GLYCOPROTEINS: STRUKTUR, FUNKTIONER, KLASSER OG EKSEMPLER - BIOLOGI - 2025

De glycoproteiner eller glycoproteiner er transmembrane proteiner, der er del af den store familie af membran glycokonjugater og er til stede i dyr, planter og mikroorganismer, såsom bakterier, gær, og Archaea.

De blev defineret for første gang i 1908 af Protein Nomenclature Committee i American Society of Biochemists og er resultatet af den glycosidiske forening af et protein med en kulhydratdel kaldet glucan.

Struktur af Lectin-monomeren i en bælgplante (Kilde: Bruger: Tomixdf via Wikimedia Commons)

De er proteiner, der er særligt rigelige på overfladen af ​​plasmamembranen i mange celler og udgør en vigtig del af kulhydratlaget, der dækker dem, som i mange tilfælde kaldes glycocalyx.

Forløberproteinerne af glycoproteinerne modificeres kovalent i det endoplasmatiske retikulum og Golgi-komplekset af mange eukaryoter efter deres oversættelse, selvom der også er tilfælde af glycosylering i cytosolen, men de er mindre almindelige og forekommer med kun en type sukker.

Proteinsglykosylering har ofte vigtige funktionelle virkninger på deres aktivitet, da det kan deltage i foldning og derfor i etablering af deres tertiære struktur.

Glykaner har flere biologisk vigtige funktioner for cellen, da de kan overføre cellernes specificitet og deltage i intracellulære og intercellulære signalprocesser, da de er ligander til endogene og eksogene receptorer.

Glycoproteiner såvel som resten af ​​glycoconjugaterne er så vigtige, at en celle dedikerer op til 1% af sit genom til glycosyleringsmaskineriet, og hos mennesker modificeres mere end 70% af proteiner ved glycosylering.

Struktur

Strukturen af ​​glycoproteiner studeres på baggrund af deres aminosyresekvens, glycosyleringsstederne i sekvensen og strukturerne af glycan-dele, der binder på disse steder.

Oligosaccharidkæderne, der er bundet ved glycosylering til disse proteiner, er generelt meget forskellige, men de er korte, da de ikke overskrider 15 sukkerrester. Nogle proteiner har en enkelt oligosaccharidkæde, men andre kan have mere end en, og disse kan være forgrenede.

Forbindelsen mellem oligosaccharider og proteiner forekommer gennem det anomere carbon i kulhydratet og hydroxylgruppen (-OH) af en serin- eller threoninrest, i tilfælde af O-glycosylering eller gennem amidnitrogenet af en asparaginrest, i tilfælde af N-glycosylering.

De således bundne kulhydrater kan repræsentere op til 70% af molekylvægten af ​​et glycoprotein, og egenskaberne for kulhydratdelen (for eksempel størrelse og ladning) kan beskytte nogle proteiner mod enzymatisk proteolyse.

Det samme protein kan have i forskellige væv forskellige glycosyleringsmønstre, der gør det til et andet glycoprotein, da den komplette struktur ikke kun inkluderer aminosyreresterne og deres rumlige arrangementer, men også de oligosaccharider, der er knyttet til dem.

Blandt de sukkerrester, der gentagne gange findes i glycoproteiner, er: D-galactose, D-mannose, D-glucose, L-fucose, D-xylose, L-arabinofuranose, N-acetyl-D-glucosamin, N-acetyl -D-galactosamin, nogle sialinsyrer og modifikationer af alle disse.

Funktioner

Strukturel

Fra et strukturelt synspunkt tilvejebringer glycoproteiner kulhydratkæder, der deltager i beskyttelsen og smøringen af ​​celler, da de er i stand til at hydratisere og danne et tyktflydende stof, der modstår mekaniske og kemiske aggressioner.

Nogle glycoproteiner findes også i bakterier og archaea, og disse er vigtige komponenter i S-laget, som er det yderste lag i cellehylsteret.

Derudover findes de også som bestanddele af flagellinproteiner, som er en del af de flagellære filamenter, der bruges som lokomotoriske organer.

Planter har også strukturelle glycoproteiner, der er kendetegnet ved komplekse glycosyleringsmønstre, og som kan findes som en del af cellevægsstrukturen eller i den ekstracellulære matrix.

Cellegenkendelse

Glycoproteiner tjener vigtige funktioner som intercelle genkendelsessteder, da mange receptorer på celleoverfladen er i stand til at genkende specifikke oligosaccharidsekvenser.

Et eksempel på den intercellulære genkendelse, der forekommer ved hjælp af oligosaccharidkæderne på celleoverfladen, er tilfældet med genkendelsen mellem ægløsning og sæd, hvilket er nødvendigt for, at befrugtningsfænomenet kan forekomme i flercellede organismer med seksuel reproduktion.

Blodgrupper hos mennesker bestemmes af identiteten af ​​de sukkerarter, der er bundet til glycoproteinerne, der specificerer dem. Antistoffer og mange hormoner er også glycoproteiner, og deres funktioner er vigtige for kroppens signalering og forsvar.

Celle vedhæftning

T-cellerne i pattedyrets immunsystem har et glycoprotein med adhæsionsdomæner kendt som CD2, som er en nøglekomponent til immunstimulering, da det formidler bindingen mellem lymfocyt- og antigenpræsenterende celler gennem dens receptor, CD58 glycoprotein.

Nogle vira, der har vigtige patogene funktioner for mange pattedyr, herunder mennesker, besidder overfladeglycoproteiner, der fungerer i adhæsionsprocesserne i den virale partikel til de celler, de parasiterer.

Sådan er tilfældet med GP120-proteinet fra den menneskelige erhvervede immundefektvirus eller HIV, som interagerer med et overfladeprotein af humane celler kendt som GP41, og som samarbejder med virusets indtræden i cellen.

På samme måde deltager mange glycosylerede proteiner i vigtige celleadhæsionsprocesser, der finder sted i den almindelige levetid for celler, der findes i mange væv fra flercellede organismer.

Glycoproteiner som terapeutiske mål

Disse protein-kulhydratkomplekser er de foretrukne mål for mange patogener, såsom parasitter og vira, og mange glycoproteiner med afvigende glycosyleringsmønstre har kritiske roller i autoimmune sygdomme og kræftformer.

Af disse grunde har forskellige forskere påtaget sig at foreslå disse proteiner som mulige terapeutiske mål og til design af diagnostiske metoder, nye generationsterapier og endda til design af vacciner.

Erfaringer

Klassificeringen af ​​glycoproteiner er primært baseret på arten af ​​den glycosidiske binding, der forbinder protein- og kulhydratdelene og på egenskaberne for de vedhæftede glycaner.

I henhold til sukkerresterne kan der opnås glycoproteiner med monosaccharider, disaccharider, oligosaccharider, polysaccharider og derivater deraf. Nogle forfattere overvejer en klassificering af glycoproteiner i:

- Proteoglykaner, som er en underklasse inden for gruppen af ​​glycoproteiner, der i kulhydratdelen indeholder polysaccharider, der hovedsageligt består af aminosukkere (glycosaminoglycans).

- Glycopeptider, som er molekyler sammensat af kulhydrater bundet til oligopeptider dannet af aminosyrer i deres L- og / eller D-konformation.

- Glyco-aminosyrer, som er aminosyrer, der er knyttet til et saccharid gennem enhver form for kovalent binding.

- Glycosylaminosyrer, som er aminosyrer bundet til en sacchariddel gennem O-, N- eller S-glycosidiske bindinger.

I nomenklaturen for disse proteiner, der således er knyttet til kulhydrater, bruges præfikserne O-, N- og S- til at specificere, gennem hvilke bindinger sukkerne er bundet til polypeptidkæden.

eksempler

- Glycophorin A er en af ​​de bedst studerede glycoproteiner: det er et integreret protein fra membranen fra erythrocytter (celler eller røde blodlegemer) og har 15 kæder af oligosaccharider, der er kovalent bundet til aminosyrerester i den N-terminale region a gennem O-glycosidiske bindinger og en kæde bundet med en N-glycosidisk binding.

- De fleste af proteinerne i blodet er glycoproteiner, og denne gruppe inkluderer immunglobuliner og mange hormoner.

- Lactalbumin, et protein, der findes i mælken, er glycosyleret såvel som mange bugspytkirtel- og lysosomale proteiner.

- Lectiner er kulhydratbindende proteiner og har derfor flere funktioner i genkendelse.

- Det er også nødvendigt at fremhæve mange dyrehormoner, der er glycoproteiner; Blandt disse kan nævnes lutropin (LH), follitropin (FSH) og thyrotropin (TSH), som er syntetiseret i den forreste hypofyse og chorionisk gonadotropin, der produceres i morkagen hos mennesker, primater og heste.

Disse hormoner har reproduktive funktioner, da LH stimulerer steroidogenese i æggestokkene og testikulære Leydig-celler.

- Kollagen, et rigeligt protein, der primært findes i dyrets bindevæv, repræsenterer en enorm familie af glycoproteiner bestående af mere end 15 typer proteiner, som, selv om de har mange egenskaber til fælles, er ganske forskellige.

Disse proteiner indeholder "ikke-kollagene" dele, hvoraf nogle består af kulhydrater.

- Ekstensiner er planteproteiner, der består af et netværk af uopløselige glycoproteiner, der er rige på hydroxyprolin og serinrester. De findes i væggen i planteceller og menes at fungere som et forsvar mod forskellige typer stress og patogener.

- Planter har også lektinlignende proteiner, og et specielt eksempel på disse er kartoffelektiner, der tilsyneladende har evnen til at agglutinere blodlegemer, såsom erythrocytter.

Sidst, men ikke mindst, kan der nævnes muciner, som er glycoproteiner, der udskilles i slimhinden og er en del af spyt hos dyr, hovedsageligt med udførelse af smøre- og signalfunktioner.

Referencer

1. Montreuil, J., Vliegenthart, J., & Schachter, H. (1995). Glycoproteiner. (A. Neuberger & L. Deenen, red.). Elsevier.
2. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger-principper for biokemi. Omega-udgaver (5. udgave).
3. Struwe, W., & Cosgrave, E. (2011). Funktionelle og strukturelle proteiner af glycoproteiner. (R. Owens & J. Nettleship, red.). London: Springer.
4. Voet, D., & Voet, J. (2006). Biokemi (3. udg.). Redaktionel Médica Panamericana.
5. Wittman, V. (2007). Glycopeptider og glycoproteiner. Syntese, struktur og anvendelse. (V. Balzani, J.-M. Lehn, A. de Meijere, S. Ley, K. Houk, S. Schreiber, J. Thiem, Eds.). Leipzig: Springer Science + Business Media, LLC.