GLIKOZILACIJA BELJAKOVIN: VRSTE, POSTOPEK IN FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2025

Glikozilacijsko protein je posttranslacijska modifikacija je dodajanje oligosaharidnih verig linearna ali razvejana proteina. Nastali glikoproteini so na splošno površinski beljakovine in beljakovine sekretorne poti.

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

Primer verig oligosaharida, ki se lahko vežejo na beljakovine z glikozilacijo (Dna 621, Wikimedia Commons)

Pri evkariotih se ta mehanizem pojavi med endoplazmatskim retikulumom (ER) in kompleksom Golgi, pri čemer posegajo različni encimi tako v regulativne procese kot v tvorbo kovalentnih vezi proteina + oligosaharida.

Vrste glikolize

Glede na mesto vezave oligosaharida na beljakovine lahko glikozilacijo razvrstimo v 4 vrste:

N-

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

ALI

Ko se ogljikovi hidrati vežejo na hidroksilno skupino serina, treonina, hidroksilizina ali tirozina. Gre za manj pogoste spremembe in primeri so beljakovine, kot so kolagen, glikoforin in mucini.

C-

Sestavljen je iz dodatka ostanka manoze, ki se veže na protein s CC vezjo s C2 iz indolne skupine v ostankih triptofana.

Glipiation (iz angleščine “

Polisaharid deluje kot most, da na membrano pritrdi protein na glikozilfosfatidilinozitol (GPI).

Proces

Pri evkariotih

N-glikozilacija je tista, ki je bila podrobno raziskana. V celicah sesalcev se postopek začne v grobi ER, kjer se predoblikovani polisaharid veže na beljakovine, ko izhajajo iz ribosomov.

Omenjeni predhodni polisaharid je sestavljen iz 14 ostankov sladkorja, in sicer: 3 ostanka glukoze (Glc), 9 manoze (Man) in 2 N-acetil glukozamina (GlcNAc).

Ta predhodnik je pogost pri rastlinah, živalih in enoceličnih evkariontskih organizmih. Na membrano se veže zahvaljujoč vezi z molekulo dolihola, izoprenoidnim lipidom, vdelanim v membrano ER.

Po sintezi se encimski kompleks oligosahariltransferaze oligosaharid prenese med ostanke beljakovin, vključenih v tri-peptidno zaporedje Asn-X-Ser / Thr proteina.

Trije ostanki Glc na koncu oligosaharida služijo kot signal za pravilno sintezo oligosaharidov in se cepijo skupaj z enim od Manovih ostankov, preden se protein prenese v Golgijev aparat za nadaljnjo obdelavo.

Ko smo v napravi Golgi, lahko dele oligosaharida, vezane na glikoproteine, spremenimo z dodatkom galaktoze, sialne kisline, fukoze in številnih drugih ostankov, kar prinese verige veliko večje raznolikosti in kompleksnosti.

Predelava oliosaharida (Dna 621, iz Wikimedia Commons)

Enzimski mehanizmi, ki so potrebni za izvajanje procesov glikozilacije, vključujejo številne glikoziltransferaze za dodajanje sladkorjev, glikozidaze za njihovo odstranjevanje in različne nukleotidne prevoznike sladkorja za prispevek ostankov, ki se uporabljajo kot substrati.

V prokariotih

Bakterije nimajo medceličnih membranskih sistemov, zato se začetna tvorba oligosaharida (samo 7 ostankov) pojavi na citosolni strani plazemske membrane.

Omenjeni predhodnik se sintetizira na lipidu, ki ga nato ATP-odvisna flipaza premesti v periplazemski prostor, kjer pride do glikozilacije.

Druga pomembna razlika med evkariontsko in prokariotsko glikozilacijo je, da encimska oligosaharidna transferaza (oligosakariltransferaza) iz bakterij lahko prenaša ostanke sladkorja v proste dele že naloženih beljakovin, ne tako, kot jih ribosomi prevajajo.

Poleg tega motiv peptida, ki ga ta encim prepozna, ni isto evkariontsko tri-peptidno zaporedje.

Lastnosti

N-oligosaharidi, vezani na glikoproteine, služijo različnim namenom. Na primer, nekatere beljakovine potrebujejo to posttralacijsko spremembo, da dosežejo pravilno zlaganje svoje strukture.

Drugim zagotavlja stabilnost bodisi z izogibanjem proteolitični razgradnji bodisi zato, ker je ta del potreben, da izpolnijo svojo biološko funkcijo.

Ker imajo oligosaharidi močan hidrofilni značaj, njihov kovalenten dodatek proteinu nujno spremeni njegovo polarnost in topnost, kar je lahko funkcionalno gledano pomembno.

Ko so vezani na membranske beljakovine, so oligosaharidi dragoceni nosilci informacij. Sodelujejo v procesih celične signalizacije, komunikacije, prepoznavanja, migracije in adhezije.

Imajo pomembno vlogo pri strjevanju krvi, celjenju in imunskem odzivu, pa tudi pri predelavi nadzora kakovosti beljakovin, ki so od celic odvisne od glikona in nepogrešljive.

Pomen

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

Vedno več je odkritij, povezanih z boleznimi glikozilacije, zlasti pri otrocih. Mnoge od teh motenj so prirojene in se nanašajo na napake, povezane z začetnimi fazami tvorjenja oligosaharida ali z uravnavanjem encimov, ki sodelujejo v teh procesih.

Ker velik del glikoziliranih beljakovin sestavlja glikokaliks, je vse večje zanimanje za preverjanje, ali so mutacije ali spremembe v procesih glikozilacije lahko povezane s spremembo mikrookroglja tumorskih celic in tako pospešujejo napredovanje tumorji in razvoj metastaz pri bolnikih z rakom.

Reference

1. Aebi, M. (2013). N-vezana beljakovina glikozilacija v ER. Biochimica et Biophysica Acta, 1833 (11), 2430–2437.
2. Dennis, JW, Granovsky, M., & Warren, CE (1999). Glikozilacija beljakovin v razvoju in bolezni. BioEssays, 21 (5), 412-421.
3. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., … Martin, K. (2003). Molekularna celična biologija (5. izd.). Freeman, WH & Company.
4. Luckey, M. (2008). Membranska strukturna biologija: z biokemijskimi in biofizikalnimi temelji. Cambridge University Press. Pridobljeno s spletnega mesta www.cambrudge.org/9780521856553
5. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehningerjeva načela biokemije. Izdaje Omega (5. izd.).
6. Nothaft, H., in Szymanski, CM (2010). Glikoziliranje beljakovin v bakterijah: slajše kot kdajkoli prej. Nature Nature Microbiology, 8 (11), 765–778.
7. Ohtsubo, K., & Marth, JD (2006). Glikozilacija v celičnih mehanizmih zdravja in bolezni. Celica, 126 (5), 855-867.
8. Spiro, RG (2002). Glikozilacija beljakovin: narava, porazdelitev, tvorba encimov in bolezenske posledice glikopeptidnih vezi. Glikobiologija, 12 (4), 43R-53R.
9. Stowell, SR, Ju, T., & Cummings, RD (2015). Glikosilacija beljakovin pri raku. Letni pregled patologije: Mehanizmi bolezni, 10 (1), 473–510.
10. Strasser, R. (2016). Glikozilacija rastlinskih beljakovin. Glykobiology, 26 (9), 926–939.
11. Xu, C., & Ng, DTW (2015). Glikozilacijska usmerjena kontrola kakovosti zlaganja beljakovin. Nature Review Molecular Cell Biology, 16 (12), 742–752.
12. Zhang, X., & Wang, Y. (2016). Nadzor kakovosti glikozilacije s strani Golgijeve strukture. Journal of Molecular Biology, 428 (16), 3183–3193.