ГЛИКОПРОТЕИНИ: СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ, КЛАСОВЕ И ПРИМЕРИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В гликопротеините или гликопротеини са трансмембранни протеини, които са част от голямото семейство на мембранни гликоконюгати и се намират в животни, растения и микроорганизми като бактерии, дрожди, и Archaea.

Те са определени за първи път през 1908 г. от Комитета за протеинова номенклатура на Американското дружество на биохимиците и са резултат от гликозидния съюз на протеин с въглехидратна част, наречена глюкан.

Структура на лектоновия мономер на бобови растения (Източник: Потребител: Tomixdf през Wikimedia Commons)

Те са протеини, които са особено обилни на повърхността на плазмената мембрана на много клетки и представляват важна част от въглехидратния слой, който ги покрива, което в много случаи се нарича гликокаликс.

Прекурсорните протеини на гликопротеините са ковалентно модифицирани в ендоплазмения ретикулум и комплекса на Голджи на много еукариоти след техния превод, въпреки че има случаи на гликозилиране в цитозола, но те са по-редки и се срещат само с един вид захар, Протеиновата гликозилация често има важни функционални ефекти върху неговата активност, тъй като може да участва в сгъването и следователно в установяването на своята третична структура.

Гликаните имат множество биологично важни функции за клетката, тъй като те могат да придават специфичност на клетките и да участват в процесите на вътреклетъчна и междуклетъчна сигнализация, тъй като те са лиганди за ендогенни и екзогенни рецептори.

Гликопротеините, както и останалите гликоконюгати, са толкова важни, че една клетка отделя до 1% от своя геном на машината за гликозилиране и при хората над 70% протеини се модифицират чрез гликозилиране.

структура

Структурата на гликопротеините се изучава въз основа на тяхната аминокиселинна последователност, местата на гликозилиране в последователността и структурите на гликановите части, които се свързват в тези места.

Олигозахаридните вериги, които са свързани чрез гликозилиране с тези протеини, обикновено са много разнообразни, но те са къси, тъй като не надвишават 15 остатъци от захар. Някои протеини имат единична олигозахаридна верига, но други могат да имат повече от една и те могат да бъдат разклонени.

Съединението между олигозахариди и протеини се осъществява чрез аномерния въглерод на въглехидрата и хидроксилната група (-ОН) на серинов или треонинов остатък, в случай на О-гликозилиране, или чрез амидния азот на аспарагинов остатък, в случай на N-гликозилиране.

Така свързаните въглехидрати могат да представляват до 70% от молекулното тегло на гликопротеин и характеристиките на въглехидратната част (размер и заряд, например) могат да защитят някои протеини срещу ензимна протеолиза.

Същият протеин може да има в различни тъкани различни модели на гликозилиране, които го правят различен гликопротеин, тъй като пълната структура включва не само аминокиселинните остатъци и техните пространствени разположения, но и прикрепените към тях олигозахариди.

Сред захарните остатъци, които многократно се намират в гликопротеините, са: D-галактоза, D-маноза, D-глюкоза, L-фукоза, D-ксилоза, L-арабинофураноза, N-ацетил-D-глюкозамин, N-ацетил -D-галактозамин, някои сиалови киселини и модификации на всичко това.

Характеристика

структурен

От структурна гледна точка гликопротеините осигуряват въглехидратни вериги, които участват в защитата и смазването на клетките, тъй като те са в състояние да хидратират и образуват вискозно вещество, което устои на механични и химически агресии.

Някои гликопротеини също се намират в бактериите и археите и това са важни компоненти на S слоя, който е най-външният слой на клетъчната обвивка.

Освен това те се намират и като съставки на протеини от флагелин, които са част от жлебовидните нишки, използвани като опорно-двигателни органи.

Растенията също притежават структурни гликопротеини, които се характеризират със сложни модели на гликозилиране и които могат да бъдат намерени като част от структурата на клетъчната стена или в извънклетъчната матрица.

Разпознаване на клетки

Гликопротеините изпълняват важни функции като междуклетъчни места за разпознаване, тъй като много рецептори на клетъчната повърхност са способни да разпознават специфични олигозахаридни последователности.

Пример за междуклетъчните разпознавания, които възникват с помощта на олигозахаридни вериги на клетъчната повърхност, е случаят с разпознаването между овула и спермата, необходимо за явлението оплождане да се случи при многоклетъчни организми със сексуално размножаване.

Кръвните групи при хората се определят от идентичността на захарите, прикрепени към гликопротеините, които ги уточняват. Антителата и много хормони също са гликопротеини и техните функции са от съществено значение за сигнализацията и защитата на организма.

Клетъчна адхезия

Т клетките на имунната система на бозайниците притежават гликопротеин с адхезионни домени, известен като CD2, който е ключов компонент за имунната стимулация, тъй като медиира свързването между лимфоцитите и антиген-представящите клетки чрез неговия рецептор, CD58 гликопротеин.

Някои вируси, които имат важни патогенни функции за много бозайници, включително хора, притежават повърхностни гликопротеини, които функционират в процесите на адхезия на вирусната частица към клетките, които паразитизират.

Такъв е случаят с протеина GP120 на вируса на човешкия имунодефицит или на ХИВ, който взаимодейства с повърхностния протеин на човешките клетки, известен като GP41 и който си сътрудничи с навлизането на вируса в клетката.

По същия начин много гликозилирани протеини участват във важни процеси на адхезия на клетките, протичащи в обикновения живот на клетки, присъстващи в много тъкани на многоклетъчни организми.

Гликопротеините като терапевтични мишени

Тези протеин-въглехидратни комплекси са предпочитаните мишени за много патогени като паразити и вируси, а много гликопротеини с отклоняващи се модели на гликозилиране имат критична роля при автоимунни заболявания и ракови заболявания.

Поради тези причини различни изследователи са се заели със задачата да предложат тези протеини като възможни терапевтични цели и за проектиране на диагностични методи, терапии от ново поколение и дори за проектиране на ваксини.

Уроци

Класификацията на гликопротеините се основава главно на естеството на гликозидната връзка, свързваща протеиновите и въглехидратните части, и на характеристиките на прикачените гликани.

Според захарните остатъци може да има гликопротеини с монозахариди, дизахариди, олигозахариди, полизахариди и техни производни. Някои автори смятат класификация на гликопротеините в:

- Протеогликани, които са подклас в групата на гликопротеините, които съдържат в въглехидратната част полизахариди, съставени главно от амино захари (гликозаминогликани).

- Гликопептиди, които представляват молекули, съставени от въглехидрати, свързани с олигопептиди, образувани от аминокиселини в техните L и / или D конформации.

- Глико аминокиселини, които са аминокиселини, свързани със захарид чрез всякакъв вид ковалентна връзка.

- Гликозилни аминокиселини, които са аминокиселини, свързани с захаридна част чрез O-, N- или S-гликозидни връзки.

В номенклатурата на тези протеини, свързани по този начин с въглехидратите, префиксите O-, N- и S- се използват за уточняване, чрез кои връзки захарите са прикрепени към полипептидната верига.

Примери

- Гликофорин А е един от най-добре изучените гликопротеини: той е интегрален протеин от мембраната на еритроцитите (клетки или червени кръвни клетки) и има 15 олигозахаридни вериги, ковалентно свързани с аминокиселинни остатъци в N-крайния регион a чрез О-гликозидни връзки и верига, свързана с N-гликозидна връзка.

- Повечето от протеините в кръвта са гликопротеини и тази група включва имуноглобулини и много хормони.

- Лакталбуминът, протеин, присъстващ в млякото, е гликозилиран, както и много панкреатични и лизозомни протеини.

- Лектините са протеини, свързващи въглехидратите и поради това имат множество функции в разпознаването.

- Необходимо е също така да се подчертаят много животински хормони, които са гликопротеини; Сред тях могат да се споменат лутропин (LH), фолитропин (FSH) и тиротропин (TSH), които се синтезират в предната хипофизна жлеза, и хорион гонадотропин, който се произвежда в плацентата на хора, примати и еднокопитни животни.

Тези хормони имат репродуктивни функции, тъй като LH стимулира стероидогенезата в яйчниците и тестикуларните клетки на Лейдиг.

- Колагенът, изобилен протеин, присъстващ предимно в съединителните тъкани на животни, представлява огромно семейство гликопротеини, съставени от повече от 15 вида протеини, които макар да имат много общи характеристики, са доста различни.

Тези протеини съдържат "не колагенни" порции, някои от които са съставени от въглехидрати.

- Екстензините са растителни протеини, които се състоят от мрежа от неразтворими гликопротеини, които са богати на хидроксипролин и серинови остатъци. Те се намират в стената на растителните клетки и се смята, че действат като защита срещу различни видове стрес и патогени.

- Растенията също имат протеини, подобни на лектин, и специален пример за това са картофените лектини, които очевидно имат способността да аглутинират кръвни клетки като еритроцитите.

- Не на последно място могат да бъдат назовани муцини, които са гликопротеини, секретирани в лигавицата и са част от слюнката при животни, изпълняващи главно смазочни и сигнални функции.

Препратки

1. Montreuil, J., Vliegenthart, J., & Schachter, H. (1995). Glycoproteins. (A. Neuberger & L. Deenen, ред.). Elsevier.
2. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Принципи на биохимията на Ленингер. Омега издания (5-то издание).
3. Struwe, W., и Cosgrave, E. (2011). Функционална и структурна протеомика на гликопротеините. (R. Owens & J. Nettleship, ред.). Лондон: Спрингер.
4. Voet, D., & Voet, J. (2006). Биохимия (3-то издание). Редакция Médica Panamericana.
5. Wittman, V. (2007). Гликопептиди и гликопротеини. Синтез, структура и приложение. (V. Balzani, J.-M. Lehn, A. de Meijere, S. Ley, K. Houk, S. Schreiber, J. Thiem, Edds.). Лайпциг: Springer Science + Business Media, LLC.