Glikozylacja typów białek, procesów i funkcji



The glikozylacja białka jest posttranslacyjną modyfikacją polegającą na dodaniu liniowych lub rozgałęzionych łańcuchów oligosacharydowych do białka. Powstałe glikoproteiny są ogólnie białkami powierzchniowymi i białkami szlaku wydzielniczego.

Glikozylacja jest jedną z najczęstszych modyfikacji peptydów wśród organizmów eukariotycznych, ale wykazano, że występuje także u niektórych gatunków archeonów i bakterii.

W eukariontach mechanizm ten występuje między siateczką endoplazmatyczną (ER) a kompleksem Golgiego, z interwencją różnych enzymów zaangażowanych zarówno w procesy regulacyjne, jak i w tworzenie kowalencyjnego białka + wiązania oligosacharydowe.

Indeks

  • 1 Rodzaje glikolizacji
    • 1.1 N-glikozylacja
    • 1,2 O-glikozylacja
    • 1.3 C-mannozylacja
    • 1.4 Glipiacja (z angielskiego „Glypiation”)
  • 2 Proces
    • 2.1 W eukariotach
    • 2.2 U prokariotów
  • 3 funkcje
    • 3.1 Znaczenie
  • 4 odniesienia

Rodzaje glikolizacji

W zależności od miejsca wiązania oligosacharydu do białka, glikozylację można podzielić na 4 typy:

N-glikozylacja

Jest najbardziej powszechny i ​​występuje, gdy oligosacharydy wiążą się z azotem grupy amidowej reszt asparaginy w motywie Asn-X-Ser / Thr, gdzie X może być dowolnym aminokwasem z wyjątkiem proliny.

O-glikozylacja

Gdy węglowodany wiążą się z grupą hydroksylową seryny, treoniny, hydroksylizyny lub tyrozyny. Jest to mniej powszechna modyfikacja, a przykładami są białka, takie jak kolagen, glikophorina i mucyny.

C-manilacja

Polega ona na dodaniu reszty mannozy, która jest związana z białkiem przez wiązanie C-C z C2 grupy indolowej w resztach tryptofanu.

Glipiación (z angielskiego)Glypiation ”)

Polisacharyd działa jako mostek wiążący białko z kotwicą glikozylofosfatydyloinozytolu (GPI) w błonie.

Proces

W eukariontach

The N-glikozylacja jest tą, która była badana bardziej szczegółowo. W komórkach ssaków proces rozpoczyna się w szorstkim ER, gdzie wstępnie uformowany polisacharyd wiąże się z białkami, gdy wychodzą z rybosomów.

Wspomniany prekursor polisacharydowy składa się z 14 reszt cukrowych, a mianowicie: reszt 3 glukozy (Glc), 9 mannozy (Man) i 2 N-acetyloglukozaminy (GlcNAc).

Ten prekursor jest powszechny u roślin, zwierząt i jednokomórkowych organizmów eukariotycznych. Jest połączony z błoną dzięki połączeniu z cząsteczką dolicholu, lipidem izoprenoidowym osadzonym w błonie ER.

Po jego syntezie oligosacharyd jest przenoszony przez kompleks enzymu oligosacharylotransferazy do reszty asparaginy zawartej w trójpeptydowej sekwencji Asn-X-Ser / Thr białka podczas jego translacji.

Trzy reszty Glc na końcu oligosacharydu służą jako sygnał do prawidłowej syntezy tego i są wycinane razem z jedną z reszt Man, zanim białko zostanie przeniesione do aparatu Golgiego w celu dalszego przetwarzania..

W aparacie Golgiego części oligosacharydowe związane z glikoproteinami można modyfikować przez dodanie reszt galaktozy, kwasu sialowego, fukozy i wielu innych, co daje łańcuchy o znacznie większej różnorodności i złożoności.

Maszyneria enzymatyczna potrzebna do przeprowadzenia procesów glikozylacji obejmuje liczne glikozylotransferazy do dodawania cukrów, glikozydaz do ich usuwania i różne transportery cukrów nukleotydowych do udziału odpadów wykorzystywanych jako substraty.

W prokariotach

Bakterie nie mają wewnątrzkomórkowych układów błonowych, więc tworzenie początkowego oligosacharydu (tylko 7 reszt) zachodzi po stronie cytozolowej błony plazmatycznej.

Ten prekursor jest syntetyzowany na lipidzie, który jest następnie przemieszczany przez zależną od ATP flipazę do przestrzeni periplazmatycznej, gdzie zachodzi glikozylacja.

Inną ważną różnicą między glikozylacją eukariontów i prokariotów jest to, że bakteryjna transferaza oligosacharydowa (oligosacarylotransferaza) może przenosić reszty cukrowe do wolnych części już pofałdowanych białek, a nie jak ulegają translacji przez rybosomy..

Ponadto motyw peptydowy, który rozpoznaje ten enzym, nie jest tą samą sekwencją eukariotyczną tri peptydową.

Funkcje

The N-Oligosacharydy połączone z glikoproteinami służą kilku celom. Na przykład niektóre białka wymagają tej modyfikacji posttranslacyjnej, aby uzyskać odpowiednie zwijanie ich struktury.

Dla innych zapewnia stabilność, albo przez uniknięcie degradacji proteolitycznej, albo dlatego, że ta część jest konieczna do spełnienia jej funkcji biologicznej.

Ponieważ oligosacharydy mają silny charakter hydrofilowy, ich kowalencyjne dodanie do białka z konieczności zmienia ich polarność i rozpuszczalność, które mogą być funkcjonalnie istotne.

Po przyłączeniu do białek błonowych oligosacharydy są cennymi nośnikami informacji. Uczestniczą w procesach sygnalizacji, komunikacji, rozpoznawania, migracji i adhezji komórek.

Odgrywają ważną rolę w krzepnięciu krwi, gojeniu i odpowiedzi immunologicznej, a także w przetwarzaniu kontroli jakości białka, która jest zależna od glikanów i niezbędna dla komórki.

Znaczenie

Co najmniej 18 chorób genetycznych zostało powiązanych z glikozylacją białek u ludzi, z których niektóre wiążą się ze słabym rozwojem fizycznym i psychicznym, podczas gdy inne mogą być śmiertelne.

Istnieje coraz więcej odkryć związanych z chorobami glikozylacyjnymi, zwłaszcza u pacjentów pediatrycznych. Wiele z tych zaburzeń jest wrodzonych i ma związek z defektami związanymi z początkowymi etapami tworzenia oligosacharydów lub z regulacją enzymów zaangażowanych w te procesy.

Ponieważ duża część glikozylowanych białek składa się z glikokaliksu, istnieje coraz większe zainteresowanie sprawdzaniem, czy mutacje lub zmiany w procesach glikozylacji mogą być związane ze zmianą mikrośrodowiska komórek nowotworowych, a tym samym promować postęp nowotwory i rozwój przerzutów u pacjentów z rakiem.

Referencje

  1. Aebi, M. (2013). N-glikozylacja białka w ER. Biochimica et Biophysica Acta, 1833(11), 2430-2437.
  2. Dennis, J. W., Granovsky, M., i Warren, C. E. (1999). Glikozylacja białek w rozwoju i chorobie. BioEssays, 21(5), 412-421.
  3. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C. A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., ... Martin, K. (2003). Molekularna biologia komórkowa (5 wyd.). Freeman, W. H. & Company.
  4. Luckey, M. (2008). Membranowa biologia strukturalna: z podstawami biochemicznymi i biofizycznymi. Cambridge University Press. Źródło: www.cambrudge.org/9780521856553
  5. Nelson, D. L. i Cox, M. M. (2009). Lehninger Principles of Biochemistry. Edycje Omega (5 wyd.).
  6. Nothaft, H. i Szymański, C. M. (2010). Glikozylacja białek u bakterii: słodsza niż kiedykolwiek. Nature Reviews Microbiology, 8(11), 765-778.
  7. Ohtsubo, K. i Marth, J. D. (2006). Glikozylacja w komórkowych mechanizmach zdrowia i choroby. Komórka, 126(5), 855-867.
  8. Spiro, R. G. (2002). Glikozylacja białek: natura, dystrybucja, tworzenie enzymów i implikacje chorób wiązań glikopeptydowych. Glikobiologia, 12(4), 43R-53R.
  9. Stowell, S.R., Ju, T. i Cummings, R. D. (2015). Glikozylacja białka w raku. Roczny przegląd patologii: mechanizmy choroby, 10(1), 473-510.
  10. Strasser, R. (2016). Glikozylacja białek roślinnych. Glikobiologia, 26(9), 926-939.
  11. Xu, C. i Ng, D. T. W. (2015). Kierowana przez glikozylację kontrola jakości zwijania białek. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 16(12), 742-752.
  12. Zhang, X. i Wang, Y. (2016). Kontrola jakości glikozylacji przez strukturę Golgiego. Journal of Molecular Biology, 428(16), 3183-3193.