GLYKOPROTEÍNY: ŠTRUKTÚRA, FUNKCIE, TRIEDY A PRÍKLADY - BIOLÓGIE - 2026

Tieto glykoproteíny alebo glykoproteíny sú transmembránovej proteíny, ktoré sú súčasťou veľkej rodiny membránových glykokonjugátů a sú prítomné u zvierat, rastlín a mikroorganizmov, ako sú baktérie, kvasinky , a Archaea.

Prvýkrát ich definoval Výbor pre nomenklatúru proteínov Americkej spoločnosti biochemikov v roku 1908 a sú výsledkom glykozidového spojenia proteínu s uhľohydrátovou časťou nazývanou glukán.

Štruktúra lektínového monoméru strukoviny (Zdroj: Používateľ: Tomixdf cez Wikimedia Commons)

Sú to proteíny, ktoré sú obzvlášť bohaté na povrchu plazmatickej membrány mnohých buniek a tvoria dôležitú časť uhľohydrátovej vrstvy, ktorá ich pokrýva, čo sa v mnohých prípadoch nazýva glykalyly.

Prekurzorové proteíny glykoproteínov sú kovalentne modifikované v endoplazmatickom retikule a Golgiho komplexe mnohých eukaryotov po ich translácii, aj keď existujú aj prípady glykozylácie v cytosole, sú však menej časté a vyskytujú sa iba pri jednom type cukru. ,

Proteínová glykozylácia má často dôležité funkčné účinky na svoju aktivitu, pretože sa môže podieľať na skladaní, a teda na vytváraní svojej terciárnej štruktúry.

Glykány majú pre bunku mnoho biologicky dôležitých funkcií, pretože môžu bunkám udeľovať špecifickosť a podieľať sa na intracelulárnych a medzibunkových signalizačných procesoch, pretože sú to ligandy pre endogénne a exogénne receptory.

Glykoproteíny, rovnako ako zvyšok glykokonjugátov, sú také dôležité, že bunka sa venuje až 1% svojho genómu na glykozylačné zariadenie a u ľudí je viac ako 70% proteínov modifikovaných glykozyláciou.

štruktúra

Štruktúra glykoproteínov sa študuje na základe ich aminokyselinovej sekvencie, glykozylačných miest v sekvencii a štruktúr glykánových častí, ktoré sa viažu na týchto miestach.

Oligosacharidové reťazce, ktoré sú spojené glykozyláciou s týmito proteínmi, sú vo všeobecnosti veľmi rozmanité, ale sú krátke, pretože nepresahujú 15 zvyškov cukru. Niektoré proteíny majú jediný oligosacharidový reťazec, iné však môžu mať viac ako jeden a tieto môžu byť rozvetvené.

Spojenie medzi oligosacharidmi a proteínmi nastáva prostredníctvom anomérneho uhlíka uhľovodíka a hydroxylovej skupiny (-OH) serínového alebo treonínového zvyšku, v prípade O-glykozylácie, alebo amidovým dusíkom asparagínového zvyšku, v prípade N-glykozylácie.

Takto viazané uhľohydráty môžu predstavovať až 70% molekulovej hmotnosti glykoproteínu a vlastnosti uhľohydrátovej časti (napríklad veľkosť a náboj) môžu chrániť niektoré proteíny pred enzymatickou proteolýzou.

Rovnaký proteín môže mať v rôznych tkanivách rôzne glykozylačné vzorce, ktoré z neho robia odlišný glykoproteín, pretože úplná štruktúra zahŕňa nielen aminokyselinové zvyšky a ich priestorové usporiadanie, ale aj oligosacharidy k nim pripojené.

Medzi cukrové zvyšky, ktoré sa opakovane vyskytujú v glykoproteínoch, patria: D-galaktóza, D-manóza, D-glukóza, L-fukóza, D-xylóza, L-arabinofuranóza, N-acetyl-D-glukozamín, N-acetyl. -D-galaktozamín, niektoré kyseliny sialové a ich všetky modifikácie.

Vlastnosti

štrukturálne

Zo štrukturálneho hľadiska poskytujú glykoproteíny uhľovodíkové reťazce, ktoré sa podieľajú na ochrane a mazaní buniek, pretože sú schopné hydratovať a tvoriť viskóznu látku, ktorá odoláva mechanickým a chemickým agresiám.

Niektoré glykoproteíny sa nachádzajú aj v baktériách a archaeach, a to sú dôležité komponenty vrstvy S, ktorá je vonkajšou vrstvou bunkového obalu.

Okrem toho sa tiež vyskytujú ako zložky bičíkových proteínov, ktoré sú súčasťou bičíkových vlákien používaných ako lokomotorické orgány.

Rastliny tiež obsahujú štruktúrne glykoproteíny, ktoré sa vyznačujú komplexnými glykozylačnými vzormi a ktoré možno nájsť ako súčasť štruktúry bunkovej steny alebo v extracelulárnej matrici.

Rozpoznávanie buniek

Glykoproteíny slúžia dôležitým funkciám ako medzibunkové rozpoznávacie miesta, pretože mnoho receptorov na bunkovom povrchu je schopných rozpoznávať špecifické oligosacharidové sekvencie.

Príkladom medzibunkových rozpoznávaní, ktoré sa vyskytujú prostredníctvom oligosacharidových reťazcov na bunkovom povrchu, je prípad rozpoznania medzi vajíčkami a spermiami, ktorý je potrebný na to, aby sa objavil fenomén oplodnenia v mnohobunkových organizmoch so sexuálnou reprodukciou.

Krvné skupiny u ľudí sú určené identitou cukrov pripojených k glykoproteínom, ktoré ich špecifikujú. Protilátky a mnoho hormónov sú tiež glykoproteíny a ich funkcie sú nevyhnutné pre signalizáciu a obranu tela.

Bunková adhézia

T bunky imunitného systému cicavcov obsahujú glykoproteín s adhéznymi doménami známymi ako CD2, ktorý je kľúčovou zložkou imunitnej stimulácie, pretože prostredníctvom svojho receptora sprostredkuje väzbu medzi lymfocytmi a bunkami prezentujúcimi antigén. Glykoproteín CD58.

Niektoré vírusy, ktoré majú dôležité patogénne funkcie pre mnoho cicavcov, vrátane ľudí, majú povrchové glykoproteíny, ktoré pôsobia v procese adhézie vírusovej častice na bunky, ktoré parazitujú.

Tak je to v prípade proteínu GP120 vírusu ľudskej získanej imunodeficiencie alebo HIV, ktorý interaguje s povrchovým proteínom ľudských buniek známym ako GP41 a ktorý spolupracuje so vstupom vírusu do bunky.

Rovnakým spôsobom sa veľa glykozylovaných proteínov zúčastňuje na dôležitých procesoch bunkovej adhézie, ktoré prebiehajú v bežnom živote buniek prítomných v mnohých tkanivách mnohobunkových organizmov.

Glykoproteíny ako terapeutické ciele

Tieto komplexy proteín-uhľohydráty sú preferovanými cieľmi mnohých patogénov, ako sú parazity a vírusy, a mnoho glykoproteínov s aberantnými glykozylačnými schémami má kritickú úlohu pri autoimunitných chorobách a rakovinách.

Z týchto dôvodov rôzni vedci prevzali úlohu navrhovať tieto proteíny ako možné terapeutické ciele a navrhovať diagnostické metódy, terapie novej generácie a dokonca aj navrhovať vakcíny.

vyučovanie

Klasifikácia glykoproteínov je založená predovšetkým na povahe glykozidovej väzby spájajúcej bielkovinové a uhľovodíkové skupiny a na vlastnostiach pripojených glykánov.

Podľa zvyškov cukru je možné získať glykoproteíny s monosacharidmi, disacharidmi, oligosacharidmi, polysacharidmi a ich deriváty. Niektorí autori zvažujú klasifikáciu glykoproteínov v:

- Proteoglykány, ktoré sú podtriedou v skupine glykoproteínov, ktoré obsahujú v uhľohydrátovej časti polysacharidy zložené hlavne z aminokyselín (glykozaminoglykánov).

- Glykopeptidy, čo sú molekuly zložené z uhľohydrátov viazaných na oligopeptidy tvorené aminokyselinami v ich L a / alebo D konformáciách.

- Glyko aminokyseliny, ktoré sú aminokyselinami viazanými na sacharid prostredníctvom akéhokoľvek typu kovalentnej väzby.

- Glykozylové aminokyseliny, ktoré sú aminokyselinami viazané na sacharidovú časť prostredníctvom O-, N- alebo S-glykozidických väzieb.

V nomenklatúre týchto proteínov, ktoré sú takto spojené s uhľohydrátmi, sa používajú predpony O-, N- a S-, aby sa určilo, cez ktoré väzby sú cukry pripojené k polypeptidovému reťazcu.

Príklady

- Glykoforín A je jedným z najlepšie študovaných glykoproteínov: je integrálnym proteínom membrány erytrocytov (buniek alebo červených krviniek) a má 15 oligosacharidových reťazcov kovalentne naviazaných na aminokyselinové zvyšky v N-terminálnej oblasti a cez O-glykozidické väzby a reťazec spojený pomocou N-glykozidovej väzby.

- Väčšina bielkovín v krvi sú glykoproteíny a do tejto skupiny patria imunoglobulíny a mnoho hormónov.

- Laktalbumín, proteín prítomný v mlieku, je glykozylovaný, ako aj veľa pankreatických a lyzozomálnych proteínov.

- Lektíny sú proteíny viažuce sa na uhľohydráty, a preto vykazujú viac funkcií.

- Je tiež potrebné zdôrazniť mnoho živočíšnych hormónov, ktoré sú glykoproteíny; Medzi nimi možno uviesť lutropín (LH), folitropín (FSH) a tyrotropín (TSH), ktoré sa syntetizujú v prednej hypofýze, a chorionický gonadotropín, ktorý sa vyrába v placente u ľudí, primátov a koní.

Tieto hormóny majú reprodukčné funkcie, pretože LH stimuluje steroidogenézu vo vaječníkoch a testikulárnych Leydigových bunkách.

- Kolagén, hojný proteín prítomný predovšetkým v spojivových tkanivách zvierat, predstavuje obrovskú rodinu glykoproteínov tvorených viac ako 15 druhmi proteínov, ktoré, hoci majú mnoho spoločných znakov, sú úplne odlišné.

Tieto proteíny obsahujú "nekogénne" porcie, z ktorých niektoré sú vyrobené zo sacharidov.

- Extensíny sú rastlinné proteíny, ktoré pozostávajú zo siete nerozpustných glykoproteínov, ktoré sú bohaté na zvyšky hydroxyprolínu a serínu. Nachádzajú sa v stene rastlinných buniek a predpokladá sa, že pôsobia ako ochrana proti rôznym druhom stresu a patogénom.

- Rastliny majú tiež lektínové proteíny a ich osobitným príkladom sú lektíny zo zemiakov, ktoré zjavne majú schopnosť aglutinovať krvinky, ako sú erytrocyty.

- V neposlednom rade je možné pomenovať mucíny, čo sú glykoproteíny vylučované do slizníc a sú súčasťou slín u zvierat, ktoré plnia hlavne lubrikačné a signalizačné funkcie.

Referencie

1. Montreuil, J., Vliegenthart, J., & Schachter, H. (1995). Glykoproteíny. (A. Neuberger a L. Deenen, vyd.). Elsevier.
2. Nelson, DL, a Cox, MM (2009). Lehningerove princípy biochémie. Vydania Omega (5. vydanie). https://doi.org/10.1007/s13398-014-0173-7.2
3. Struwe, W., a Cosgrave, E. (2011). Funkčná a štrukturálna proteomika glykoproteínov. (R. Owens a J. Nettleship, vyd.). Londýn: Springer.
4. Voet, D., & Voet, J. (2006). Biochemistry (3. vydanie). Editorial Médica Panamericana.
5. Wittman, V. (2007). Glykopeptidy a glykoproteíny. Syntéza, štruktúra a aplikácia. (V. Balzani, J.-M. Lehn, A. de Meijere, S. Ley, K. Houk, S. Schreiber, J. Thiem, vyd.). Leipzig: Springer Science + Business Media, LLC.