Ácido siálico: estructura, funciones y enfermedades
Los ácidos siálicos son monosacáridos de nueve átomos de carbono. Pertenecen a la familia de los derivados del ácido neuramínico (ácido 5-amino-3,5-didesoxi-D-glicero-D-galacto-nonulosonico) y están ampliamente distribuidos en la naturaleza, particularmente en el reino animal.
No ocurren normalmente como moléculas libres, sino que están unidos por enlaces α-glucosídicos a moléculas de carbohidratos o a otras moléculas de ácido siálico, pudiendo entonces ocupar posiciones terminales o internas dentro de una cadena lineal de carbohidratos.
El término “ácido siálico” fue acuñado por primera vez por Gunnar Blix en 1957, aunque reportes previos de otros investigadores indican que su descubrimiento data de una o dos décadas anteriores, cuando fueron descritos como parte de sialo glicoproteínas mucínicas y sialo esfingolípidos (gangliósidos).
Los ácidos siálicos están presentes en gran parte de los reinos de la naturaleza. Se han detectado en algunos virus, bacterias patogénicas, protozoos, crustáceos, platelmintos, insectos y vertebrados como peces, anfibios, aves y mamíferos. No se han encontrado, por el contrario, en hongos, algas o plantas.
Índice del artículo
Los ácidos siálicos ocurren principalmente en la porción terminal de glicoproteínas y glicolípidos de superficie, proporcionando gran diversidad a estos glicoconjugados. Los patrones de “sialilación” diferenciales son producto de la expresión de glicosiltransferasas (sialiltransferasas) tejido-específicas.
Estructuralmente, los ácidos siálicos pertenecen a una familia de unos 40 derivados naturales del ácido neuramínico que son N-acilados, dando lugar a dos estructuras “parentales”: el ácido N-acetilneuramínico (Neu5Ac) o el ácido N-glicolil neuramínico (Neu5Gc).
Entre sus características estructurales destacan la presencia de un grupo amino (que puede ser modificado) en la posición 5, y un grupo carboxílico en la posición 1, que puede estar ionizado a pH fisiológico. Un carbono C-3 desoxigenado y una molécula de glicerol en la posición C-6.
Muchos derivados surgen de la sustitución de los grupos hidroxilos en las posiciones C-4, C-7, C-8 y C-9 por porciones acetilo, glicol, lactil, metil, sulfato y fosfato; así como de la introducción de dobles enlaces entre el C-2 y el C-3.
En la posición lineal terminal, la unión de una porción de ácido siálico a una cadena oligosacárida involucra un enlace α-glucosídico entre el grupo hidroxilo del carbono anomérico C-2 del ácido siálico y los grupos hidroxilo de los carbonos C-3, C-4 o C-6 de la porción monosacárida.
Estas uniones pueden ser entre residuos de galactosa, N-acetilglucosamina, N-acetilgalactosamina y en algunos gangliósidos únicos, glucosa. Pueden darse por enlaces N-glicosídicos u O-glicosídicos.
Se piensa que los ácidos siálicos ayudan a los organismos parasíticos a sobrevivir dentro del organismo hospedador; ejemplo de ello son patógenos de mamíferos que producen enzimas del metabolismo del ácido siálico (sialidasas o N-acetilneuramínico liasas).
No hay una especie de mamífero para la cual no se haya reportado la presencia de ácidos siálicos como parte de glicoproteínas en general, glicoproteínas del suero, de las mucosas, como parte de estructuras de la superficie celular o como parte de carbohidratos complejos.
Se han encontrado en los oligosacáridos acídicos de la leche y calostro de humanos, bovinos, ovinos, caninos y porcinos, y también como parte de la orina de ratas y humanos.
Los glicoconjugados con porciones de ácido siálico juegan un importante papel en los procesos de intercambio de información entre células vecinas y entre las células y su entorno.
La presencia de ácido siálico en las membranas celulares contribuye al establecimiento de una carga negativa en la superficie, que tiene consecuencias positivas en algunos eventos de repulsión electrostática entre las células y algunas moléculas.
Además, la carga negativa les confiere a los ácidos siálicos en la membrana una función en el transporte de iones con carga positiva.
Se ha reportado que la unión del endotelio y epitelio a la membrana glomerular basal es facilitada por el ácido siálico, y este también influencia el contacto entre dichas células.
El ácido siálico tiene importantes funciones como parte de la glicoforina A en la membrana plasmática de los eritrocitos. Algunos estudios han demostrado que el contenido de ácido siálico es inversamente proporcional a la edad de estas células.
Eritrocitos tratados con enzimas neuraminidasas, responsables de la degradación del ácido siálico, disminuyen drásticamente su tiempo de vida media en el torrente sanguíneo de 120 días a algunas horas. El mismo caso se ha observado con las plaquetas.
Los trombocitos pierden capacidad de adhesión y agregación en ausencia del ácido siálico en sus proteínas de superficie. En los linfocitos, el ácido siálico también tiene una importante función en los procesos de adhesión y reconocimiento celular, así como en la interacción con receptores de superficie.
El sistema inmune es capaz de distinguir entre las estructuras propias o invasoras en base al reconocimiento de los patrones de ácido siálico presentes en las membranas.
El ácido siálico, así como las enzimas neuraminidasa y sialiltransferasa, poseen importantes propiedades regulatorias. Las porciones terminales de ácido siálico en los glicoconjugados de membrana plasmática tienen funciones de enmascaramiento o como receptores de membrana.
Adicionalmente, diversos autores han planteado la posibilidad de que el ácido siálico tenga funciones antigénicas, pero aún no se sabe con certeza. No obstante, las funciones de enmascaramiento de los residuos de ácido siálico son muy importantes en la regulación celular.
El enmascaramiento puede tener papel protector directo o indirecto, dependiendo de si la porción de ácido siálico cubre directamente el residuo antigénico de carbohidrato, o si es un ácido siálico en un glicoconjugado adyacente el que enmascara la porción antigénica.
Algunos anticuerpos poseen residuos de Neu5Ac que exhiben propiedades neutralizadoras de virus, ya que estas inmunoglobulinas son capaces de prevenir la adhesión de los virus a los sialo conjugados (glicoconjugados con porciones de ácido siálico) en la membrana celular.
En el tracto intestinal los ácidos siálicos poseen un papel igualmente importante, ya que son parte de las mucinas, que tienen propiedades lubricantes y protectoras, esenciales para todo el organismo.
Además, los ácidos siálicos también están presentes en las membranas de las células bronquiales, gástricas y del epitelio intestinal, donde están involucrados en transporte, secreción y otros procesos metabólicos.
Se conocen numerosas enfermedades que involucran anormalidades en el metabolismo del ácido siálico y estas se conocen como sialidosis. Entre las más destacadas son la sialuria y la enfermedad de Salla, que son caracterizadas por una excreción urinaria con grandes cantidades de ácidos siálicos libres.
Otras enfermedades de orden inmunológico tienen que ver con las alteraciones de las enzimas anabólicas y catabólicas relacionadas con el metabolismo del ácido siálico, que ocasionan una acumulación aberrante de glicoconjugados con porciones de ácido siálico.
También se conocen algunas enfermedades relacionadas con factores sanguíneos, como la trombocitopenia, que consiste en la disminución del nivel de trombocitos en sangre causado probablemente por la carencia de ácido siálico en la membrana.
La enfermedad de Von Willebrand corresponde a un defecto en la capacidad de adherencia de los trombocitos a los glicoconjugados de membrana subendoteliales de la pared de los vasos sanguíneos, causada por deficiencias o carencias de glicosilación o sialilación.
La trombastenia de Glanzmann es otro desorden congénito de agregación de trombocitos cuya raíz es la presencia de glicoproteínas defectuosas en la membrana de los trombocitos. Se ha demostrado que los defectos en estas glicoproteínas tienen que ver con un contenido reducido de Neu5Ac.
- Clayden, J., Greeves, N., Warren, S., & Wothers, P. (2001). Organic Chemistry (1st ed.). New York: Oxford University Press.
- Demchenko, A. V. (2008). Handbook of Chemical Glycosylation: Advances in Stereoselectivity and Therapeutic Relevance. Wiley-VCH.
- Rosenberg, A. (1995). Biology of the Sialic Acids. New York: Springer Science + Business Media, LLC.
- Schauer, R. (1982). Sialic Acids: Chemistry, Metabolism and Function. Springer-Verlag Wien New York.
- Traving, C., & Schauer, R. (1998). Structure , function and metabolism of sialic acids. CMLS Cellular and Molecular Life Sciences, 54, 1330–1349.