PROTEINGLYKOSYLERING: TYPER, PROCES OG FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

Den proteinglycosylering er en posttranslationel modifikation er tilføjelsen af oligosaccharidkæder lineær eller forgrenet protein. De resulterende glycoproteiner er generelt overfladeproteiner og proteiner i den sekretoriske vej.

Glykosylering er en af ​​de mest almindelige peptidmodifikationer blandt eukaryote organismer, men det har også vist sig at forekomme i nogle arter af archaea og bakterier.

Eksempel på oligosaccharidkæder, der kan binde til proteiner ved glycosylering (Dna 621, fra Wikimedia Commons)

I eukaryoter forekommer denne mekanisme mellem det endoplasmatiske retikulum (ER) og Golgi-komplekset med intervention af forskellige enzymer involveret både i regulatoriske processer og i dannelsen af ​​protein + oligosaccharid-kovalente bindinger.

Typer af glykolyse

Afhængigt af bindingsstedet for oligosaccharidet til proteinet, kan glycosylering klassificeres i 4 typer:

N-

Det er det mest almindelige af alle og forekommer, når oligosaccharider binder til nitrogenet i amidgruppen af ​​asparaginrester i Asn-X-Ser / Thr-motivet, hvor X kan være en hvilken som helst aminosyre undtagen prolin.

ELLER

Når kulhydrater binder til hydroxylgruppen af ​​serin, threonin, hydroxylysin eller tyrosin. Det er en mindre almindelig modifikation, og eksempler er proteiner såsom kollagen, glycophorin og muciner.

C-

Den består af tilsætningen af ​​en mannoserest, der binder til proteinet ved en CC-binding med C2 for indolgruppen i tryptophanrester.

Glipiation (fra det engelske “

Et polysaccharid fungerer som en bro til at binde et protein til et glycosylphosphatidylinositol (GPI) anker på membranen.

Behandle

I eukaryoter

N-glycosylering er den, der er blevet undersøgt mest detaljeret. I pattedyrceller begynder processen i det grove ER, hvor et præformet polysaccharid binder til proteiner, når de kommer fra ribosomer.

Nævnte precursor-polysaccharid er sammensat af 14 sukkerrester, nemlig: 3 glucose (Glc), 9 mannose (Man) og 2 N-acetyl glucosamine (GlcNAc) rester.

Denne forløber er almindelig i planter, dyr og encellede eukaryote organismer. Det er bundet til membranen takket være en binding med et dolicholmolekyle, et isoprenoid lipid indlejret i ER-membranen.

Efter syntese overføres oligosaccharidet af oligosacaryltransferase-enzymkomplekset til en asparaginrest inkluderet i tri-peptidsekvensen Asn-X-Ser / Thr af et protein, mens det oversættes.

De tre Glc-rester i slutningen af ​​oligosaccharidet tjener som et signal til korrekt oligosaccharidsyntese og spaltes sammen med en af ​​Man-resterne, før proteinet føres ind i Golgi-apparatet til yderligere bearbejdning.

Når man først har været i Golgi-apparatet, kan oligosacchariddelene bundet til glycoproteinerne modificeres ved tilsætning af galactose, sialinsyre, fucose og mange andre rester, hvilket giver kæder med meget større variation og kompleksitet.

Oliosaccharide-behandling (Dna 621, fra Wikimedia Commons)

Det enzymatiske maskiner, der er nødvendigt for at udføre glycosyleringsprocesserne, inkluderer adskillige glycosyltransferaser til tilsætning af sukkerarter, glycosidaser til fjernelse heraf og forskellige nukleotidsukkertransportører til bidrag fra de rester, der anvendes som substrater.

I prokaryoter

Bakterier har ikke intracellulære membransystemer, så den indledende oligosacchariddannelse (af kun 7 rester) forekommer på den cytosoliske side af plasmamembranen.

Nævnte precursor syntetiseres på et lipid, der derefter translokeres af en ATP-afhængig flipase til det periplasmatiske rum, hvor glycosylering forekommer.

En anden vigtig forskel mellem eukaryot og prokaryot glycosylering er, at enzymet oligosaccharidtransferase (oligosacaryltransferase) fra bakterier kan overføre sukkerrester til frie dele af allerede foldede proteiner, ikke som de er oversat af ribosomer.

Endvidere er peptidmotivet genkendt af dette enzym ikke den samme eukaryote tri-peptidsekvens.

Funktioner

N-oligosaccharider bundet til glycoproteiner tjener forskellige formål. For eksempel kræver nogle proteiner denne post-translationelle modifikation for at opnå den korrekte foldning af deres struktur.

For andre giver det stabilitet, enten ved at undgå proteolytisk nedbrydning, eller fordi denne del er nødvendig for, at de kan udføre deres biologiske funktion.

Da oligosaccharider har en stærk hydrofil karakter, ændrer deres kovalente tilsætning til et protein nødvendigvis dets polaritet og opløselighed, hvilket kan være relevant fra et funktionelt synspunkt.

Når oligosaccharider er bundet til membranproteiner, er de værdifulde informationsbærere. De deltager i processerne med cellesignalering, kommunikation, genkendelse, migrering og vedhæftning.

De har en vigtig rolle i blodkoagulation, heling og immunrespons samt i behandlingen af ​​proteinkvalitetskontrol, som er glycanafhængig og uundværlig for cellen.

Betydning

Mindst 18 genetiske sygdomme er blevet knyttet til proteinsglykosylering hos mennesker, hvoraf nogle involverer dårlig fysisk og mental udvikling, mens andre kan være dødelige.

Der er et stigende antal opdagelser relateret til glycosyleringssygdomme, især hos pædiatriske patienter. Mange af disse lidelser er medfødte og har at gøre med defekter, der er forbundet med de indledende stadier af dannelse af oligosaccharid eller med reguleringen af ​​enzymerne, der deltager i disse processer.

Da en stor del af de glycosylerede proteiner udgør glycocalyx, er der en stigende interesse i at verificere, at mutationer eller ændringer i glycosyleringsprocesserne kan være relateret til ændringen i mikro-miljøet i tumorceller og således fremmer progression af tumorer og udvikling af metastaser hos kræftpatienter.

Referencer

1. Aebi, M. (2013). N-bundet proteinglycosylering i ER. Biochimica et Biophysica Acta, 1833 (11), 2430–2437.
2. Dennis, JW, Granovsky, M., & Warren, CE (1999). Proteinglykosylering i udvikling og sygdom. BioEssays, 21 (5), 412-421.
3. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H.,… Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (5. udg.). Freeman, WH & Company.
4. Luckey, M. (2008). Membranstrukturbiologi: med biokemiske og biofysiske fundamenter. Cambridge University Press. Hentet fra www.cambrudge.org/9780521856553
5. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger-principper for biokemi. Omega-udgaver (5. udgave).
6. Nothaft, H., & Szymanski, CM (2010). Proteinglykosylering i bakterier: Sødere end nogensinde. Nature Reviews Microbiology, 8 (11), 765–778.
7. Ohtsubo, K., & Marth, JD (2006). Glykosylering i cellemekanismer for sundhed og sygdom. Cell, 126 (5), 855-867.
8. Spiro, RG (2002). Proteinglykosylering: natur, distribution, enzymatisk dannelse og sygdomsimplikationer af glycopeptidbindinger. Glykobiologi, 12 (4), 43R-53R.
9. Stowell, SR, Ju, T., & Cummings, RD (2015). Proteinglykosylering i kræft. Årlig gennemgang af patologi: Mechanismen of Disease, 10 (1), 473–510.
10. Strasser, R. (2016). Planteproteinglykosylering. Glycobiology, 26 (9), 926–939.
11. Xu, C., & Ng, DTW (2015). Glykosyleringsstyret kvalitetskontrol af proteinfoldning. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 16 (12), 742–752.
12. Zhang, X., & Wang, Y. (2016). Glykosyleringskvalitetskontrol ved Golgi-strukturen. Journal of Molecular Biology, 428 (16), 3183–3193.