ПРОТЕИНОВА ГЛИКОЗИЛАЦИЯ: ВИДОВЕ, ПРОЦЕС И ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

На гликозилиране протеин е посттранслационна модификация е добавянето на олигозахаридни вериги с права или разклонена протеин. Получените гликопротеини обикновено са повърхностни протеини и протеини от секреторния път.

Гликозилирането е една от най-често срещаните пептидни модификации сред еукариотните организми, но също така е доказано, че се среща при някои видове археи и бактерии.

Пример за олигозахаридни вериги, които могат да се свързват с протеини чрез гликозилиране (Dna 621, от Wikimedia Commons)

При еукариотите този механизъм се среща между ендоплазмения ретикулум (ER) и комплекса Голджи, с намесата на различни ензими, участващи както в регулаторните процеси, така и във формирането на протеин + олигозахаридни ковалентни връзки.

Видове гликолиза

В зависимост от мястото на свързване на олигозахарида с протеина, гликозилирането може да бъде класифицирано в 4 вида:

Н-

Той е най-често срещаният от всички и се появява, когато олигозахаридите се свързват с азота на амидната група на остатъците от аспарагин в мотива на Asn-X-Ser / Thr, където X може да бъде всяка аминокиселина, с изключение на пролин.

ИЛИ

Когато въглехидратите се свързват с хидроксилната група на серин, треонин, хидроксилизин или тирозин. Това е по-рядка модификация и примери са протеини като колаген, гликофорин и муцини.

° С-

Състои се от добавяне на манозен остатък, който се свързва с протеина чрез СС връзка с С2 на индоловата група в триптофановите остатъци.

Glipiation (от английския “

Полизахаридът действа като мост за свързване на протеин към гликозилфосфатидилинозитол (GPI) котва на мембраната.

процес

При еукариотите

N -гликозилацията е тази, която е проучена най-подробно. В клетките на бозайниците процесът започва в грубата ER, където предварително формиран полизахарид се свързва с протеини, тъй като те излизат от рибозоми.

Споменатият полизахарид на прекурсора се състои от 14 остатъка от захар, а именно: 3 глюкоза (Glc), 9 маноза (Man) и 2 N-ацетил глюкозамин (GlcNAc) остатъци.

Този предшественик е често срещан при растения, животни и едноклетъчни еукариотни организми. Свързва се с мембраната благодарение на връзка с молекула долихол, изопреноиден липид, вграден в ER мембраната.

След синтеза си, олигозахаридът се прехвърля от ензимния комплекс на олигосакарилтрансфераза до аспарагинов остатък, включен в трипептидната последователност Asn-X-Ser / Thr на протеин, докато се превежда.

Трите Glc остатъци в края на олигозахарида служат като сигнал за правилен синтез на олигозахарид и се разцепват заедно с един от остатъците на Man, преди протеинът да бъде пренесен в апарата на Голджи за по-нататъшна обработка.

Веднъж в апарата на Голджи, олигозахаридните части, прикрепени към гликопротеините, могат да бъдат модифицирани чрез добавяне на галактоза, сиалова киселина, фукоза и много други остатъци, като се получават вериги с много по-голямо разнообразие и сложност.

Преработка на олиозахариди (Dna 621, от Wikimedia Commons)

Ензимната машина, която е необходима за осъществяване на процесите на гликозилиране, включва множество гликозилтрансферази за добавяне на захари, гликозидази за тяхното отстраняване и различни нуклеотидни преносители на захар за приноса на остатъци, използвани като субстрати.

В прокариоти

Бактериите не притежават вътреклетъчни мембранни системи, така че първоначалното образуване на олигозахарид (само от 7 остатъка) се осъществява от цитозолната страна на плазмената мембрана.

Споменатият прекурсор се синтезира върху липид, който след това се премества от АТФ-зависима флипаза в периплазменото пространство, където се извършва гликозилиране.

Друга важна разлика между еукариотичната и прокариотната гликозилация е, че ензимната олигозахаридна трансфераза (олигосакарилтрансфераза) от бактериите може да прехвърля остатъците от захар към свободни части от вече сгънати протеини, а не както се превеждат от рибозомите.

Освен това пептидният мотив, разпознат от този ензим, не е същата еукариотна трипептидна последователност.

Характеристика

N-олигозахаридите, свързани с гликопротеините, служат за различни цели. Например, някои протеини изискват тази пост-транслационна модификация, за да се постигне правилното сгъване на тяхната структура.

За други той осигурява стабилност, или чрез избягване на протеолитичното разграждане, или защото тази част е необходима, за да изпълнят биологичната си функция.

Тъй като олигозахаридите имат силен хидрофилен характер, тяхното ковалентно добавяне към протеин непременно променя неговата полярност и разтворимост, което може да има значение от функционална гледна точка.

Веднъж свързани с мембранните протеини, олигозахаридите са ценни носители на информация. Те участват в процесите на клетъчна сигнализация, комуникация, разпознаване, миграция и адхезия.

Те имат важна роля за съсирването на кръвта, заздравяването и имунния отговор, както и за обработката на контрола на качеството на протеини, който е зависим от гликаните и е необходим за клетката.

важност

Най-малко 18 генетични заболявания са свързани с гликозилирането на протеини при хора, някои от които включват лошо физическо и психическо развитие, докато други могат да бъдат фатални.

Има все повече открития, свързани с гликозилационни заболявания, особено при педиатрични пациенти. Много от тези нарушения са вродени и имат общо с дефекти, свързани с началните етапи на образуване на олигозахарид или с регулирането на ензимите, които участват в тези процеси.

Тъй като голяма част от гликозилираните протеини съставляват гликокаликса, има все по-голям интерес да се потвърди, че мутациите или промените в процесите на гликозилиране могат да бъдат свързани с промяната в микросредата на туморните клетки и по този начин да насърчават прогресирането на тумори и развитие на метастази при пациенти с рак.

Препратки

1. Аеби, М. (2013). N-свързано протеиново гликозилиране в ER. Biochimica et Biophysica Acta, 1833 (11), 2430–2437.
2. Dennis, JW, Granovsky, M., & Warren, CE (1999). Протеинова гликозилация в развитието и болестта. BioEssays, 21 (5), 412-421.
3. Лодиш, Х., Берк, А., Кайзер, Калифорния, Кригър, М., Бретшер, А., Плое, Х.,… Мартин, К. (2003). Молекулярна клетъчна биология (5-то изд.). Freeman, WH & Company.
4. Luckey, M. (2008). Мембранна структурна биология: с биохимични и биофизични основи. Cambridge University Press. Извлечено от www.cambrudge.org/9780521856553
5. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Принципи на биохимията на Ленингер. Омега издания (5-то издание).
6. Nothaft, H., & Szymanski, CM (2010). Протеинова гликозилация в бактериите: по-сладка от всякога. Nature Reviews Microbiology, 8 (11), 765–778.
7. Ohtsubo, K., & Marth, JD (2006). Гликозилация в клетъчните механизми на здравето и болестите. Клетка, 126 (5), 855-867.
8. Спиро, РГ (2002). Протеинова гликозилация: природа, разпределение, образуване на ензими и последици за заболяването на гликопептидните връзки. Гликобиология, 12 (4), 43R-53R.
9. Stowell, SR, Ju, T., & Cummings, RD (2015). Протеинова гликозилация при рак. Годишен преглед на патологията: механизми на заболяването, 10 (1), 473–510.
10. Strasser, R. (2016). Гликозилиране на растителен протеин. Гликобиология, 26 (9), 926–939.
11. Xu, C., & Ng, DTW (2015). Гликозилиран насочен контрол на качеството на сгъване на протеини. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 16 (12), 742–752.
12. Zhang, X., & Wang, Y. (2016). Контрол на качеството на гликозилирането от структурата на Голджи. Journal of Molecular Biology, 428 (16), 3183–3193.