Сиаловые кислоты (от др.-греч. σίαλον «слюна») — общее название N- и O-замещённых производных нейраминовой кислоты , моносахарида с девятиатомной углеродной цепью. Наиболее распространённого представителя этого класса — N-ацетилнейраминовую кислоту (НАНК, Neu5Ac) — также часто называют сиаловой кислотой. Широко распространены в тканях животных , однако встречаются также у растений , грибов и бактерий . Впервые были обнаружены в 1930-е годы , и другими в качестве преобладающих продуктов мягкого кислотного гидролиза гликолипидов мозга и муцинов слюны , от чего и получили своё название . К 1980-м годам были идентифицированы более 30 различных производных НАНК. Другой ряд сиаловых кислот включает в себя метаболиты (Kdn); с их учётом общее число сиаловых кислот достигает 50 .

Структура

Из-за влияния карбоксильной группы на кетозидную связь сиаловые кислоты неустойчивы, эта связь легко подвергается гидролитическому расщеплению.

Нумерация структуры сиаловой кислоты начинается с карбоксильного атома углерода. Конфигурация, в которой карбоксилат-анион находится в аксиальном положении, является α-аномером.

В растворе сиаловая кислота преимущественно находится в β-форме (более 90 %), а в состав гликанов входит α-аномер.

Разнообразие сиаловых кислот определяется, во-первых, природой и позицией замещения углевода , к которому гликозидной связью присоединён фрагмент сиаловой кислоты, а во-вторых, характером модификации заместителей при атомах углерода C-1, C-4, C-5, C-7, C-8 и C-9. Гликозидные связи создаются ферментами , чаще всего с позициями C-3 и C-6 остатков галактозы и C-6 N-ацетилгалактозамина .

Варьирование заместителей при атоме C-5 определяет строение четырёх ключевых сиаловых кислот: Neu5Ac (N-ацетил), Kdn ( гидроксил ), N-гликолилнейраминовой кислоты (Neu5Gc), N-(гидроксиацетил)), а также нейраминовой кислоты (Neu, аминогруппа ). Карбоксильная группа при C-1 обычно депротонирована, однако может образовывать лактоны с соседними сахаридами, а также лактамы в случае Neu. Среди заместителей при остальных атомах углерода обычно встречаются O-метил, O-ацетил, O-сульфат, O-лактил, а также фосфатная группа. Встречаются также ненасыщенные и дегидрированные производные сиаловых кислот, наиболее распространённое среди которых — Neu2en5Ac (2-деокси-2,3-дидегидро-НАНК) .

Полимерные и олигомерные формы сиаловых кислот встречаются в гликопротеинах животных (в частности, в клетках мозга и рыбьей икры ), характерны для некоторых патогенных бактерий . Концентрация полисиаловых кислот в мозге значительно снижается при постнатальном развитии ; повышение концентрации сопряжено с нейропластичностью .

Физико-химические свойства

Сиаловые кислоты — бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, слабо растворимые в растворах спирта и эфира и нерастворимые в неполярных органических растворителях . Имеют низкие температуры плавления. При нагревании выше 130—160 °C большинство сиаловых кислот разлагаются. Весьма неустойчивы: при хранении водных растворов наблюдается их распад. Разлагаются под действием минеральных и некоторых органических кислот , а также при взаимодействии с основаниями . По своей природе сиаловые кислоты являются полифункциональными соединениями с ярко выраженной кислотностью (pK _a = 2,6), образуют метиловые эфиры.

Специфические реакции

Сиаловые кислоты имеют ряд специфических реакций:

• прямая реакция Эрлиха ;
• с тиобарбитуровой кислотой .

Первая реакция широко применяется при исследовании гликопротеинов , так как другие компоненты этих биополимеров в этих условиях не дают окрашенных соединений. Данная реакция основана на превращении сиаловых кислот в производные пиррола , которые дают окрашивание при взаимодействии 4-диметиламинобензальдегидом .

Вторая основана на образовании формилпировиноградной кислоты, которая даёт цветную реакцию при взаимодействии с тиобарбитуровой кислотой .

Методы обнаружения

Для идентификации сиаловых кислот применяется хроматография на бумаге, в тонком слое силикагеля , электрофорез на бумаге.

Распространение

Сиаловые кислоты широко распространены в природе. Встречаются в составе гликокаликса животной клетки (в том числе человека), клеточных оболочках бактерий , клеточных стенках растений , являются структурными компонентами гликопротеинов и гликолипопротеинов, входят в состав структурных компонентов олигосахаридов женского молока , простетической группы мукопротеина подчелюстной железы, ганглиозидов мозга, участвующих в проведении нервных импульсов , часто встречаются в составе спинномозговой жидкости (в свободном состоянии), секретов слюнных желез , слизей , в мембранах митохондрий , .

Биосинтез

В бактериальных системах сиаловые кислоты синтезируются с помощью фермента альдолазы . Фермент в качестве субстрата использует производное маннозы , вставляя три атома углерода от молекулы пирувата в полученную структуру сиаловой кислоты. Альдолазы могут использоваться также для химико-ферментативного синтеза производных сиаловой кислоты .

Функции

Сиаловые кислоты представляют собой важный строительный блок гликанов и гликолипидов . Их типичное расположение — на концах , и ганглиозидов , но они также могут быть промежуточными звеньями полисахаридов (преимущественно бактериальных), а также формировать олиго- и полисиаловые кислоты . Наличие сиаловых кислот на концах олигосахаридных цепей животных гликопротеинов обеспечивает возможность циркуляции последних в кровотоке, предотвращая захват их клетками печени . Входя в состав биополимеров животных клеток, сиаловые кислоты во многом определяют свойства клеточной поверхности. Находясь на невосстанавливающем конце олигосахаридных цепей гликолипидов и гликопротеинов, сиаловые кислоты маскируют антигенные детерминанты биополимера .

Сиаловые кислоты связывают селектин в организме человека и других организмах.

Играют значительную роль в патологических процессах : воспаления , иммунного ответа , канцерогенеза (некоторые из сиаловых кислот, например, N-ацетилнейраминовая кислота участвует в проникновении метастазов в кровеносные сосуды ), проникновения вирусов , бактерий и грибков в организм человека итд.

Метастатические клетки рака часто имеют высокую экспрессию сиаловой кислоты, которой богаты гликопротеины . Именно избыточная экспрессия сиаловой кислоты на поверхности создает отрицательный заряд, действующий на клеточные мембраны. Это создает отталкивание между здоровыми клетками (образуя, так называемые клетки оппозиции) и помогает метастазам на поздних стадиях рака попадать в кровеносные сосуды .

В 1940-е годы было обнаружено, что сиаловая кислота является клеточным рецептором вирусов гриппа и разрушается под действием фермента, впоследствии названного нейраминидазой . Широко используемые лекарственные средства против гриппа ( осельтамивир и занамивир ) являются аналогами сиаловой кислоты и мешают проникновению вируса в клетку путём ингибирования нейраминидазы.

Регионы, богатые сиаловыми кислотами, создают отрицательный заряд на поверхности клеток. Поскольку вода является полярной молекулой с частичным положительным зарядом на обоих атомах водорода , она притягивается к поверхности клеток и мембран . Это также способствует поглощению жидкости клетками.

Патология обмена сиаловых кислот

Патология обмена включает группу наследственных заболеваний — сиалидозов . Сиалидоз I типа или муколипидоз — наследственное ( аутосомно-рецессивное ) заболевание, вызванное накоплением сиаловых кислот в кровотоке, вследствие дефицита лизосомного фермента — нейраминидазы (сиалидазы) , который способствует выведению сиаловых кислот из организма.

См. также

• Сиалидоз
• Ортомиксовирусы

Примечания