SIAALZUUR: STRUCTUUR, FUNCTIES EN ZIEKTEN - BIOLOGIE - 2024

De siaalzuren zijn monosacchariden met negen koolstofatomen. Ze behoren tot de familie van neuraminezuurderivaten (5-amino-3,5-dideoxy-D-glycero-D-galacto-nonulosonzuur) en zijn wijd verspreid in de natuur, vooral in het dierenrijk.

Ze komen normaal niet voor als vrije moleculen, maar zijn door α-glucosidische bindingen verbonden met koolhydraatmoleculen of met andere siaalzuurmoleculen, en kunnen dan eindstandige of interne posities innemen binnen een lineaire koolhydraatketen.

Schematische voorstelling van een siaalzuurmolecuul (Bron: Gebruiker: glycoform via Wikimedia Commons)

De term "siaalzuur" werd voor het eerst bedacht door Gunnar Blix in 1957, hoewel eerdere rapporten van andere onderzoekers aangeven dat de ontdekking ervan een decennium of twee eerder dateert, toen ze werden beschreven als onderdeel van sialo-mucine-glycoproteïnen en sialo sialo sialo-sfingolipiden (gangliosiden). .

Siaalzuren zijn aanwezig in veel van de natuurrijken. Ze zijn aangetroffen in sommige virussen, pathogene bacteriën, protozoa, kreeftachtigen, platwormen, insecten en gewervelde dieren zoals vissen, amfibieën, vogels en zoogdieren. Integendeel, ze zijn niet gevonden in schimmels, algen of planten.

Structuur

Siaalzuren komen voornamelijk voor in het terminale gedeelte van glycoproteïnen en glycolipiden aan het oppervlak, waardoor deze glycoconjugaten een grote diversiteit krijgen. Differentiële "sialylatie" -patronen zijn producten van de expressie van weefselspecifieke glycosyltransferasen (sialyltransferasen).

Structureel behoren siaalzuren tot een familie van ongeveer 40 natuurlijke derivaten van neuraminezuur die N-geacyleerd zijn, waardoor twee 'ouder'-structuren ontstaan: N-acetylneuraminezuur (Neu5Ac) of N-glycolylneuraminezuur (Neu5Gc) .

Zijn structurele kenmerken omvatten de aanwezigheid van een aminogroep (die kan worden gemodificeerd) op positie 5 en een carboxylgroep op positie 1, die kan worden geïoniseerd bij fysiologische pH. Een zuurstofarme C-3-koolstof en een glycerolmolecuul op de C-6-positie.

Schematische voorstelling van een molecuul siaalzuur met de opsomming van de koolstofatomen (Bron: Gebruiker: glycoform via Wikimedia Commons)

Veel derivaten ontstaan ​​door de substitutie van de hydroxylgroepen op de C-4-, C-7-, C-8- en C-9-posities door acetyl-, glycol-, lactyl-, methyl-, sulfaat- en fosfaatgedeelten; evenals de introductie van dubbele bindingen tussen C-2 en C-3.

In de lineaire terminale positie omvat de bevestiging van een siaalzuurgedeelte aan een oligosaccharideketen een α-glucosidebinding tussen de hydroxylgroep van de C-2 anomere koolstof van siaalzuur en de hydroxylgroepen van de C-3, C-koolstofatomen. 4 of C-6 van het monosaccharidegedeelte.

Deze koppelingen kunnen zijn tussen galactoseresiduen, N-acetylglucosamine, N-acetylgalactosamine en in sommige unieke gangliosiden glucose. Ze kunnen optreden via N-glycosidische of O-glycosidebindingen.

Kenmerken

Siaalzuren worden verondersteld om parasitaire organismen te helpen overleven in het gastheerorganisme; voorbeelden hiervan zijn zoogdierpathogenen die enzymen voor het metabolisme van siaalzuur produceren (sialidasen of N-acetylneuramine-lyases).

Er zijn geen zoogdiersoorten waarvoor de aanwezigheid van siaalzuren niet is gerapporteerd als onderdeel van glycoproteïnen in het algemeen, glycoproteïnen van het serum, van het slijmvlies, als onderdeel van celoppervlaktestructuren of als onderdeel van complexe koolhydraten.

Ze zijn aangetroffen in zure oligosacchariden in de melk en biest van mensen, runderen, schapen, honden en varkens, en ook als onderdeel van de urine van ratten en mensen.

Rol in celadhesieprocessen

Glycoconjugaten met siaalzuurgroepen spelen een belangrijke rol bij informatie-uitwisselingsprocessen tussen aangrenzende cellen en tussen cellen en hun omgeving.

De aanwezigheid van siaalzuur in celmembranen draagt ​​bij tot de vorming van een negatieve lading op het oppervlak, wat positieve gevolgen heeft bij sommige elektrostatische afstotingsgebeurtenissen tussen cellen en sommige moleculen.

Daarnaast geeft de negatieve lading de siaalzuren in het membraan een rol bij het transport van positief geladen ionen.

Er is gemeld dat de binding van het endotheel en epitheel aan het glomerulaire basaalmembraan wordt vergemakkelijkt door siaalzuur, en dit beïnvloedt ook het contact tussen deze cellen.

Rol in de levensduur van bloedcelcomponenten

Siaalzuur heeft belangrijke functies als onderdeel van glycoforine A in het plasmamembraan van erytrocyten. Sommige onderzoeken hebben aangetoond dat het gehalte aan siaalzuur omgekeerd evenredig is met de leeftijd van deze cellen.

Erytrocyten die zijn behandeld met neuraminidase-enzymen, die verantwoordelijk zijn voor de afbraak van siaalzuur, verminderen hun halfwaardetijd in de bloedbaan drastisch van 120 dagen tot enkele uren. Hetzelfde geval is waargenomen met bloedplaatjes.

Trombocyten verliezen hun adhesie- en aggregatiecapaciteit bij afwezigheid van siaalzuur in hun oppervlakte-eiwitten. In lymfocyten speelt siaalzuur ook een belangrijke rol bij celadhesie en herkenningsprocessen, evenals bij de interactie met oppervlaktereceptoren.

Functies in het immuunsysteem

Het immuunsysteem kan onderscheid maken tussen zijn eigen of binnendringende structuren op basis van de herkenning van de siaalzuurpatronen die aanwezig zijn in de membranen.

Siaalzuur, evenals de enzymen neuraminidase en sialyltransferase, bezitten belangrijke regulerende eigenschappen. De terminale delen van siaalzuur in plasmamembraan-glycoconjugaten hebben maskerende functies of zijn membraanreceptoren.

Bovendien hebben verschillende auteurs de mogelijkheid geopperd dat siaalzuur antigene functies heeft, maar het is nog niet met zekerheid bekend. De maskerende functies van siaalzuurresiduen zijn echter erg belangrijk bij celregulatie.

Maskering kan een directe of indirecte beschermende rol hebben, afhankelijk van of het siaalzuurgedeelte direct het antigene koolhydraatresidu bedekt, of dat het een siaalzuur in een aangrenzend glycoconjugaat is dat het antigene gedeelte maskeert.

Sommige antilichamen bezitten Neu5Ac-residuen die virusneutraliserende eigenschappen vertonen, aangezien deze immunoglobulinen de adhesie van virussen aan alleen conjugaten (glycoconjugaten met delen siaalzuur) op het celmembraan kunnen voorkomen.

Andere functies

In het darmkanaal spelen siaalzuren een even belangrijke rol, omdat ze deel uitmaken van de mucines, die smerende en beschermende eigenschappen hebben, essentieel voor het hele organisme.

Bovendien zijn siaalzuren ook aanwezig in de membranen van bronchiale, maag- en darmepitheelcellen, waar ze betrokken zijn bij transport, secretie en andere metabolische processen.

Ziekten

Van tal van ziekten is bekend dat ze afwijkingen in het siaalzuurmetabolisme met zich meebrengen en deze staan ​​bekend als sialidose. Tot de meest prominente behoren sialurie en de ziekte van Salla, die worden gekenmerkt door uitscheiding via de urine met grote hoeveelheden vrije siaalzuren.

Andere immunologische ziekten hebben te maken met veranderingen in anabole en katabole enzymen die verband houden met het siaalzuurmetabolisme, die een afwijkende accumulatie van glycoconjugaten met delen van siaalzuur veroorzaken.

Sommige ziekten die verband houden met bloedfactoren zijn ook bekend, zoals trombocytopenie, die bestaat uit een verlaging van het niveau van trombocyten in het bloed, waarschijnlijk veroorzaakt door een tekort aan siaalzuur in het membraan.

De ziekte van Von Willebrand komt overeen met een defect in de adhesiecapaciteit van trombocyten aan de subendotheliale membraanglycoconjugaten van de bloedvatwand, veroorzaakt door tekorten of tekorten in glycosylering of sialylering.

Trombasthenie van Glanzmann is een andere aangeboren aandoening van trombocytenaggregatie waarvan de wortel de aanwezigheid van defecte glycoproteïnen in het membraan van de trombocyten is. Van defecten in deze glycoproteïnen is aangetoond dat ze verband houden met een verlaagd Neu5Ac-gehalte.

Referenties

1. Clayden, J., Greeves, N., Warren, S., & Wothers, P. (2001). Organische chemie (1st ed.). New York: Oxford University Press.
2. Demchenko, AV (2008). Handbook of Chemical Glycosylation: Advances in Stereoselectivity and Therapeutic Relevance. Wiley-VCH.
3. Rosenberg, A. (1995). Biologie van de siaalzuren. New York: Springer Science + Business Media, LLC.
4. Schauer, R. (1982). Sialinezuren: chemie, metabolisme en functie. Springer-Verlag Wien New York.
5. Traving, C., & Schauer, R. (1998). Structuur, functie en metabolisme van siaalzuren. CMLS Cellular and Molecular Life Sciences, 54, 1330–1349.