GLIKOPROTEINI: STRUKTURA, FUNKCIJE, RAZREDI IN PRIMERI - BIOLOGIJA - 2026

V glikoproteini ali glikoproteini so transmembranski proteini, ki so del velike družine membranskih glycoconjugates in so prisotni v živali, rastline in mikroorganizmi, kot so bakterije, kvasovke , in arhej.

Prvi odbor jih je leta 1908 določil Odbor za proteinsko nomenklaturo Ameriškega združenja biokemikov in so posledica glikozidne zveze beljakovin z deležem ogljikovih hidratov, imenovanim glukan.

Struktura lektinskega monomera stročnice (Vir: Uporabnik: Tomixdf prek Wikimedia Commons)

Gre za beljakovine, ki so na površini plazemske membrane mnogih celic še posebej obilne in predstavljajo pomemben del ogljikohidratne plasti, ki jih pokriva, kar v mnogih primerih imenujemo glikokaliks.

Prekursorski proteini glikoproteinov so kovalentno spremenjeni v endoplazmatskem retikulumu in Golgijevem kompleksu številnih evkariotov po njihovem prevajanju, čeprav obstajajo tudi primeri glikozilacije v citosolu, vendar so redkejši in se pojavljajo samo z eno vrsto sladkorja .

Glikozilacija beljakovin ima pogosto pomembne funkcionalne učinke na njihovo aktivnost, saj lahko sodeluje pri zgibanju in s tem pri vzpostavljanju njihove terciarne strukture.

Glikanci imajo več biološko pomembnih funkcij za celico, saj lahko celicam dajo specifičnost in sodelujejo v medceličnih in medceličnih signalizacijskih procesih, saj so ligandi za endogene in eksogene receptorje.

Glikoproteini, pa tudi ostali glikokonjugati, so tako pomembni, da celica namenja do 1% svojega genoma strojem za glikozilacijo in pri ljudeh z glikozilacijo spremeni več kot 70% beljakovin.

Struktura

Strukturo glikoproteinov preučujemo na podlagi njihovega zaporedja aminokislin, mest glikozilacije znotraj zaporedja in struktur delov glikona, ki se vežejo na teh mestih.

Oligosaharidne verige, ki jih glikozilacija povezuje s temi beljakovinami, so na splošno zelo raznolike, vendar so kratke, saj ne presegajo 15 ostankov sladkorja. Nekateri proteini imajo eno samo oligosaharidno verigo, drugi pa lahko več kot eno in se lahko razvejijo.

Združevanje oligosaharidov in beljakovin nastane z anomernim ogljikovim ogljikovim hidratom in hidroksilno skupino (-OH) ostanka serina ali treonina, v primeru O-glikozilacije ali prek amidnega dušika ostanka asparagina, v primeru N-glikozilacije.

Tako vezani ogljikovi hidrati lahko predstavljajo do 70% molekulske mase glikoproteina, lastnosti ogljikovih hidratov (na primer velikost in naboj) pa lahko zaščitijo nekatere beljakovine pred encimsko proteolizo.

Isti protein ima lahko v različnih tkivih različne vzorce glikozilacije, zaradi katerih je to različen glikoprotein, saj celotna struktura ne vključuje samo aminokislinskih ostankov in njihove prostorske ureditve, temveč tudi pritrjene oligosaharide.

Med ostanki sladkorja, ki jih večkrat najdemo v glikoproteinih, so: D-galaktoza, D-manoza, D-glukoza, L-fukoza, D-ksiloza, L-arabinofuranoza, N-acetil-D-glukozamin, N-acetil -D-galaktozamin, nekatere sialne kisline in modifikacije vseh teh.

Lastnosti

Strukturni

S strukturnega vidika glikoproteini zagotavljajo ogljikohidratne verige, ki sodelujejo pri zaščiti in mazanju celic, saj lahko hidrirajo in tvorijo viskozno snov, ki se upira mehanskim in kemičnim agresijam.

Nekaj ​​glikoproteinov najdemo tudi v bakterijah in arhejah in to so pomembne sestavine sloja S, ki je najbolj zunanja plast celične ovojnice.

Poleg tega jih najdemo tudi kot sestavine flagelinskih beljakovin, ki so del flagelarnih filamentov, ki se uporabljajo kot lokomotorni organi.

Rastline imajo tudi strukturne glikoproteine, za katere so značilni zapleteni vzorci glikozilacije in jih lahko najdemo kot del strukture celične stene ali v zunajceličnem matriksu.

Prepoznavanje celic

Glikoproteini služijo pomembnim funkcijam kot mesta medceličnega prepoznavanja, saj so številni receptorji na celični površini sposobni prepoznati specifična oligosaharidna zaporedja.

Primer medceličnih prepoznav, ki nastanejo z oligosaharidnimi verigami na celični površini, je primer prepoznavanja med ovulo in semenčico, ki je potrebno za pojav oploditve pri večceličnih organizmih s spolno razmnoževanjem.

Krvne skupine pri ljudeh so določene z identiteto sladkorjev, vezanih na glikoproteine, ki jih določajo. Protitelesa in številni hormoni so tudi glikoproteini in njihove funkcije so bistvene za signalizacijo in obrambo telesa.

Celični oprijem

T celice imunskega sistema sesalcev imajo glikoprotein z adhezijskimi domenami, imenovanimi CD2, ki je ključni sestavni del imunske stimulacije, saj prek svojega receptorja posreduje vezavo med celicami limfocitov in antigenom CD58 glikoprotein.

Nekateri virusi, ki imajo za številne sesalce pomembne patogene funkcije, imajo površinske glikoproteine, ki delujejo v adhezijskih procesih virusnega delca na celice, ki jih parazitirajo.

Tak primer je protein GP120 virusa človeške pridobljene imunske pomanjkljivosti ali HIV, ki deluje s površinskim proteinom človeških celic, znan kot GP41 in ki sodeluje pri vstopu virusa v celico.

Na enak način veliko glikoziliranih beljakovin sodeluje pri pomembnih celičnih adhezijskih procesih, ki potekajo v običajnem življenju celic, prisotnih v številnih tkivih večceličnih organizmov.

Glikoproteini kot terapevtske tarče

Ti kompleksi beljakovin in ogljikovih hidratov so prednostna tarča številnih patogenov, kot so paraziti in virusi, številni glikoproteini z ablerantnimi vzorci glikozilacije pa imajo kritično vlogo pri avtoimunskih boleznih in rakih.

Zaradi tega so različni raziskovalci prevzeli nalogo, da te beljakovine predlagajo kot možne terapevtske tarče in za oblikovanje diagnostičnih metod, terapij nove generacije in celo za oblikovanje cepiv.

Lekcije

Razvrstitev glikoproteinov temelji predvsem na naravi glikozidne vezi, ki združuje beljakovinske in ogljikove hidratne dele in na značilnostih priloženih glikanov.

Glede na ostanke sladkorja so lahko glikoproteini z monosaharidi, disaharidi, oligosaharidi, polisaharidi in njihovi derivati. Nekateri avtorji menijo, da je razvrstitev glikoproteinov v:

- Proteoglikani, ki so podrazred skupine glikoproteinov, ki v ogljikovih hidratih vsebujejo polisaharide, sestavljene večinoma iz aminokislin (glikozaminoglikani).

- Glikopeptidi, ki so molekule, sestavljene iz ogljikovih hidratov, povezanih z oligopeptidi, ki jih tvorijo aminokisline v svojih L in / ali D konformacijah.

- aminokisline gliko, ki so aminokisline, povezane s saharidom preko katere koli vrste kovalentne vezi.

- Glikozilne aminokisline, ki so aminokisline, povezane s saharidnim delom preko O-, N- ali S-glikozidnih vezi.

V nomenklaturi teh beljakovin, ki so tako povezane z ogljikovimi hidrati, se predponi O-, N- in S- uporabljajo za določitev, prek katerih vezi so sladkorji pritrjeni na polipeptidno verigo.

Primeri

- Glikokarin A je eden najbolje preučenih glikoproteinov: je sestavni protein membrane eritrocitov (celic ali rdečih krvnih celic) in ima 15 oligosaharidnih verig, kovalentno povezanih z aminokislinskimi ostanki v N-terminalni regiji a prek O-glikozidnih vezi in verige, povezane z N-glikozidno vezjo.

- Večina beljakovin v krvi so glikoproteini in v to skupino spadajo imunoglobulini in številni hormoni.

- Laktalbumin, beljakovina, prisotna v mleku, je glikozilirana, pa tudi veliko pankreasnih in lizosomskih beljakovin.

- Lektini so beljakovine, ki vežejo ogljikove hidrate, zato imajo pri prepoznavanju več funkcij.

- izpostaviti je treba tudi številne živalske hormone, ki so glikoproteini; Med njimi lahko omenimo lutropin (LH), folitropin (FSH) in tirotropin (TSH), ki se sintetizirata v prednji hipofizi, in horionski gonadotropin, ki nastaja v posteljici ljudi, primatov in kopitarji.

Ti hormoni imajo reproduktivne funkcije, saj LH spodbuja steroidogenezo v jajčnikih in testisnih Leydigovih celicah.

- Kolagen, bogat protein, prisoten predvsem v vezivnih tkivih živali, predstavlja ogromno družino glikoproteinov, sestavljenih iz več kot 15 vrst beljakovin, ki so, čeprav imajo številne skupne značilnosti, precej različne.

Ti proteini vsebujejo "nekolagene" dele, od katerih so nekateri sestavljeni iz ogljikovih hidratov.

- Ekstenzini so rastlinske beljakovine, ki so sestavljene iz mreže netopnih glikoproteinov, ki so bogate z ostanki hidroksiprolina in serina. Najdemo jih v steni rastlinskih celic in velja, da delujejo kot obramba pred različnimi vrstami stresa in patogenov.

- Rastline imajo tudi lektinom podobne beljakovine, poseben primer teh so krompirjevi lektini, ki imajo očitno sposobnost aglutinacije krvnih celic, kot so eritrociti.

- Nenazadnje lahko imenujemo mucine, ki so glikoproteini, ki se izločajo na sluznici in so del sline pri živalih, ki v glavnem izpolnjujejo funkcije mazanja in signalizacije.

Reference

1. Montreuil, J., Vliegenthart, J., & Schachter, H. (1995). Glikoproteini. (A. Neuberger & L. Deenen, ur.). Elsevier.
2. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehningerjeva načela biokemije. Izdaje Omega (5. izd.). https://doi.org/10.1007/s13398-014-0173-7.2
3. Struwe, W., Cosgrave, E. (2011). Funkcionalna in strukturna proteomika glikoproteinov. (R. Owens in J. Nettleship, ur.). London: Springer.
4. Voet, D., in Voet, J. (2006). Biokemija (3. izd.). Uredništvo Médica Panamericana.
5. Wittman, V. (2007). Glikopeptidi in glikoproteini. Sinteza, struktura in uporaba. (V. Balzani, J.-M. Lehn, A. de Meijere, S. Ley, K. Houk, S. Schreiber, J. Thiem, ur.). Leipzig: Springer Science + Business Media, LLC.