidy mohou mít sacharidové části připojené k molekule pomocí N- nebo O-glukosidických vazeb, a dokonce i prostřednictvím ne-glukosidických vazeb, jako jsou esterové nebo amidové vazby.

Sacharidová část je vysoce variabilní, nejen ve struktuře, ale také ve složení. Tato sacharidová část může být složena z mono-, di-, oligo- nebo polysacharidů různých typů. Mohou mít aminokyseliny a dokonce i kyselé, jednoduché nebo rozvětvené cukry.

Zde je stručný popis obecné struktury tří hlavních tříd glykolipidů:

Glykoglycerolipidy

Jak bylo uvedeno výše, glykoglycerolipidy u zvířat mohou mít zbytky galaktózy nebo glukózy, fosfátované nebo ne. Řetězy mastných kyselin v těchto lipidech mají mezi 16 a 20 atomy uhlíku.

V galakto-glycerolipidech dochází ke spojení mezi cukrem a lipidovým páteřem pomocí p-glukosidických vazeb mezi C-1 galaktózy a C-3 glycerolu. Zbývající dva uhlíky glycerolu jsou buď esterifikovány mastnými kyselinami nebo C1 je substituován alkylovou skupinou a C2 acylovou skupinou.

Obvykle je pozorován jediný zbytek galaktózy, ačkoli byla hlášena existence digalaktoglycerolipidů. Pokud jde o slufogalaktoglycerolipid, obvykle se sulfátová skupina nachází na C-3 zbytku galaktózy.

Struktura glycerolipidů je poněkud odlišná, zejména s ohledem na počet zbytků glukózy, které mohou být spojeny až 8 zbytky vazbami typu a (1-6). Molekula glukózy, která přemosťuje lipidový páteř, je k němu připojena vazbou a (1-3).

U sulfoglykoglycerolipidů je sulfátová skupina připojena k uhlíku v poloze 6 koncového glukózového zbytku.

Glukosfingolipidy

Stejně jako ostatní sfingolipidy jsou glykosfingolipidy odvozeny od L-serinu kondenzovaného s mastnou kyselinou s dlouhým řetězcem, která tvoří sfingoidovou bázi známou jako sfingosin. Když je na uhlík 2 sfingosinu navázána další mastná kyselina, vytvoří se ceramid, který je společnou bází všech sfingolipidů.

V závislosti na typu sfingolipidu se skládají ze zbytků D-glukózy, D-galaktózy, N-acetyl-D-galaktosaminu a N-acetylglukosaminu, jakož i kyseliny sialové. Gangliosidy jsou možná nejrozmanitější a nejsložitější z hlediska rozvětvení oligosacharidových řetězců.

Glykofosfatidylinositoly

V těchto glykolipidech mohou být zbytky glukanového centra (glukosamin a manóza) modifikovány různými způsoby přidáním fosfoethanolaminových skupin a jiných cukrů. Tato odrůda jim poskytuje velkou strukturální složitost, která je důležitá pro jejich zavedení do membrány.

Rostlinné glykolipidy

Chloroplasty mnoha řas a vyšších rostlin jsou obohaceny neutrálními galaktoglycerolipidy, které mají podobné vlastnosti jako cerebrosidy u zvířat. Mono- a digalaktolipidy jsou p vázány na diglyceridovou skupinu, zatímco sulfolipidy jsou odvozeny pouze od a-glukózy.

Bakteriální glykolipidy

U bakterií jsou glykosylglyceridy strukturně analogické zvířecím fosfoglyceridům, ale obsahují uhlovodíkové zbytky spojené glykosylací v poloze 3 sn-1,2-diglyceridu. Acylované deriváty cukru neobsahují glycerol, ale mastné kyseliny přímo vázané na cukry.

Nejběžnějšími sacharidovými zbytky mezi bakteriálními glykolipidy jsou galaktóza, glukóza a manóza.

Funkce

U zvířat hrají glykolipidy důležitou roli v buněčné komunikaci, diferenciaci a proliferaci, onkogenezi, elektrické odpudivosti (v případě polárních glykolipidů), adhezi buněk.

Jeho přítomnost v mnoha buněčných membránách zvířat, rostlin a mikroorganismů odpovídá za jeho důležitou funkci, která souvisí zejména s vlastnostmi multifunkčních lipidových vorů.

Sacharidová část glykosfingolipidů je určující pro antigenicitu a imunogenitu buněk, které ji nesou. Může se podílet na mezibuněčných procesech rozpoznávání i na buněčných „sociálních“ činnostech.

Galaktoglycerolipidy v rostlinách, vzhledem k jejich relativní hojnosti v rostlinných membránách, hrají důležitou roli při stanovení charakteristik membrány, jako je stabilita a funkční aktivita mnoha membránových proteinů.

Role glykolipidů v bakteriích je také různorodá. Některé z glykoglycerolipidů jsou vyžadovány ke zlepšení stability dvojvrstvy. Slouží také jako prekurzory jiných složek membrány a také podporují růst anoxie nebo deficience fosfátů.

GPI kotvy nebo glukosidylfosfatidylinositoly jsou také přítomny v lipidových vorech, podílejí se na přenosu signálu, na patogenezi mnoha parazitických mikroorganismů a na orientaci apikální membrány.

Potom lze říci, že obecné funkce glykolipidů, jak v rostlinách, zvířatech, tak v bakteriích, odpovídají ustavení stability a tekutosti membrány; účast na specifických interakcích lipid-protein a rozpoznávání buněk.

Reference

1. Abdel-mawgoud, AM, a Stephanopoulos, G. (2017). Jednoduché glykolipidy mikrobů: Chemie, biologická aktivita a metabolické inženýrství. Syntetická a systémová biotechnologie, 1-17.

2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2015). Molekulární biologie buňky (6. vydání). New York: Garland Science.

3. Ando, ​​T., Imamura, A., Ishida, H., & Kiso, M. (2007). Syntéza glykolipidů. Carbohydrate Research, 797–813.

4. Benson, A. (1964). Rostlinné membrány lipidů. Annu. Plant. Physiol., 15, 1-16.

5. Bronislaw, L., Liau, YUNH a Slomiany, A. (1987). Živočišné glykoglycerolipidy. Prog. Lipid Res., 26, 29–51.

6. Holzl, G., & Dormann, P. (2007). Struktura a funkce glykoglycerolipidů v rostlinách a bakteriích. Prog. Lipid Res., 46, 225–243.

7. Honke, K. (2013). Biosyntéza a biologická funkce sulfoglykolipidů. Proc. Jpn. Acad. Ser. B, 89 (4), 129–138.

8. Kanfer, J., & Hakomori, S. (1983). Sfingolipidová biochemie. (D. Hanahan, Ed.), Handbook of Lipid Research 3 (1. vydání).

9. Koynova, R., & Caffrey, M. (1994). Fáze a fázové přechody glykoglycerolipidů. Chemistry and Physics of Lipids, 69, 181–207.

10. Law, J. (1960). Glykolipidy. Annual Reviews, 29, 131–150.

11. Paulick, MG a Bertozzi, CR (2008). Glykosylfosfatidylinositolová kotva: Komplexní membránové kotvení. Biochemistry, 47, 6991-7000.