PROTEÍNOVÁ GLYKOZYLÁCIA: TYPY, PROCES A FUNKCIE - BIOLÓGIE - 2026

Glykozylácia proteínu je posttranslačné modifikáciou je pridanie oligosacharidov reťazcov lineárne alebo rozvetvený proteínu. Výsledné glykoproteíny sú všeobecne povrchové proteíny a proteíny sekrečnej dráhy.

Glykozylácia je jednou z najbežnejších peptidových modifikácií medzi eukaryotickými organizmami, ale ukázalo sa, že sa vyskytuje aj v niektorých druhoch archaea a baktérií.

Príklad oligosacharidových reťazcov, ktoré sa môžu viazať na proteíny glykozyláciou (Dna 621, od Wikimedia Commons)

V eukaryotoch sa tento mechanizmus vyskytuje medzi endoplazmatickým retikulom (ER) a komplexom Golgi, s intervenciou rôznych enzýmov zapojených tak do regulačných procesov, ako aj do tvorby kovalentných väzieb proteín + oligosacharid.

Druhy glykolýzy

V závislosti od väzbového miesta oligosacharidu k proteínu môže byť glykozylácia rozdelená do 4 typov:

N-

Je to najbežnejší zo všetkých a vyskytuje sa, keď sa oligosacharidy viažu na dusík amidovej skupiny asparagínových zvyškov v motíve Asn-X-Ser / Thr, kde X môže byť akákoľvek aminokyselina okrem prolínu.

OR

Keď sa sacharidy viažu na hydroxylovú skupinu serínu, treonínu, hydroxylyzínu alebo tyrozínu. Je to menej obvyklá modifikácia a príklady sú proteíny, ako je napríklad kolagén, glykoforín a mucíny.

C-

Spočíva v pridaní manózového zvyšku, ktorý sa viaže na proteín väzbou CC s C2 indolovej skupiny v tryptofánových zvyškoch.

Glipiation (z angličtiny “

Polysacharid slúži ako mostík na pripojenie proteínu k glykozylfosfatidylinozitolu (GPI) kotviacemu na membráne.

proces

V eukaryotoch

N-glykozylácia je tá, ktorá bola študovaná podrobnejšie. V cicavčích bunkách sa tento proces začína v hrubej ER, kde sa predformovaný polysacharid viaže na proteíny, keď sa objavia z ribozómov.

Uvedený prekurzorový polysacharid sa skladá zo 14 zvyškov cukru, menovite: 3 zvyškov glukózy (Glc), 9 manózy (Man) a 2 N-acetylglukozamínu (GlcNAc).

Tento prekurzor je bežný u rastlín, zvierat a jednobunkových eukaryotických organizmov. Viaže sa na membránu väzbou s molekulou dolicholu, izoprenoidným lipidom zabudovaným do ER membrány.

Po jeho syntéze je oligosacharid prevedený komplexom oligosacryltransferázového enzýmu do asparagínového zvyšku zahrnutého v tri-peptidovej sekvencii Asn-X-Ser / Thr proteínu, keď je translatovaný.

Tri zvyšky Glc na konci oligosacharidu slúžia ako signál pre správnu syntézu oligosacharidov a štiepia sa spolu s jedným zo zvyškov Man pred tým, ako sa proteín prenesie do Golgiho prístroja na ďalšie spracovanie.

Keď sú raz v Golgiho aparáte, môžu byť oligosacharidové časti pripojené k glykoproteínom modifikované pridaním galaktózy, kyseliny sialovej, fukózy a mnohých ďalších zvyškov, čím sa získajú reťazce s oveľa väčšou rozmanitosťou a komplexnosťou.

Spracovanie oliosacharidov (Dna 621, z Wikimedia Commons)

Enzymatické mechanizmy, ktoré sú potrebné na uskutočnenie glykozylačných procesov, zahŕňajú početné glykozyltransferázy na pridanie cukrov, glykozidázy na ich odstránenie a rôzne nukleotidové transportéry cukru na príspevok zvyškov použitých ako substráty.

V prokaryotoch

Baktérie nemajú vnútrobunkové membránové systémy, takže počiatočná tvorba oligosacharidov (iba 7 zvyškov) sa vyskytuje na cytosolickej strane plazmovej membrány.

Uvedený prekurzor je syntetizovaný na lipide, ktorý je potom translokovaný flipázou závislou od ATP do periplazmatického priestoru, kde dochádza k glykozylácii.

Ďalším dôležitým rozdielom medzi eukaryotickou a prokaryotickou glykozyláciou je to, že enzým oligosacharid transferáza (oligosacaryltransferáza) z baktérií môže prenášať zvyšky cukru na voľné časti už poskladaných proteínov, nie preto, že sú translatované ribozómami.

Okrem toho peptidový motív rozpoznávaný týmto enzýmom nie je rovnaká eukaryotická tri-peptidová sekvencia.

Vlastnosti

N-oligosacharidy naviazané na glykoproteíny slúžia na rôzne účely. Napríklad niektoré proteíny vyžadujú túto posttranslačnú modifikáciu, aby sa dosiahlo správne zloženie ich štruktúry.

Ostatným poskytuje stabilitu, a to buď zabránením proteolytickej degradácie, alebo preto, že táto časť je pre nich nevyhnutná na splnenie ich biologickej funkcie.

Pretože oligosacharidy majú silný hydrofilný charakter, ich kovalentné pridanie k proteínu nevyhnutne modifikuje jeho polaritu a rozpustnosť, čo môže mať význam z funkčného hľadiska.

Po pripojení k membránovým proteínom sú oligosacharidy hodnotnými nosičmi informácií. Zúčastňujú sa na procesoch bunkovej signalizácie, komunikácie, rozpoznávania, migrácie a adhézie.

Majú dôležitú úlohu pri zrážaní krvi, hojení a imunitnej odpovedi, ako aj pri spracovaní kontroly kvality proteínov, ktorá je závislá od glykánu a je pre bunku nevyhnutná.

dôležitosť

S proteínovou glykozyláciou u ľudí je spojených najmenej 18 genetických chorôb, z ktorých niektoré zahŕňajú zlý fyzický a duševný vývoj, zatiaľ čo iné môžu byť fatálne.

Existuje stále viac objavov súvisiacich s glykozylačnými chorobami, najmä u detských pacientov. Mnohé z týchto porúch sú vrodené a súvisia s poruchami spojenými s počiatočnými štádiami tvorby oligosacharidov alebo s reguláciou enzýmov, ktoré sa podieľajú na týchto procesoch.

Pretože veľká časť glykozylovaných proteínov tvorí glykalyx, existuje zvýšený záujem o overenie, či mutácie alebo zmeny v glykozylačných procesoch môžu súvisieť so zmenou mikroprostredia nádorových buniek, a tak podporovať progresiu nádory a vývoj metastáz u pacientov s rakovinou.

Referencie

1. Aebi, M. (2013). N-naviazaná proteínová glykozylácia v ER. Biochimica et Biophysica Acta, 1833 (11), 2430 - 2437.
2. Dennis, JW, Granovsky, M., & Warren, CE (1999). Proteínová glykozylácia vo vývoji a ochorení. BioEssays, 21 (5), 412-421.
3. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, Kalifornia, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., … Martin, K. (2003). Molecular Celí Biology (5. vydanie). Freeman, WH & Company.
4. Luckey, M. (2008). Štrukturálna biológia membrán: s biochemickými a biofyzikálnymi základmi. Cambridge University Press. Zdroj: www.cambrudge.org/9780521856553
5. Nelson, DL, a Cox, MM (2009). Lehningerove princípy biochémie. Vydania Omega (5. vydanie).
6. Nothaft, H. a Szymanski, CM (2010). Proteínová glykozylácia v baktériách: sladšia ako kedykoľvek predtým. Nature Reviews Microbiology, 8 (11), 765–778.
7. Ohtsubo, K., & Marth, JD (2006). Glykozylácia v bunkových mechanizmoch zdravia a chorôb. Cell, 126 (5), 855-867.
8. Spiro, RG (2002). Proteínová glykozylácia: povaha, distribúcia, enzymatická tvorba a dôsledky glykopeptidových väzieb na ochorenie. Glycobiology, 12 (4), 43R-53R.
9. Stowell, SR, Ju, T. a Cummings, RD (2015). Glykozylácia proteínov pri rakovine. Ročný prehľad patológie: mechanizmy choroby, 10 (1), 473–510.
10. Strasser, R. (2016). Glykozylácia rastlinných proteínov. Glycobiology, 26 (9), 926 - 939.
11. Xu, C., & Ng, DTW (2015). Glykozylačná kontrola kvality skladania proteínov. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 16 (12), 742 - 752.
12. Zhang, X. a Wang, Y. (2016). Kontrola kvality glykozylácie Golgiho štruktúrou. Journal of Molecular Biology, 428 (16), 3183-3193.