GLIKOPROTEĪNI: STRUKTŪRA, FUNKCIJAS, KLASES UN PIEMĒRI - BIOLOĢIJA - 2025

Par glikoproteīnu vai glikoproteīnu ir transmembrāno olbaltumvielas, kas ir daļa no lielās ģimenes membrānas glycoconjugates un ir klāt dzīvniekiem, augiem un mikroorganismiem, piemēram, baktēriju, rauga , un Arheji.

Tos pirmo reizi 1908. gadā definēja Amerikas Bioķīmiķu biedrības Olbaltumvielu nomenklatūras komiteja, un tie ir olbaltumvielu glikozīdu savienības rezultāts ar ogļhidrātu daļu, ko sauc par glikānu.

Pākšaugu lektīna monomēra uzbūve (Avots: Lietotājs: Tomixdf caur Wikimedia Commons)

Tie ir proteīni, kas ir īpaši bagātīgi uz daudzu šūnu plazmas membrānas virsmas un veido svarīgu ogļhidrātu slāņa daļu, kas tos pārklāj, ko daudzos gadījumos sauc par glikokaliksu.

Glikoproteīnu prekursoru proteīni pēc to translācijas tiek kovalenti modificēti daudzu eikariotu endoplazmatiskajā retikulā un Golgi kompleksā, lai gan ir arī citosola glikozilācijas gadījumi, taču tie ir mazāk izplatīti un notiek tikai ar viena veida cukuru .

Olbaltumvielu glikozilācijai bieži ir būtiska funkcionāla ietekme uz tā darbību, jo tā var piedalīties locīšanā un līdz ar to trešās struktūras veidošanā.

Glikāniem ir vairākas šūnas bioloģiski svarīgas funkcijas, jo tie var piešķirt šūnām specifiskumu un piedalīties starpšūnu un starpšūnu signalizācijas procesos, jo tie ir endogēno un eksogēno receptoru ligandi.

Glikoproteīni, kā arī pārējie glikokonjugāti, ir tik svarīgi, ka šūna līdz 1% sava genoma atvēl glikozilēšanas mašīnai, un cilvēkiem vairāk nekā 70% olbaltumvielu tiek modificēti ar glikozilāciju.

Uzbūve

Glikoproteīnu struktūra tiek pētīta, pamatojoties uz to aminoskābju secību, glikozilācijas vietām secībā un uz glikāna daļu struktūrām, kas saistās šajās vietās.

Oligosaharīdu ķēdes, kuras ar šīm olbaltumvielām savieno glikozilēšana, parasti ir ļoti dažādas, taču tās ir īsas, jo nepārsniedz 15 cukura atlikumus. Dažiem proteīniem ir viena oligosaharīdu ķēde, bet citiem var būt vairāk nekā viens, un tie var būt sazaroti.

Savienība starp oligosaharīdiem un olbaltumvielām notiek caur ogļhidrātu anomēru ogli un serīna vai treonīna atlikuma hidroksilgrupu (-OH) O-glikozilācijas gadījumā vai caur asparagīna atlikuma amīda slāpekli, N-glikozilēšanas gadījumā.

Šādi saistītie ogļhidrāti var pārstāvēt līdz 70% no glikoproteīna molekulmasas, un ogļhidrātu daļas īpašības (piemēram, lielums un lādiņš) var aizsargāt dažus proteīnus pret fermentatīvo proteolīzi.

Tam pašam olbaltumvielai dažādos audos var būt dažādi glikozilācijas veidi, kas to padara par atšķirīgu glikoproteīnu, jo pilnīgā struktūra satur ne tikai aminoskābju atlikumus un to telpisko izvietojumu, bet arī tiem pievienotos oligosaharīdus.

Starp cukura atlikumiem, kas atkārtoti atrodami glikoproteīnos, ir: D-galaktoze, D-mannoze, D-glikoze, L-fukoze, D-ksiloze, L-arabinofuranoze, N-acetil-D-glikozamīns, N-acetils -D-galaktozamīns, dažas siālas skābes un visu to modifikācijas.

Iespējas

Strukturālā

No struktūras viedokļa glikoproteīni nodrošina ogļhidrātu ķēdes, kas piedalās šūnu aizsardzībā un eļļošanā, jo tie spēj mitrināt un veidot viskozu vielu, kas pretojas mehāniskām un ķīmiskām agresijām.

Daži glikoproteīni ir atrodami arī baktērijās un archaea, un tie ir svarīgi S slāņa komponenti, kas ir šūnu apvalka ārējais slānis.

Turklāt tie ir atrodami arī kā flagellīna olbaltumvielu sastāvdaļas, kas ir daļa no flagellar pavedieniem, ko izmanto kā lokomotoros orgānus.

Augiem ir arī strukturāli glikoproteīni, kuriem raksturīgi sarežģīti glikozilācijas paraugi un kurus var atrast kā daļu no šūnas sienas struktūras vai ārpusšūnu matricas.

Šūnu atpazīšana

Glikoproteīniem ir svarīgas funkcijas kā starpšūnu atpazīšanas vietas, jo daudzi receptori uz šūnas virsmas spēj atpazīt specifiskas oligosaharīdu secības.

Starpšūnu atpazīšanas piemērs, kas notiek ar oligosaharīdu ķēdēm uz šūnas virsmas, ir atpazīšana starp olšūnu un spermu, kas nepieciešama, lai apaugļošanās parādītos daudzšūnu organismos ar seksuālu pavairošanu.

Cilvēku asins grupas nosaka pēc cukuru identitātes, kas piesaistīti glikoproteīniem, kas tos norāda. Antivielas un daudzi hormoni ir arī glikoproteīni, un to funkcijas ir būtiskas organisma signalizēšanai un aizsardzībai.

Šūnu saķere

Zīdītāju imūnsistēmas T šūnās ir glikoproteīns ar adhēzijas domēniem, kas pazīstami kā CD2, un tas ir imūnsistēmas stimulēšanas galvenā sastāvdaļa, jo tas caur mediatoru starpniecību saista limfocītus un antigēnus prezentējošās šūnas caur tā receptoru - CD58 glikoproteīns.

Dažiem vīrusiem, kuriem ir svarīgas patogēnas funkcijas daudziem zīdītājiem, ieskaitot cilvēkus, ir virsmas glikoproteīni, kas darbojas vīrusa daļiņu adhēzijas procesos ar šūnām, kuras viņi parazitē.

Tas attiecas uz cilvēka iegūtā imūndeficīta vīrusa jeb HIV olbaltumvielu GP120, kas mijiedarbojas ar cilvēka šūnu virsmas proteīnu, kas pazīstams kā GP41, un kas sadarbojas ar vīrusa iekļūšanu šūnā.

Tādā pašā veidā daudzi glikozilētie proteīni piedalās svarīgos šūnu adhēzijas procesos, kas notiek parastajā šūnā, kas atrodas daudzšūnu organismu daudzos audos.

Glikoproteīni kā terapeitiskie mērķi

Šie olbaltumvielu-ogļhidrātu kompleksi ir vēlamie mērķi daudziem patogēniem, piemēram, parazītiem un vīrusiem, un daudziem glikoproteīniem ar novirzes glikozilācijas modeļiem ir kritiska loma autoimūno slimību un vēža gadījumā.

Šo iemeslu dēļ dažādi pētnieki ir uzņēmušies uzdevumu ierosināt šos proteīnus kā iespējamos terapeitiskos mērķus, kā arī diagnostikas metožu, jaunās paaudzes terapijas un pat vakcīnu izstrādei.

Nodarbības

Glikoproteīnu klasifikācija galvenokārt balstās uz glikozīdiskās saites raksturu, kas savieno olbaltumvielu un ogļhidrātu grupas, un uz pievienoto glikānu īpašībām.

Saskaņā ar cukura atlikumiem var būt glikoproteīni ar monosaharīdiem, disaharīdiem, oligosaharīdiem, polisaharīdiem un to atvasinājumiem. Daži autori apsver glikoproteīnu klasifikāciju:

- proteoglikāni, kas ir apakšklase glikoproteīnu grupā, kas ogļhidrātu daļā satur polisaharīdus, kas galvenokārt sastāv no aminos cukuriem (glikozaminoglikāni).

- glikopeptīdi, kas ir molekulas, kas sastāv no ogļhidrātiem, kas saistīti ar oligopeptīdiem, un kurus veido aminoskābes to L un / vai D pārveidojumos.

- Glikoamīnskābes, kas ir aminoskābes, kas ar jebkura veida kovalento saiti saistītas ar saharīdu.

- Glikozil aminoskābes, kas ir aminoskābes, kas savienotas ar saharīda daļu caur O-, N- vai S-glikozīdiskajām saitēm.

Šo ar ogļhidrātiem saistīto olbaltumvielu nomenklatūrā prefiksus O-, N- un S- izmanto, lai norādītu, caur kurām saitēm cukuri ir piesaistīti polipeptīdu ķēdē.

Piemēri

- Glikophorīns A ir viens no vislabāk izpētītajiem glikoproteīniem: tas ir eritrocītu (šūnu vai sarkano asins šūnu) membrānas neatņemams olbaltumviela, un tajā ir 15 oligosaharīdu ķēdes, kas ir kovalenti saistītas ar N-gala reģiona aminoskābju atlikumiem a. caur O-glikozīdiskajām saitēm un ķēdi, kas savienota ar N-glikozīdisko saiti.

- Lielākā daļa olbaltumvielu asinīs ir glikoproteīni, un šajā grupā ietilpst imūnglobulīni un daudzi hormoni.

- Laktalbumīns, olbaltumvielas, kas atrodas pienā, ir glikozilēts, kā arī daudzi aizkuņģa dziedzera un lizosomu proteīni.

- Lektīni ir ogļhidrātus saistoši proteīni, un tāpēc tiem ir vairākas atpazīšanas funkcijas.

- Jāizceļ arī daudzi dzīvnieku hormoni, kas ir glikoproteīni; Starp tiem var minēt lutropīnu (LH), follitropīnu (FSH) un tirotropīnu (TSH), kas tiek sintezēti hipofīzes priekšējā daļā, un horiona gonadotropīnu, ko ražo cilvēku, primātu un zirgu dzimtas dzīvnieki.

Šiem hormoniem ir reproduktīvās funkcijas, jo LH stimulē steroidoģenēzi olnīcās un sēklinieku Leidža šūnās.

- Kolagēns, bagātīgs proteīns, kas galvenokārt atrodas dzīvnieku saistaudos, ir milzīga glikoproteīnu ģimene, kas sastāv no vairāk nekā 15 olbaltumvielu veidiem, kuriem, kaut arī tiem ir daudz kopīgu īpašību, ir diezgan atšķirīgas īpašības.

Šie proteīni satur "ne-kolagēnas" porcijas, no kurām dažas veido ogļhidrāti.

- Extensīni ir augu olbaltumvielas, kas sastāv no nešķīstošu glikoproteīnu tīkla, kas ir bagāts ar hidroksiprolīna un serīna atlikumiem. Tie ir atrodami augu šūnu sieniņās, un tiek uzskatīts, ka tie darbojas kā aizsardzība pret dažāda veida stresu un patogēniem.

- Augos ir arī lektīniem līdzīgi proteīni, un īpašs to piemērs ir kartupeļu lektīni, kuriem acīmredzot piemīt spēja aglutināt asins šūnas, piemēram, eritrocītus.

- Visbeidzot, bet ne mazāk svarīgi, var nosaukt mucīnus, kas ir glikoproteīni, kas izdalās gļotādā un ir daļa no siekalām dzīvniekiem, kuri galvenokārt pilda eļļošanas un signalizācijas funkcijas.

Atsauces

1. Montreuil, J., Vliegenthart, J., & Schachter, H. (1995). Glikoproteīni. (A. Neubergers un L. Deenens, red.). Elsevier.
2. Nelsons, DL, & Cox, MM (2009). Lehingera bioķīmijas principi. Omega izdevumi (5. izdevums). https://doi.org/10.1007/s13398-014-0173-7.2
3. Struve, W., & Cosgrave, E. (2011). Glikoproteīnu funkcionālā un strukturālā proteomika. (R. Owens & J. Nettleship, Eds.). Londona: Springer.
4. Voet, D., & Voet, J. (2006). Bioķīmija (3. izd.). Redakcija Médica Panamericana.
5. Vitmens, V. (2007). Glikopeptīdi un glikoproteīni. Sintēze, struktūra un pielietojums. (V. Balzāni, J.-M. Lehn, A. de Meijere, S. Ley, K. Houk, S. Schreiber, J. Thiem, Eds.). Leipciga: Springer Science + Business Media, LLC.