Γλυκοζυλίωση τύπων, διεργασιών και λειτουργιών πρωτεϊνών

Το πρωτεϊνική γλυκοζυλίωση είναι μια μετα-μεταφραστική τροποποίηση που συνίσταται στην προσθήκη γραμμικών ή διακλαδισμένων αλυσίδων ολιγοσακχαριτών σε μια πρωτεΐνη. Οι προκύπτουσες γλυκοπρωτεΐνες είναι γενικά επιφανειακές πρωτεΐνες και πρωτεΐνες της εκκριτικής οδού.

Η γλυκοσυλίωση είναι μία από τις πιο κοινές τροποποιήσεις πεπτιδίων μεταξύ ευκαρυωτικών οργανισμών, αλλά έχει αποδειχθεί ότι εμφανίζεται επίσης σε ορισμένα είδη αρχαϊκών και βακτηριδίων.

Στους ευκαρυώτες αυτός ο μηχανισμός λαμβάνει χώρα μεταξύ του ενδοπλασματικού δικτύου (ER) και το σύμπλεγμα Golgi, με την παρέμβαση των διαφόρων ενζύμων που εμπλέκονται τόσο στην ρυθμιστικές διαδικασίες και το σχηματισμό ομοιοπολικών δεσμών ολιγοσακχαρίτη πρωτεΐνης +.

Ευρετήριο

• 1 Τύποι γλυκολίωσης
  • 1.1 Ν-γλυκοζυλίωση
  • 1.2 Ο-γλυκοζυλίωση
  • 1.3 C-μαννοσυλίωση
  • 1.4 Glipiation (από την αγγλική "Glypiation")
• 2 Διαδικασία
  • 2.1 Στα ευκαρυωτικά
  • 2.2 Στα προκαρυωτικά
• 3 Λειτουργίες
  • 3.1 Σημασία
• 4 Αναφορές

Τύποι γλυκολίωσης

Ανάλογα με τη θέση σύνδεσης του ολιγοσακχαρίτη προς την πρωτεΐνη, η γλυκοζυλίωση μπορεί να ταξινομηθεί σε 4 τύπους:

Ν-γλυκοζυλίωση

Είναι η πιο κοινή απ 'όλα συμβαίνει όταν τα ολιγοσακχαρίτες που προσαρτάται στην ομάδα αμιδίου αζώτου των υπολειμμάτων ασπαραγίνης στο μοτίβο Asn-X-Ser / Thr, όπου το Χ μπορεί να είναι οποιοδήποτε αμινοξύ εκτός προλίνης.

Ο-γλυκοζυλίωση

Όταν οι υδατάνθρακες δεσμεύονται στην υδροξυλομάδα της σερίνης, της θρεονίνης, της υδροξυλυσίνης ή της τυροσίνης. Είναι μια λιγότερο κοινή τροποποίηση και παραδείγματα είναι οι πρωτεΐνες όπως το κολλαγόνο, η γλυκοφορίνη και οι βλεννίνες.

Γ-ελάττωμα

Συνίσταται στην προσθήκη υπολείμματος μαννόζης που συνδέεται με την πρωτεΐνη με δεσμό C-C με το C2 της ομάδας ινδολίου σε υπολείμματα τρυπτοφάνης.

Glipiación (από την αγγλική "Glypiation ")

Ένας πολυσακχαρίτης δρα ως γέφυρα για να προσδένει μια πρωτεΐνη σε μια άγκυρα γλυκοζυλοφωσφατιδυλινοσιτόλης (GPI) στη μεμβράνη.

Διαδικασία

Σε ευκαρυώτες

Το Ν-η γλυκοζυλίωση είναι αυτή που έχει μελετηθεί λεπτομερέστερα. Σε κύτταρα θηλαστικών η διαδικασία αρχίζει στο τραχύ ER, όπου ένας προσχηματισμένος πολυσακχαρίτης δεσμεύεται στις πρωτεΐνες καθώς βγαίνουν από τα ριβοσώματα.

Ο εν λόγω πρόδρομος πολυσακχαρίτη αποτελείται από 14 υπολείμματα σακχάρων, συγκεκριμένα: 3 υπολείμματα γλυκόζης (Glc), 9 μαννόζης (Man) και 2 Ν-ακετυλο γλυκοζαμίνης (GlcNAc).

Αυτός ο πρόδρομος είναι κοινός σε φυτά, ζώα και μονοκύτταρους ευκαρυωτικούς οργανισμούς. Συνδέεται με τη μεμβράνη χάρη σε μια σύνδεση με ένα μόριο dolichol, ένα ισοπρενοειδές λιπίδιο ενσωματωμένο στη μεμβράνη ER.

Μετά τη σύνθεση, ο ολιγοσακχαρίτης μεταφέρεται από το σύμπλοκο ενζύμου oligosaccharyl προς ένα υπόλειμμα ασπαραγίνης στην πεπτιδική συμπεριλαμβανομένων τρι αλληλουχία Asn-X-Ser / Thr μιας πρωτεΐνης ενώ αυτό μεταφράζεται.

Οι τρεις Glc κατάλοιπα στο άκρο του ολιγοσακχαρίτη χρησιμεύουν ως σύνθεση σήματος ορθή αυτό, και διασπώνται από ένα από τα υπολείμματα Man πριν η πρωτεΐνη μεταφέρεται στη Golgi για περαιτέρω επεξεργασία.

Μόλις στο σύστημα Golgi, τμήματα των ολιγοσακχαριτών που συνδέονται με γλυκοπρωτεϊνες μπορούν να τροποποιηθούν με την προσθήκη υπολειμμάτων γαλακτόζης, σιαλικού οξέος και φουκόζης πολλοί άλλοι αλυσίδες δίδοντας πολύ μεγαλύτερη ποικιλία και πολυπλοκότητα.

Η ενζυματική μηχανήματα που απαιτούνται για τη διεξαγωγή των διαδικασιών γλυκοζυλίωσης περιλαμβάνει πολυάριθμες γλυκοζυλοτρανσφεράσες για την προσθήκη σακχάρων, γλυκοσιδάσες για την αφαίρεση, και διαφορετικές μεταφορείς ζάχαρη νουκλεοτιδίου για την παράδοση των αποβλήτων που χρησιμοποιούνται ως υποστρώματα.

Σε προκαρυώτες

Τα βακτήρια δεν έχουν συστήματα ενδοκυτταρικής μεμβράνης, οπότε ο σχηματισμός του αρχικού ολιγοσακχαρίτη (μόνο 7 υπολειμμάτων) συμβαίνει στην κυτοσολική πλευρά της μεμβράνης πλάσματος.

Αυτός ο πρόδρομος συντίθεται σε ένα λιπίδιο που στη συνέχεια μετατοπίζεται από μία εξαρτώμενη από ΑΤΡ φλιπάση στον περιπλασμικό χώρο, όπου συμβαίνει γλυκοζυλίωση.

Μια άλλη σημαντική διαφορά μεταξύ της γλυκοζυλίωσης των ευκαρυωτικούς και προκαρυωτικούς οργανισμούς είναι τρανσφεράση ένζυμο ολιγοσακχαρίτες (oligosaccharyl) βακτήρια μπορεί να μεταφέρει υπολείμματα σακχάρου στην ελεύθερη τμήματα των αναδιπλωμένων πρωτεϊνών και όχι όπως αυτά μεταφράζονται από ριβοσώματα.

Επιπλέον, το μοτίβο πεπτιδίου που αναγνωρίζει αυτό το ένζυμο δεν είναι η ίδια ευκαρυωτική τριπεπτιδική αλληλουχία.

Λειτουργίες

Το Ν-Οι ολιγοσακχαρίτες συνδεδεμένοι με γλυκοπρωτεΐνες εξυπηρετούν διάφορους σκοπούς. Για παράδειγμα, μερικές πρωτεΐνες απαιτούν αυτή την μετα-μεταφραστική τροποποίηση για να επιτευχθεί επαρκής αναδίπλωση της δομής τους.

Σε άλλους παρέχει σταθερότητα είτε αποφεύγοντας την πρωτεολυτική αποικοδόμηση είτε επειδή αυτό το τμήμα είναι απαραίτητο για την εκπλήρωση της βιολογικής λειτουργίας του.

Επειδή οι ολιγοσακχαρίτες έχουν ισχυρή υδρόφιλη φύση, η ομοιοπολική προσθήκη τους σε μια πρωτεΐνη τροποποιεί αναγκαστικά την πολικότητα και τη διαλυτότητά τους, οι οποίες μπορεί να είναι λειτουργικά σχετικές.

Μόλις προσκολληθούν σε πρωτεΐνες μεμβράνης, οι ολιγοσακχαρίτες είναι πολύτιμοι φορείς πληροφοριών. Συμμετέχουν στις διαδικασίες σηματοδότησης, επικοινωνίας, αναγνώρισης, μετανάστευσης και κυτταρικής προσκόλλησης.

Έχουν σημαντικό ρόλο στην πήξη του αίματος, την επούλωση και την ανοσοαπόκριση, καθώς και στην επεξεργασία του ελέγχου ποιότητας των πρωτεϊνών, η οποία εξαρτάται από τις γλυκάνες και είναι απαραίτητη για το κύτταρο.

Σημασία

Τουλάχιστον 18 γενετικές ασθένειες έχουν συνδεθεί με τη γλυκοζυλίωση πρωτεϊνών στους ανθρώπους, μερικές από τις οποίες περιλαμβάνουν κακή σωματική και πνευματική ανάπτυξη, ενώ άλλες μπορεί να είναι θανατηφόρες.

Υπάρχει ένας αυξανόμενος αριθμός ανακαλύψεων που σχετίζονται με ασθένειες γλυκοζυλίωσης, ειδικά σε παιδιατρικούς ασθενείς. Πολλές από αυτές τις διαταραχές είναι συγγενείς και έχουν να κάνουν με ελαττώματα που σχετίζονται με τα αρχικά στάδια σχηματισμού ολιγοσακχαριτών ή με τη ρύθμιση των ενζύμων που εμπλέκονται σε αυτές τις διεργασίες.

Δεδομένου ότι ένα μεγάλο μέρος των γλυκοσυλιωμένων πρωτεϊνών σχηματίζουν την γλυκοκάλιξης, υπάρχει ένα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τον έλεγχο ότι μεταλλάξεις ή μεταβολές σε διεργασίες γλυκοζυλίωσης μπορεί να αφορά την αλλαγή του μικροπεριβάλλοντος των κυττάρων όγκου και έτσι προωθούν την εξέλιξη όγκων και ανάπτυξη μεταστάσεων σε ασθενείς με καρκίνο.

Αναφορές

1. Aebi, Μ. (2013). Ν-συνδεδεμένη γλυκοζυλίωση πρωτεΐνης στο ER. Biochimica et Biophysica Acta, 1833(11), 2430-2437.
2. Dennis, J.W., Granovsky, Μ., & Warren, C.E. (1999). Η γλυκοζυλίωση της πρωτεΐνης στην ανάπτυξη και τη νόσο. BioEssays, 21(5), 412-421.
3. (2), (2), (2), (3), (3), και (3). Molecular Cell Biology (5η έκδοση). Freeman, W. Η. & Company.
4. Luckey, Μ. (2008). Διαρθρωτική βιολογία μεμβράνης: με βιοχημικά και βιοφυσικά θεμέλια. Cambridge University Press. Ανακτήθηκε από το www.cambrudge.org/9780521856553
5. Nelson, D. L., & Cox, Μ. Μ. (2009). Αρχές Lehninger της Βιοχημείας. Εκδόσεις Omega (5η έκδοση).
6. Nothaft, Η., & Szymanski, C. Μ. (2010). Γλυκοζυλίωση πρωτεϊνών σε βακτήρια: Πιο γλυκά από ποτέ. Φύση Κριτικές Μικροβιολογία, 8(11), 765-778.
7. Ohtsubo, Κ., & Marth, J.D. (2006). Γλυκοζυλίωση σε Κυτταρικούς Μηχανισμούς Υγείας και Νόσου. Cell, 126(5), 855-867.
8. Spiro, R. G. (2002). Γλυκοζυλίωση πρωτείνης: φύση, κατανομή, ενζυματικός σχηματισμός και επιπλοκές των ασθενειών των γλυκοπεπτιδίων. Γλυκοβιολογία, 12(4), 43R-53R.
9. Stowell, S. R., Ju, Τ., & Cummings, R.D. (2015). Γλυκοζυλίωση Πρωτεΐνης στον Καρκίνο. Ετήσια επισκόπηση της παθολογίας: Μηχανισμοί της νόσου, 10(1), 473-510.
10. Strasser, R. (2016). Γλυκοζυλίωση φυτικών πρωτεϊνών. Γλυκοβιολογία, 26(9), 926-939.
11. Xu, C. & Ng, D. Τ. W. (2015). Γλυκοζυλιωτικός ποιοτικός έλεγχος της αναδίπλωσης των πρωτεϊνών. Nature Reviews Μοριακή κυτταρική βιολογία, 16(12), 742-752.
12. Zhang, Χ., & Wang, Υ. (2016). Ποιοτικός έλεγχος γλυκοζυλίωσης από τη δομή Golgi. Journal of Μοριακή Βιολογία, 428(16), 3183-3193.