Glikozilacija proteinov, procesov in funkcij



The glikozilacijo proteinov je post-translacijska modifikacija, ki sestoji iz dodajanja linearnih ali razvejanih oligosaharidnih verig proteinu. Nastali glikoproteini so na splošno površinski proteini in proteini sekrecijske poti.

Glikozilacija je ena najpogostejših modifikacij peptidov med evkariontskimi organizmi, vendar se je pokazala tudi pri nekaterih vrstah arhej in bakterij..

Pri evkariontih se ta mehanizem pojavlja med endoplazmatskim retikulom (ER) in Golgijevim kompleksom, z intervencijo različnih encimov, ki sodelujejo v regulativnih procesih in pri tvorbi kovalentnih proteinov + oligosaharidnih vezi..

Indeks

  • 1 Vrste glikolizacije
    • 1,1 N-glikozilacija
    • 1.2 O-glikozilacija
    • 1,3 C-manozilacija
    • 1.4 Glipiacija (iz angleščine "Glipiation")
  • 2 Postopek
    • 2.1 Pri evkariontih
    • 2.2 V prokariotih
  • 3 Funkcije
    • 3.1 Pomen
  • 4 Reference

Vrste glikolizacije

Glede na vezavno mesto oligosaharida na beljakovino lahko glikozilacijo razvrstimo v 4 vrste:

N-glikozilacijo

To je najpogostejši od vseh in se zgodi, ko se oligosaharidi vežejo na dušik amidne skupine ostankov asparagina v Asn-X-Ser / Thr motivu, kjer je X lahko katera koli aminokislina, razen prolina.

O-glikozilacijo

Ko se ogljikovi hidrati vežejo na hidroksilno skupino serina, treonina, hidroksilizina ali tirozina. To je manj pogosta modifikacija in primeri so beljakovine, kot so kolagen, glikoforin in mucini.

C-manilacijo

Sestoji iz dodatka ostanka manoze, ki je vezan na protein s C-C vezjo s C2 indolske skupine v ostankih triptofana..

Glipiación (iz angleščine)Glipiacija ")

Polisaharid deluje kot most, ki veže protein na glikozilfosfatidilinozitol (GPI) sidro v membrani.

Proces

Pri evkariontih

The N-glikozilacija je tista, ki je bila podrobneje proučena. V celicah sesalcev se postopek začne v grobem ER, kjer se predoblikovani polisaharid veže na beljakovine, ko izhajajo iz ribosomov.

Navedeni polisaharidni prekurzor je sestavljen iz 14 sladkornih ostankov, in sicer: 3 glukoze (Glc), 9 manoznih (Man) in 2 N-acetil glukozaminskih (GlcNAc) ostankov..

Ta predhodnica je pogosta pri rastlinah, živalih in enoceličnih evkariontskih organizmih. Povezan je z membrano zahvaljujoč povezavi z molekulami dolichol, izoprenoidnim lipidom, ki je vgrajen v ER membrano..

Po njegovi sintezi se oligosaharid prenese z encimskim kompleksom oligoskaril-transferaze v ostanek asparagina, ki je vključen v tri-peptidno Asn-X-Ser / Thr sekvenco proteina, medtem ko se prevaja.

Trije ostanki Glc na koncu oligosaharida služijo kot signal za pravilno sintezo tega in so izrezani skupaj z enim od Manovih ostankov, preden se beljakovina odpelje v Golgijev aparat za nadaljnjo obdelavo..

Enkrat v Golgijevem aparatu lahko oligosaharidne dele, vezane na glikoproteine, modificiramo z dodatkom galaktoznih ostankov, sialične kisline, fukoze in mnogih drugih, kar daje verige z veliko večjo raznolikostjo in kompleksnostjo.

Encimski stroji, potrebni za izvajanje glikozilacijskih procesov, vključujejo številne glikoziltransferaze za dodajanje sladkorjev, glikozidaze za njihovo odstranitev in različne transporterje nukleotidnih sladkorjev za prispevek odpadkov, ki se uporabljajo kot substrati..

V prokariontih

Bakterije nimajo znotrajceličnih membranskih sistemov, zato nastajanje začetnega oligosaharida (samo 7 ostankov) nastopi na citosolni strani plazemske membrane.

Ta prekurzor se sintetizira na lipidu, ki ga nato translocira ATP-odvisna flipaza v periplazmatski prostor, kjer se pojavi glikozilacija..

Druga pomembna razlika med glikozilacijo evkariontov in prokariotov je v tem, da lahko bakterijski oligosaharidni (oligosakaril-transferazni) transferazni encim prenese ostanke sladkorja na proste dele že preklopljenih beljakovin, ne pa kot jih prevedejo ribosomi..

Poleg tega peptidni motiv, ki prepozna ta encim, ni enaka evkariotska tri peptidna sekvenca.

Funkcije

The N-Oligosaharidi, povezani z glikoproteini, imajo več namenov. Na primer, nekateri proteini potrebujejo to posttranslacijsko modifikacijo, da dosežejo ustrezno zlaganje njihove strukture.

Za druge zagotavlja stabilnost bodisi z izogibanjem proteolitični razgradnji bodisi zato, ker je ta del potreben za izpolnitev njegove biološke funkcije.

Ker imajo oligosaharidi močno hidrofilno naravo, njihovo kovalentno dodajanje proteinu nujno spremeni njihovo polarnost in topnost, ki so lahko funkcionalno pomembni..

Ko so oligosaharidi pritrjeni na membranske proteine, so dragoceni nosilci informacij. Sodelujejo pri procesih signalizacije, komunikacije, prepoznavanja, migracije in celične adhezije.

Imajo pomembno vlogo pri strjevanju krvi, zdravljenju in imunskem odzivu, kot tudi pri obdelavi nadzora kakovosti beljakovin, ki je odvisna od glikanov in je nujno potrebna za celice..

Pomen

Vsaj 18 genetskih bolezni je bilo povezano z glikozilacijo beljakovin pri ljudeh, od katerih nekatere vključujejo slab fizični in duševni razvoj, druge pa so lahko usodne..

Vedno več je odkritij, povezanih z glikozilacijskimi boleznimi, zlasti pri pediatričnih bolnikih. Številne od teh motenj so prirojene in so povezane z okvarami, povezanimi z začetnimi stopnjami tvorbe oligosaharidov ali z ureditvijo encimov, ki so vključeni v te postopke..

Ker velik del glikoziliranih proteinov sestavljajo glikokaliks, je vedno večje zanimanje za preverjanje, ali so mutacije ali spremembe v glikozilacijskih procesih lahko povezane s spremembo mikrookrožja tumorskih celic in s tem spodbujajo napredovanje. tumorji in razvoj metastaz pri bolnikih z rakom.

Reference

  1. Aebi, M. (2013). N-vezana beljakovinska glikozilacija v ER. Biochimica et Biophysica Acta, 1833(11), 2430-2437.
  2. Dennis, J.W., Granovsky, M., & Warren, C.E. (1999). Glikozilacija beljakovin v razvoju in bolezni. BioEssays, 21(5), 412-421.
  3. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., ... Martin, K. (2003). Molekularna celična biologija (5. izd.). Freeman, W. H. & Company.
  4. Luckey, M. (2008). Strukturna biologija membran: z biokemičnimi in biofizičnimi temelji. Cambridge University Press. Vzpostavljeno iz www.cambrudge.org/9780521856553
  5. Nelson, D.L., & Cox, M. M. (2009). Lehningerjeva načela biokemije. Omega izdaje (5. izd.).
  6. Nothaft, H., & Szymanski, C.M. (2010). Glikozilacija beljakovin v bakterijah: Sladka kot kdajkoli prej. Nature Reviews Mikrobiologija, 8(11), 765-778.
  7. Ohtsubo, K., & Marth, J.D. (2006). Glikozilacija v celičnih mehanizmih zdravja in bolezni. Cell, 126(5), 855-867.
  8. Spiro, R. G. (2002). Glikozilacija beljakovin: narava, porazdelitev, tvorba encimov in posledice bolezni glikopeptida. Glikobiologija, 12(4), 43R-53R.
  9. Stowell, S.R., Ju, T., & Cummings, R.D. (2015). Beljakovinska glikozilacija v raku. Letni pregled patologije: mehanizmi bolezni, 10(1), 473-510.
  10. Strasser, R. (2016). Glikozilacija rastlinskega proteina. Glikobiologija, 26(9), 926-939.
  11. Xu, C., & Ng, D.T.W. (2015). Glikozilacijsko usmerjen nadzor kakovosti zlaganja proteinov. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 16(12), 742-752.
  12. Zhang, X., & Wang, Y. (2016). Nadzor kakovosti glikozilacije s strukturo Golgija. Revija za molekularno biologijo, 428(16), 3183-3193.