ГЛИКОПРОТЕИНЫ: СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ, КЛАССЫ И ПРИМЕРЫ - БИОЛОГИЯ - 2025

В гликопротеинах или гликопротеины представляют собой трансмембранные белки , которые являются частью большого семейства мембранных гликоконъюгатов и присутствуют у животных, растений и микроорганизмов , такие как бактерии, дрожжи , и Archaea.

Они были впервые определены в 1908 году Комитетом по номенклатуре белков Американского общества биохимиков и являются результатом гликозидного союза белка с углеводной частью, называемой глюканом.

Структура лектинового мономера бобовых растений (Источник: Пользователь: Tomixdf через Wikimedia Commons)

Это белки, которых особенно много на поверхности плазматической мембраны многих клеток и которые составляют важную часть покрывающего их углеводного слоя, который во многих случаях называется гликокаликсом.

Белки-предшественники гликопротеинов ковалентно модифицируются в эндоплазматическом ретикулуме и комплексе Гольджи многих эукариот после их трансляции, хотя бывают также случаи гликозилирования в цитозоле, но они менее распространены и встречаются только с одним типом сахара. ,

Гликозилирование белка часто оказывает важное функциональное влияние на его активность, поскольку оно может участвовать в сворачивании и, следовательно, в установлении его третичной структуры.

Гликаны выполняют множество биологически важных функций для клетки, поскольку они могут придавать специфичность клеткам и участвовать во внутриклеточных и межклеточных процессах передачи сигналов, поскольку они являются лигандами для эндогенных и экзогенных рецепторов.

Гликопротеины, как и остальные гликоконъюгаты, настолько важны, что клетка посвящает до 1% своего генома аппарату гликозилирования, а у людей более 70% белков модифицируются путем гликозилирования.

Структура

Структура гликопротеинов изучается на основе их аминокислотной последовательности, сайтов гликозилирования в последовательности и структур гликановых частей, которые связываются на этих сайтах.

Цепи олигосахаридов, которые связаны гликозилированием с этими белками, обычно очень разнообразны, но они короткие, поскольку не превышают 15 остатков сахара. Некоторые белки имеют одну олигосахаридную цепь, но другие могут иметь более одной цепи, и они могут быть разветвленными.

Объединение олигосахаридов и белков происходит через аномерный углерод углевода и гидроксильную группу (-ОН) остатка серина или треонина, в случае O-гликозилирования, или через амидный азот остатка аспарагина, в случае N-гликозилирования.

Связанные таким образом углеводы могут составлять до 70% молекулярной массы гликопротеина, а характеристики углеводной части (например, размер и заряд) могут защищать некоторые белки от ферментативного протеолиза.

Один и тот же белок может иметь в разных тканях разные паттерны гликозилирования, которые делают его разным гликопротеином, поскольку полная структура включает не только аминокислотные остатки и их пространственное расположение, но также присоединенные к ним олигосахариды.

Среди сахарных остатков, которые неоднократно обнаруживаются в гликопротеинах, находятся: D-галактоза, D-манноза, D-глюкоза, L-фукоза, D-ксилоза, L-арабинофураноза, N-ацетил-D-глюкозамин, N-ацетил. -D-галактозамин, некоторые сиаловые кислоты и их модификации.

Характеристики

структурная

Со структурной точки зрения гликопротеины образуют углеводные цепи, которые участвуют в защите и смазке клеток, поскольку они способны гидратировать и образовывать вязкое вещество, которое сопротивляется механическим и химическим воздействиям.

Некоторые гликопротеины также содержатся в бактериях и архее, и они являются важными компонентами S-слоя, который является самым внешним слоем клеточной оболочки.

Кроме того, они также найдены в качестве компонентов флагеллина белков, которые являются частью жгутиковых нитей, используемых в качестве органов опорно-двигательного аппарата.

Растения также обладают структурными гликопротеинами, которые характеризуются сложными паттернами гликозилирования и которые могут быть обнаружены как часть структуры клеточной стенки или во внеклеточном матриксе.

Распознавание клеток

Гликопротеины выполняют важные функции в качестве сайтов распознавания между клетками, поскольку многие рецепторы на поверхности клетки способны распознавать специфические последовательности олигосахаридов.

Примером межклеточного распознавания, которое происходит посредством олигосахаридных цепей на поверхности клетки, является случай распознавания между яйцеклеткой и сперматозоидом, необходимый для явления оплодотворения в многоклеточных организмах с половым размножением.

Группы крови у людей определяются идентичностью сахаров, прикрепленных к гликопротеинам, которые их определяют. Антитела и многие гормоны также являются гликопротеинами, и их функции важны для передачи сигналов и защиты организма.

Клеточная адгезия

Т-клетки иммунной системы млекопитающих обладают гликопротеином с доменами адгезии, известным как CD2, который является ключевым компонентом иммунной стимуляции, поскольку он опосредует связывание между лимфоцитами и антигенпрезентирующими клетками через свой рецептор. Гликопротеин CD58.

Некоторые вирусы, которые выполняют важные патогенные функции для многих млекопитающих, включая человека, обладают поверхностными гликопротеинами, которые участвуют в процессах адгезии вирусной частицы к клеткам, на которых они паразитируют.

Так обстоит дело с белком GP120 вируса приобретенного иммунодефицита человека или ВИЧ, который взаимодействует с поверхностным белком человеческих клеток, известным как GP41, и который взаимодействует с проникновением вируса в клетку.

Таким же образом многие гликозилированные белки участвуют в важных процессах клеточной адгезии, которые имеют место в обычной жизни клеток, присутствующих во многих тканях многоклеточных организмов.

Гликопротеины как терапевтические мишени

Эти белково-углеводные комплексы являются предпочтительными мишенями для многих патогенов, таких как паразиты и вирусы, и многие гликопротеины с аберрантным паттерном гликозилирования играют решающую роль в аутоиммунных заболеваниях и раках.

По этим причинам различные исследователи взяли на себя задачу предложить эти белки в качестве возможных терапевтических мишеней и разработать диагностические методы, методы лечения нового поколения и даже разработать вакцины.

занятия

Классификация гликопротеинов основана в первую очередь на природе гликозидной связи, связывающей белковые и углеводные фрагменты, и на характеристиках прикрепленных гликанов.

В зависимости от остатков сахара могут присутствовать гликопротеины с моносахаридами, дисахаридами, олигосахаридами, полисахаридами и их производными. Некоторые авторы рассматривают классификацию гликопротеинов в:

- Протеогликаны, которые являются подклассом группы гликопротеинов, которые содержат в углеводной части полисахариды, состоящие в основном из аминосахаров (гликозаминогликанов).

- Гликопептиды, которые представляют собой молекулы, состоящие из углеводов, связанных с олигопептидами, образованными аминокислотами в их L- и / или D-конформациях.

- Гликоаминокислоты, которые представляют собой аминокислоты, связанные с сахаридом посредством ковалентной связи любого типа.

- Гликозиламинокислоты, которые представляют собой аминокислоты, связанные с сахаридной частью посредством O-, N- или S-гликозидных связей.

В номенклатуре этих белков, связанных таким образом с углеводами, префиксы O-, N- и S- используются для указания, через какие связи сахара присоединяются к полипептидной цепи.

Примеры

- Гликофорин A является одним из наиболее изученных гликопротеинов: он является интегральным белком мембраны эритроцитов (клеток или красных кровяных телец) и имеет 15 олигосахаридных цепей, ковалентно связанных с аминокислотными остатками в N-концевой области a через O-гликозидные связи и цепь, связанную N-гликозидной связью.

- Большинство белков в крови - это гликопротеины, в эту группу входят иммуноглобулины и многие гормоны.

- Лактальбумин, белок, присутствующий в молоке, гликозилирован, а также многие белки поджелудочной железы и лизосом.

- Лектины - это белки, связывающие углеводы, и поэтому они выполняют множество функций распознавания.

- Также необходимо выделить многие гормоны животных, являющиеся гликопротеинами; Среди них можно упомянуть лутропин (ЛГ), фоллитропин (ФСГ) и тиреотропин (ТТГ), которые синтезируются в передней доле гипофиза, а также хорионический гонадотропин, который вырабатывается в плаценте людей, приматов и других животных. непарнокопытных.

Эти гормоны выполняют репродуктивную функцию, поскольку ЛГ стимулирует стероидогенез в яичниках и клетках Лейдига яичек.

- Коллаген, обильный белок, присутствующий в основном в соединительных тканях животных, представляет собой огромное семейство гликопротеинов, состоящее из более чем 15 типов белков, которые, хотя и имеют много общих характеристик, совершенно разные.

Эти белки содержат «неколлагеновые» части, некоторые из которых состоят из углеводов.

- Экстенсины - это растительные белки, состоящие из сети нерастворимых гликопротеинов, богатых остатками гидроксипролина и серина. Они находятся в стенках растительных клеток и, как считается, действуют как защита от различных типов стресса и патогенов.

- Растения также содержат лектин-подобные белки, и особым примером этого являются лектины картофеля, которые, по-видимому, обладают способностью агглютинировать клетки крови, такие как эритроциты.

- Наконец, что не менее важно, можно назвать муцины, которые представляют собой гликопротеины, секретируемые слизистой оболочкой и входящие в состав слюны у животных, в основном выполняя функции смазки и передачи сигналов.

Ссылки

1. Монтрей Дж., Флигентхарт Дж. И Шахтер Х. (1995). Гликопротеинов. (А. Нойбергер и Л. Динен, ред.). Elsevier.
2. Нельсон, Д. Л., и Кокс, М. М. (2009). Принципы биохимии Ленингера. Omega Editions (5-е изд.). https://doi.org/10.1007/s13398-014-0173-7.2
3. Струве, В., и Косгрейв, Э. (2011). Функциональная и структурная протеомика гликопротеинов. (Р. Оуэнс и Дж. Неттлшип, ред.). Лондон: Спрингер.
4. Воет Д. и Воет Дж. (2006). Биохимия (3-е изд.). От редакции Médica Panamericana.
5. Виттман, В. (2007). Гликопептиды и гликопротеины. Синтез, структура и применение. (В. Бальзани, Ж.-М. Лен, А. де Мейере, С. Лей, К. Хук, С. Шрайбер, Дж. Тим, ред.). Лейпциг: Springer Science + Business Media, LLC.