ГЛИКОЗИЛИРОВАНИЕ БЕЛКОВ: ВИДЫ, ПРОЦЕССЫ И ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2024

Гликозилирование белков является посттрансляционной модификацией является добавлением олигосахаридных цепей линейных или разветвленного белка. Образующиеся гликопротеины обычно представляют собой поверхностные белки и белки секреторного пути.

Гликозилирование - одна из наиболее распространенных модификаций пептидов среди эукариотических организмов, но также было показано, что оно происходит у некоторых видов архей и бактерий.

Пример олигосахаридных цепей, которые могут связываться с белками путем гликозилирования (ДНК 621, из Wikimedia Commons)

У эукариот этот механизм происходит между эндоплазматическим ретикулумом (ER) и комплексом Гольджи с вмешательством различных ферментов, участвующих как в регуляторных процессах, так и в образовании ковалентных связей белок + олигосахарид.

Типы гликолиза

В зависимости от сайта связывания олигосахарида с белком гликозилирование можно разделить на 4 типа:

N-

Это наиболее распространено из всех и возникает, когда олигосахариды связываются с азотом амидной группы остатков аспарагина в мотиве Asn-X-Ser / Thr, где X может быть любой аминокислотой, кроме пролина.

ИЛИ

Когда углеводы связываются с гидроксильной группой серина, треонина, гидроксилизина или тирозина. Это менее распространенная модификация, и ее примерами являются такие белки, как коллаген, гликофорин и муцины.

C-

Он состоит из добавления остатка маннозы, который связывается с белком CC-связью с C2 индольной группы в остатках триптофана.

Глипиация (от англ.

Полисахарид действует как мостик для прикрепления белка к гликозилфосфатидилинозитолу (GPI), закрепленному на мембране.

Обработать

У эукариот

Наиболее подробно изучено N-гликозилирование. В клетках млекопитающих процесс начинается в грубой ЭПР, где предварительно сформированный полисахарид связывается с белками по мере их выхода из рибосом.

Указанный полисахарид-предшественник состоит из 14 остатков сахара, а именно: 3 остатка глюкозы (Glc), 9 остатков маннозы (Man) и 2 остатков N-ацетилглюкозамина (GlcNAc).

Этот предшественник распространен у растений, животных и одноклеточных эукариотических организмов. Он связан с мембраной благодаря связи с молекулой долихола, изопреноидным липидом, встроенным в мембрану ER.

После синтеза олигосахарид переносится ферментным комплексом олигосакарилтрансферазы на остаток аспарагина, включенный в трипептидную последовательность Asn-X-Ser / Thr белка, пока он транслируется.

Три остатка Glc на конце олигосахарида служат сигналом для правильного синтеза олигосахарида и расщепляются вместе с одним из остатков Man перед тем, как белок переносится в аппарат Гольджи для дальнейшей обработки.

Попав в аппарат Гольджи, части олигосахаридов, присоединенные к гликопротеинам, могут быть модифицированы добавлением галактозы, сиаловой кислоты, фукозы и многих других остатков, что дает цепи гораздо большего разнообразия и сложности.

Обработка оллиосахаридов (ДНК 621, из Wikimedia Commons)

Ферментативный аппарат, необходимый для осуществления процессов гликозилирования, включает многочисленные гликозилтрансферазы для добавления сахаров, гликозидазы для их удаления и различные переносчики нуклеотидных сахаров для вклада остатков, используемых в качестве субстратов.

У прокариот

Бактерии не обладают внутриклеточными мембранными системами, поэтому первоначальное образование олигосахаридов (всего 7 остатков) происходит на цитозольной стороне плазматической мембраны.

Указанный предшественник синтезируется на липиде, который затем перемещается АТФ-зависимой флипазой в периплазматическое пространство, где происходит гликозилирование.

Еще одно важное различие между эукариотическим и прокариотическим гликозилированием заключается в том, что фермент олигосахаридтрансфераза (олигосакарилтрансфераза) из бактерий может переносить остатки сахара в свободные части уже свернутых белков, а не так, как они транслируются рибосомами.

Кроме того, пептидный мотив, распознаваемый этим ферментом, не является той же трипептидной последовательностью эукариот.

Характеристики

N-олигосахариды, присоединенные к гликопротеинам, служат различным целям. Например, некоторые белки нуждаются в этой посттрансляционной модификации для достижения правильной укладки их структуры.

Для других он обеспечивает стабильность, либо избегая протеолитической деградации, либо потому, что эта часть необходима им для выполнения своей биологической функции.

Поскольку олигосахариды обладают сильным гидрофильным характером, их ковалентное добавление к белку обязательно изменяет его полярность и растворимость, что может иметь значение с функциональной точки зрения.

После присоединения к мембранным белкам олигосахариды становятся ценными носителями информации. Они участвуют в процессах передачи сигналов, коммуникации, распознавания, миграции и адгезии клеток.

Они играют важную роль в свертывании крови, заживлении и иммунном ответе, а также в процессе контроля качества белка, который зависит от гликана и необходим для клетки.

значение

По крайней мере 18 генетических заболеваний были связаны с гликозилированием белков у людей, некоторые из которых связаны с плохим физическим и умственным развитием, а другие могут быть фатальными.

Растет число открытий, связанных с заболеваниями гликозилирования, особенно у педиатрических пациентов. Многие из этих нарушений являются врожденными и связаны с дефектами, связанными с начальными стадиями образования олигосахаридов или с регуляцией ферментов, участвующих в этих процессах.

Поскольку большая часть гликозилированных белков составляет гликокаликс, возрастает интерес к проверке того, что мутации или изменения в процессах гликозилирования могут быть связаны с изменением микроокружения опухолевых клеток и, таким образом, способствовать прогрессированию опухоли и развитие метастазов у ​​онкологических больных.

Ссылки

1. Эби, М. (2013). N-связанное гликозилирование белков в ЭПР. Biochimica et Biophysica Acta, 1833 (11), 2430–2437.
2. Деннис, Дж. У., Грановский, М., и Уоррен, CE (1999). Гликозилирование белков в процессе развития и болезни. BioEssays, 21 (5), 412-421.
3. Лодиш, Х., Берк, А., Кайзер, Калифорния, Кригер, М., Бретчер, А., Плоег, Х., … Мартин, К. (2003). Молекулярная клеточная биология (5-е изд.). Фриман, WH & Company.
4. Лаки, М. (2008). Структурная биология мембран: с биохимическими и биофизическими основами. Издательство Кембриджского университета. Получено с www.cambrudge.org/9780521856553
5. Нельсон, Д. Л., и Кокс, М. М. (2009). Принципы биохимии Ленингера. Omega Editions (5-е изд.).
6. Нотафт, Х., & Шимански, С.М. (2010). Гликозилирование белков у бактерий: слаще, чем когда-либо. Nature Reviews Microbiology, 8 (11), 765–778.
7. Оцубо, К., и Март, JD (2006). Гликозилирование в клеточных механизмах здоровья и болезней. Ячейка, 126 (5), 855-867.
8. Спиро, Р.Г. (2002). Гликозилирование белков: природа, распределение, ферментативное образование и последствия гликопептидных связей для болезней. Гликобиология, 12 (4), 43R-53R.
9. Стоуэлл, С. Р., Джу, Т., и Каммингс, Р. Д. (2015). Гликозилирование белков при раке. Ежегодный обзор патологии: механизмы заболевания, 10 (1), 473–510.
10. Штрассер, Р. (2016). Гликозилирование растительных белков. Гликобиология, 26 (9), 926–939.
11. Сюй, К. и Нг, DTW (2015). Контроль качества фолдинга белков, направленный на гликозилирование. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 16 (12), 742–752.
12. Чжан, X., & Ван, Y. (2016). Контроль качества гликозилирования по структуре Гольджи. Журнал молекулярной биологии, 428 (16), 3183–3193.