Сиаловая кислота. Определения сиаловой кислоты в медицинской практике

Санкт-Петербургская государственная педиатрическая

медицинская академия

Кафедра: Биологическая химия

Сиаловая кислота.

Определения сиаловой кислоты в медицинской практике

Выполнила:

Ипатова М. 223 гр.

29.01.10

План:

Введение.

N-ацетилнейраминовая кислота

Сиаловая кислота в медицине

Последние исследования сиаловой кислоты

Список литературы

Введение

Биологическая химия способствует более глубокому проникновению в сокровенные тайны жизни и выяснению связи между структурой индивидуальных химических компонентов живой материи и их биологическими функциями. Она раскрывает способы хранения и передачи генетической информации и принципов структурной организации белков и нуклеиновых кислот, расшифровка механизмов биосинтеза этих полимерных молекул. А также молекулярных механизмов трансформации энергии в живых системах, установлении роли биомембран и субклеточных компонентов. Овладевание этими закономерностями не только формирует в будущем враче понимание процессов жизни, но и дает возможности активного вмешательства в патологические процессы.

Поэтому в данной работе я хочу показать: насколько важна сиаловая кислота в жизнедеятельности клетки, как необходима в процессах организма и к каким заболеваниям может привести неправильное функционирование данного объекта.

1. N-ацетилнейраминовая кислота

Сиаловые кислоты являются полифункциональными соединениями с сильными кислотными свойствами.

Сиаловая кислота является N-ацетилнейраминовой кислотой (NeuAc).

Сиаловая кислота состоит из одной молекулы галактозы, у пятого углеродного атома находится ацетилированная аминогруппа.

Сиаловая кислота обеспечивает защиту слизистых оболочек от механических и химических повреждений. Наличие сиаловой кислоты в составе белков крови (церулоплазмина, кислого б₁-гликопротеина и др.) и некоторых гормонов (хорионического гонадотропина, фолликулостимулирующего и лютеинизирующего гормонов) определяет длительность циркуляции этих соединений в кровотоке. После отщепления сиаловой кислоты, когда концевым сахаром в молекулах гликопротеинов становится галактоза, эти белки поглощаются клетками печени. Именно этим объясняется потеря гормонами биологической активности.

Установлено, что сиаловые кислоты являются компонентом клеточных рецепторов, специфичных для вирусов гриппа.

Как правило, в свободном виде в норме они не встречаются, а входят в состав различных углеводсодержащих веществ, таких как:

а). Гликопротеины

б) Гликолипиды (ганглиозиды)

в) Олигосахариды.

а) К типичным гликопротеинам относят большинство белковых гормонов, секретируемые в жидкие среды организма вещества, мембранные сложные белки, все антитела (иммуноглобулины), белки плазмы крови, молока, овальбумин, интерфероны, факторы комплемента, группы крови, рецепторные белки и др. Из этого далеко неполного перечня гликопротеинов видно, что все они выполняют специфические функции: обеспечивают клеточную адгезию, молекулярное и клеточное узнавание, антигенную активность опухолевых клеток, оказывают защитное и гормональное, а также антивирусное действие. Занимая в молекулах этих веществ концевое положение, сиаловые кислоты оказывают значительное влияние на их физико-химические свойства и биологическую активность. Определяя отрицательный заряд молекул гликопротеинов, сиаловые кислоты обусловливают вытянутую форму их молекул и как следствие высокую вязкость содержащих эти гликопротеины секретов слизистых оболочек дыхательного, кишечного и полового трактов. Находясь в составе углеводной части гликопротеинов, сиаловая кислота маскирует остатки сахаров, являющихся антигенными детерминантами и таким образом, играют важную роль в иммунных реакциях, снижая иммуногенные свойства нормальных и опухолевых клеток.

а) Ганглиозиды - это наиболее сложные по составу липиды. Они содержат несколько углеводных остатков, среди которых присутствуют N-ацетилнейраминовая кислота. Строение ганглиозида G_m2. Может быть представлено следующей схемой:

Церамид-глюкоза-галактоза-N-ацетилгалактозамин

N-ацетилнейраминовая кислота

Ганглиозиды обозначают буквой G, например G_m2. Нижний индекс в виде букв M, D, T, Q означает, что молекула ганглиозида содержит 1, 2, 3 и 4 остатка сиаловых кислот. Цифра у нижнего индекса обозначает специфическую последовательность углеводов в ганглиозиде. Ганглиозиды содержатся в основном в ганглиозных клетках нервной ткани, откуда они и получили свое название. Однако ганглиозиды находятся и в плазматических мембранах многих клеток-эритроцитов, гепатоцитов, клеток селезенки и других органов.

Некоторые ганглиозиды - рецепторы бактериальных токсинов. Например, G_M1, находящийся на поверхности клеток кишечного эпителия, является местом прикрепления холерного токсина-белка, секретируемого возбудителями холеры.

Главная роль ганглиозидов определяется их участием в осуществлении межклеточных контактов. Некоторые ганглиозиды служат своеобразными рецепторами для ряда бактериальных токсинов.

2. Сиаловая кислота в медицине

Длительность циркуляции в кровотоке некоторых клеток крови (эритроцитов, лимфоцитов) также зависит от наличия или отсутствия сиаловой кислоты на их поверхности. Процесс старения эритроцитов связан с уменьшением количества сиаловой кислоты в их оболочке.

Содержание сиаловой кислоты в сыворотке крови здорового человека составляет 620--730 мг/л (2,0--2033 ммоль/л).

Определение количества сиаловой кислоты в крови используют как диагностический и прогностический биохимический тест.

Оно заметно повышается при ряде заболеваний, сопровождающихся воспалительными процессами (например, ревматоидном артрите, полиартрите и др.) или усиленной пролиферацией тканей (например, при их малигнизации).

Известны тяжелые наследственные заболевания, при которых происходит накопление свободных и связанных сиаловых кислот в тканях и жидкостях организма.

Это так называемая болезнь накопления сиаловых кислот, связанная с неизвестным пока первичным биохимическим дефектом, и сиалидоз, причиной которого является генетически обусловленная недостаточность фермента сиалидазы, катализирующей отщепление сиаловой кислоты от содержащих их веществ.

Сиалидозами называют состояния, при которых у больных отмечается недостаточная активность сиалидазы (нейраминидазы), выявляемой при использовании в качестве субстрата определенного гликопротеида, олигосахарида или производных, содержащих синтетическую сиаловую кислоту. Активность ганглиозидсиалидазы остается в пределах нормы.

Время проявления заболевания широко варьирует от 1-го года жизни (муколипидоз I, сиалидоз типа 2, начинающиеся в грудном возрасте) до I или II десятилетия у больных, страдающих миоклонией, у которых определяется вишнево-красное пятно в области macula, снижается зрение на фоне почти нормального умственного развития (сиалидоз типа 1) и доживающих до IV десятилетия.

Одну группу больных, у которых проявляется смешанная клиническая картина, сходная с таковой при том и другом типе (сиалидоз типа 2 с началом в юношеском возрасте), ошибочно относят к группе больных, страдающих необычной формой GM1-ганглиозидоза, обусловленного низкой активностью (в-галактозидазы, обнаруженной в некоторых тканях. При всех типах заболевания с мочой выделяются сиалилолигосахариды, в культивируемых клетках накапливаются производные, содержащие сиаловую кислоту.

Сиалидозы могут быть диагностированы с помощью методов исследования ферментов в культивируемых фибробластах и лейкоцитах. Можно также провести пренатальную диагностику этого заболевания. Возможно установление носителей этого заболевания.

Муколипидоз - общее название болезней накопления, обусловленных недостаточностью активности различных гидролаз. По клинической картине напоминают мукополисахаридозы и проявления синдрома Хюрлер, в тканях происходит накопление сфинголипидов и/или гликолипидов, но экскреции мукополисахаридов с мочой нет. Лечение поддерживающее, возможна и проводится идентификация носителей дефектных генов и пренатальная диагностика. Выделено несколько типов заболевания.

Муколипидоз I - недостаточность сиалидазы (а-[2-6] нейраминидаза, нейраминидаза 1). Стёртые симптомы по типу Хюрлер-синдрома и множественного дизостоза, но с умеренно выраженным отставанием в умственном развитии или без него. Характерны тёмно-вишнёвое пятно при осмотре глазного дна, прогрессирующая потеря зрения, неврологическая симптоматика.

Лабораторно: липидоз нейронов, вакуолизированные клетки фон Купффера, в лейкоцитах пониженная активность а-(2-6) нейраминидазы (этот дефект характерен также для сиалидоза и галактосиалидоза) Муколипидоз II (недостаточность N-ацетилглюкозаминил-фосфотрансферазы). Тяжёлая симптоматика: карликовость, уже при рождении крайне вероятны врождённый вывих бедра, деформации грудной клетки, грыжи, экскреция мукополисахаридов с мочой нормальна, обнаруживают вакуолизированные лимфоциты, в фибробластах in vitro - включения.

Муколипидоз III напоминает мукополисахаридоз VI (синдром Марото-Ламп). Умеренная симптоматика, низкорослость, ограничение подвижности в суставах, короткие нижние конечности, дисплазия скелета, отставание в умственном развитии; часто дефекты аортального и митрального клапанов.

Описаны и другие формы с отставанием в психомоторном развитии, помутнением роговицы, дегенерацией сетчатки, в культивируемых in vitro фибробластах необычные включения.

Также наиболее злокачественные патологии - мукополисахаридозы. Это наследственные тяжелые заболевания, проявляющиеся значительными нарушениями в умственном развитии детей, поражении сосудов, помутнении роговицы, деформациями скелета, уменьшением продолжительности жизни. В зависимости от характера ферментативного дефекта выделяют несколько основных типов мукополисахаридозов:

· I тип -- синдром Гурлера, синдром Гурлера-Шейе, синдром Шейе. Обусловлен дефицитом альфа-L-идуронидазы (фермент катаболизма мукополисахаридов). Выделяют три фенотипа: синдром Гурлера, синдром Шейе и синдром Гурлера-Шейе.

· II тип -- синдром Гунтера

· III тип -- синдром Санфилиппо

· IV тип -- синдром Моркио

· V тип -- синдром Шейе

· VI тип -- синдром Марото--Лами

· VII тип -- синдром Слая дефицит р-глюкуронидазы

* 1 тип (недостаточность-L-идуронидазы)

Клинически: карликовость, гипертрихоз, скафоцефалия (аномалия формы черепа), макроцефалия, умственная отсталость, грубые черты лица, помутнение роговицы, потеря слуха, увеличенный язык, короткая шея, дыхательная недостаточность, болезни клапанов сердца и коронарных артерий, запоры, чередующиеся с диареями, гепатомегалия, спленомегалия, паховая и пупочная грыжи, кифоз, тораколюмбальный горб, сгибательные контрактуры бёдер, искривление коленных суставов, брахидактилия, когтеобразная кисть, расширение диафизов.

1 тип, синдром Шеие

Лабораторно: недостаточность L-идуронидазы в фибробластах, амниотических клетках и лейкоцитах, гиперэкскреция дерматансульфата и гепарансульфата с мочой, метахромазия лейкоцитов и фибробластов. Пренатальная диагностика путём амниоцентеза с исследованием ферментативной активности и прямым определением нуклеотидной последовательности гена.

* 2 тип (недостаточность сульфо-идуронат сульфатазы) -- синдром Хантера

Клинически: от первого типа отличает отсутствие помутнений роговицы, атипичный пигментный ретинит, отёк диска зрительного нерва, увеличенное «турецкое седло», клювовидные тела поясничных позвонков.

Лабораторно: недостаточность сульфо-идуронат сульфатазы в фибробластах, амниоцитах и лейкоцитах, экскреция с мочой дерматансульфата и гепарансульфата, лизосомные включения.

* 3 тип (синдром Санфилиппо) - (недостаточность ацетил-КоА: -глюкозаминид N-ацетилтрансферазы)

Клинически: симптоматика более мягкая, чем при 1 и 2 типах: карликовость умеренная, гипертрихоз, уплотнение костей свода черепа, умеренное огрубление черт лица, отсутствие помутнений роговицы, снижение слуха, незначительная гепатомегалия, двояковыпуклые тела поясничных позвонков, умеренная общая ригидность, умственная отсталость.

Лабораторно: экскреция с мочой гепарансульфата, метахромазия лейкоцитов и фибробластов. Пренатальный диагноз с помощью амниоцентеза.

* 4 тип (синдром Моркио) - недостаточность галактозидазы.

Клинически: карликовость (рост у взрослых от 82 до 115 см), уплотнение костей свода черепа, помутнение роговицы, потеря слуха, умеренная гепатомегалия, платиспондилия, гипоплазия зубовидного отростка, подвывих шейных позвонков, цервикальная миелопатия, аномалия грудной клетки («куриная грудь»), общая слабость мышц, Х-образная деформация ног, дисплазия бёдер, интеллект сохранён. Пренатальная диагностика при помощи амниоцентеза.

Примечание: описана клинически сходная форма синдрома Моркио без отклонений в активности ферментов и без кератансульфатурии.

4 тип, синдром Моркио

* 5 тип -- синдром Шая, в настоящее время отнесён к 1 типу.

* 6 тип -- синдром Марото-Лами -- недостаточность арилсульфатазы B.

Клинически напоминает 1 тип, но без умственной отсталости. Лабораторно: экскреция с мочой хондроитинсульфата, метахромазия лейкоцитов и фибробластов.

* 7 тип -- синдром Слая -- недостаточность глюкуронидазы.

Клинически: грубые черты лица, различной степени помутнение роговицы, снижение слуха, гепатомегалия, спленомегалия, деформация грудной клетки, Х-образная деформация ног, интеллект сохранён. Лабораторно: дерматансульфатурия, кератансульфатурия, метахромазия лейкоцитов и фибробластов.

* 8 тип -- синдром ди Ферранте -- недостаточность глюкозамин-6-сульфатсульфатазы. Клинически: низкорослость, умственная отсталость, гирсутизм, грубые волосы, гепатомегалия, умеренный множественный дизостоз, гипоплазия зубовидного отростка.

Лабораторно: экскреция с мочой дерматансульфата и кератансульфата, метахромазия лимфоцитов, окрашенных толуидиновым синим.

* 9 тип-- недостаточность гиалуронидазы.

Клинически: низкорослость, множественные отложения в околосуставных тканях гиалуроновой кислоты.

Дифференциальная диагностика. Учитывая сходство клинических и лабораторных данных с другими лизосомными болезнями накопления (например, муколипидозами), окончательный диагноз устанавливают на основе исследования конкретных ферментов в лейкоцитах и/или культивируемых фибробластах кожи.

Лечение:

· Пересадка роговицы

· Хирургическая коррекция клапанных пороков сердца, ущемлений нервов

· При III типе коррекция поведенческих проблем может потребовать психиатрического лечения

· При IV типе -- хирургическая коррекция патологической подвижности шейных позвонков для предупреждения компрессии спинного мозга

· Заместительная терапия ферментами не результативна

· Трансплантация костного мозга даёт переменные результаты.

3. Последние исследования сиаловой кислоты

Биохимики из Университета Джона Хопкинса (Johns Hopkins University) под руководством профессора Кевина Ярема (Kevin Yarema) синтезировали молекулу, которая убивает раковые клетки в культурах раковых тканей.

Изобретение ученых основано на открытии 20-летней давности. В 80-х годах прошлого века ученые обнаружили, что масляная кислота, производимая в больших количествах симбионтными бактериями, живущими в кишечнике у человека, способствует восстановлению здоровых клеток и угнетает рост раковых опухолей. Попытки использовать масляную кислоту в качестве лекарства ни к чему не привели, поскольку для достижения видимого эффекта необходимо потреблять очень большие количества масляной кислоты.

С тех пор ученые искали вещество, молекулы которого служили бы в качестве транспортного средства для доставки молекул масляной кислоты внутрь клеток. Ученые из лаборатории профессора Ярема решили использовать в качестве транспортной молекулу вещества - производное сахара маннозы, которое внутри клеток превращается в сиаловую кислоту, играющую ключевую роль в биохимии раковой клетки. Гибридная молекула легко проникает внутрь раковой клетки через ее мембрану, где сразу же расщепляется ферментами на две составляющих: сахар, который превращается в сиаловую кислоту, и масляную кислоту. Сиаловая кислота способствует восстановлению в раковых клетках нормального метаболизма сахаров, тогда как масляная кислота активирует комплекс генов, останавливающих неконтролируемое деление раковых клеток. Хотя точный молекулярный механизм действия этих компонентов еще неизвестен, исследователи полагают, что сиаловая и масляная кислоты обладают усиленным двойным эффектом, который приводит к самоуничтожению раковых клеток - апоптозу.

И следующие исследование было посвящено влиянию сиаловых кислот на развитие аутоиммунные заболевания.

Агрессивность появляющихся при аутоиммунных заболеваниях аутоантител обусловлена отсутствием в структуре их молекул специфического углевода - сиаловой кислоты.

При аутоиммунных заболеваниях антитела (иммуноглобулины) - белки, которые должны бороться с бактериями, вирусами и другими «чужаками», - начинают распознавать и атаковать собственные структуры организма. Механизмы появления таких патологических аутоантител до сих пор до конца неясны, однако иммунологам Рокфеллеровского университета (г. Нью-Йорк) недавно удалось частично ответить на этот вопрос. Авторы продемонстрировали, что способность иммуноглобулинов класса G (IgG) запускать развитие воспалительной реакции зависит от специфического углевода, находящегося в основании Y-образной молекулы антитела. Результаты многолетней работы по изучению аутоиммунных заболеваний показали, что в состав молекул иммуноглобулинов больных аутоиммунными заболеваниями входят различные углеводы. Это навело ученых на мысль о том, что углеводные модификации могут менять активность антител, повышая их патогенность.В более ранней работе авторы показали, что наличие в структуре иммуноглобулина углевода сиаловой кислоты обеспечивает его противовоспалительные свойства. В то же время, согласно результатам проведенных на мышах экспериментов, антитела, характерные для наиболее тяжелых форм аутоиммунных заболеваний, не содержат сиаловой кислоты. Получив доказательства того, что наличие или отсутствие сиаловой кислоты в структуре антител определяет их противо- или провоспалительные свойства, ученые планируют проанализировать состав иммуноглобулинов крови больных различными аутоиммунными заболеваниями на разных стадиях развития патологического процесса, а также недавно вакцинированных здоровых людей. Целью этой работы является расшифровка регуляции механизма модификации иммуноглобулинов молекулами сиаловой кислоты. Авторы считают, что полученные при этом результаты помогут в разработке новых вакцин и подходов к лечению аутоиммунных заболеваний.

Список литературы

1. Северина Е.С., Биохимия, М, Гэотар-медиа, 2007

2. Березняк, Биоорганическая химия

3. «Болезни плода и новорожденного», проф. И.М. Воронцов

4. Ресурсы Интернета.