OLBALTUMVIELU GLIKOZILĀCIJA: VEIDI, PROCESS UN FUNKCIJAS - BIOLOĢIJA - 2025

Proteīns glikozilēšanas ir posttranslational modifikācija ir pievienots oligosaharīdu ķēdēs taisnu vai sazarotu virkni proteīnu. Iegūtie glikoproteīni parasti ir virsmas proteīni un sekrēcijas ceļa proteīni.

Glikozilēšana ir viena no biežākajām peptīdu modifikācijām eikariotu organismu vidū, taču ir pierādīts, ka tā notiek arī dažās archaea sugās un baktērijās.

Oligosaharīdu ķēžu piemērs, kas glikozilējot var saistīties ar olbaltumvielām (Dna 621, no Wikimedia Commons)

Eukariotos šis mehānisms rodas starp endoplazmatisko retikulumu (ER) un Golgi kompleksu, iesaistoties dažādiem fermentiem, kas iesaistīti gan regulēšanas procesos, gan olbaltumvielu + oligosaharīdu kovalento saišu veidošanā.

Glikolīzes veidi

Atkarībā no oligosaharīda saistīšanās vietas ar olbaltumvielu glikozilēšanu var iedalīt 4 veidos:

N-

Tas ir visizplatītākais no visiem un rodas, ja oligosaharīdi saistās ar asparagīna atlikumu amīdu grupas slāpekli Asn-X-Ser / Thr motīvā, kur X var būt jebkura aminoskābe, izņemot prolīnu.

VAI

Kad ogļhidrāti saistās ar serīna, treonīna, hidroksilizīna vai tirozīna hidroksilgrupu. Tā ir mazāk izplatīta modifikācija, un piemēri ir olbaltumvielas, piemēram, kolagēns, glikophorīns un mucīni.

C-

Tas sastāv no mannozes atlikuma pievienošanas, kas ar olbaltumvielām saistās ar CC saiti ar indola grupas C2 triptofāna atlikumos.

Glipiācija (no angļu valodas “

Polisaharīds darbojas kā tilts, lai pievienotu olbaltumvielu glikozilfosfatidilinozīta (GPI) enkuram uz membrānas.

Process

Eikariotos

N-glikozilēšana ir tā, kas ir izpētīta vissīkāk. Zīdītāju šūnās process sākas ar aptuvenu ER, kurā iepriekš izveidots polisaharīds saistās ar olbaltumvielām, kad tās izdalās no ribosomām.

Minēto polisaharīdu prekursoru veido 14 cukura atlikumi, proti: 3 glikozes (Glc), 9 mannozes (Man) un 2 N-acetilglikozamīna (GlcNAc) atlikumi.

Šis prekursors ir izplatīts augos, dzīvniekos un vienšūnu eikariotu organismos. Tas ir saistīts ar membrānu, pateicoties saitei ar dolichol molekulu, izoprenoīdu lipīdu, kas iestrādāts ER membrānā.

Pēc olbaltumvielu sintēzes oligosaharitiltransferāzes enzīmu komplekss pārnes uz asparagīna atlikumu, kas olbaltumvielu translācijas laikā iekļauts tri-peptīdu secībā Asn-X-Ser / Thr.

Trīs Glc atlikumi oligosaharīda galā kalpo kā signāls pareizai oligosaharīdu sintēzei un tiek sadalīti kopā ar vienu no Man atlikumiem, pirms proteīns tiek pārnests Golgi aparātā tālākai pārstrādei.

Kad tie atrodas Golgi aparātā, oligosaharīdu daļas, kas pievienotas glikoproteīniem, var modificēt, pievienojot galaktozi, siālskābi, fukozi un daudzus citus atlikumus, iegūstot daudz lielākas dažādības un sarežģītības ķēdes.

Oliosacharīdu apstrāde (Dna 621, no Wikimedia Commons)

Fermentatīvajā mašīnā, kas nepieciešama glikozilēšanas procesu veikšanai, ietilpst daudzas glikoziltransferāzes cukuru pievienošanai, glikozidāzes to noņemšanai un dažādi nukleotīdu cukura pārvadātāji atlikumu, kas tiek izmantoti kā substrāti, ieguldījumam.

Prokariotos

Baktērijām nav intracelulāru membrānu sistēmu, tāpēc sākotnējā oligosaharīdu veidošanās (tikai 7 atlikumi) notiek plazmas membrānas citosolītajā pusē.

Minētais prekursors tiek sintezēts uz lipīda, ko pēc tam no ATP atkarīga flipāze pārvieto uz periplazmatisko telpu, kur notiek glikozilācija.

Vēl viena būtiska atšķirība starp eikariotu un prokariotu glikozilāciju ir tā, ka enzīma oligosaharīdu transferāze (oligosakariltransferāze) no baktērijām var pārnest cukura atlikumus uz jau salocītu olbaltumvielu brīvajām porcijām, nevis kā tos tulko ribosomas.

Turklāt šī enzīma atpazītais peptīda motīvs nav tā pati eikariotu tri-peptīdu secība.

Iespējas

Glikoproteīniem piesaistītie N-oligosaharīdi kalpo dažādiem mērķiem. Piemēram, dažām olbaltumvielām ir nepieciešama šī pēctranslācijas modifikācija, lai panāktu pareizu to struktūras salocīšanu.

Citiem tas nodrošina stabilitāti, vai nu izvairoties no proteolītiskās noārdīšanās, vai arī tāpēc, ka šī porcija ir nepieciešama, lai viņi varētu veikt savu bioloģisko funkciju.

Tā kā oligosaharīdiem ir spēcīgs hidrofils raksturs, to kovalentais pievienojums olbaltumvielām obligāti maina tā polaritāti un šķīdību, kam var būt nozīme no funkcionālā viedokļa.

Pēc oligosaharīdu pievienošanas membrānas olbaltumvielām tie ir vērtīgi informācijas nesēji. Viņi piedalās šūnu signalizācijas, komunikācijas, atpazīšanas, migrācijas un adhēzijas procesos.

Viņiem ir nozīmīga loma asins recēšanu, dziedināšanu un imūno reakciju, kā arī olbaltumvielu kvalitātes kontroles apstrādē, kas ir atkarīga no glikāna un ir nepieciešama šūnai.

Svarīgums

Ar proteīna glikozilāciju cilvēkam ir saistītas vismaz 18 ģenētiskās slimības, dažas no tām ir saistītas ar sliktu fizisko un garīgo attīstību, bet citas var būt letālas.

Arvien palielinās atklājumu skaits, kas saistīti ar glikozilācijas slimībām, īpaši bērniem. Daudzi no šiem traucējumiem ir iedzimti un saistīti ar defektiem, kas saistīti ar oligosaharīdu veidošanās sākotnējiem posmiem vai ar enzīmu, kas piedalās šajos procesos, regulēšanu.

Tā kā liela daļa glikozilēto olbaltumvielu veido glikokaliksu, pieaug interese pārbaudīt, vai glikozilācijas procesu mutācijas vai izmaiņas var būt saistītas ar audzēja šūnu mikrovides izmaiņām un tādējādi veicina audzēji un metastāžu attīstība vēža slimniekiem.

Atsauces

1. Aebi, M. (2013). N-olbaltumvielu glikozilācija ER. Biochimica et Biophysica Acta, 1833 (11), 2430–2437.
2. Deniss, JW, Granovskis, M., un Vorens, CE (1999). Olbaltumvielu glikozilācija attīstībā un slimībās. BioEssays, 21 (5), 412-421.
3. Lodish, H., Berk, A., Kaizers, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., … Martin, K. (2003). Molekulāro šūnu bioloģija (5. izdevums). Freeman, WH & Company.
4. Luckey, M. (2008). Membrānas struktūras bioloģija: ar bioķīmiskajiem un biofizikālajiem pamatiem. Cambridge University Press. Iegūts no vietnes www.cambrudge.org/9780521856553
5. Nelsons, DL, & Cox, MM (2009). Lehingera bioķīmijas principi. Omega izdevumi (5. izdevums).
6. Nothaft, H., & Szymanski, CM (2010). Olbaltumvielu glikozilācija baktērijās: saldāka nekā jebkad agrāk. Nature Reviews Microbiology, 8 (11), 765–778.
7. Ohtsubo, K., & Marth, JD (2006). Glikozilācija šūnu veselības mehānismos un slimībās. Cell, 126 (5), 855-867.
8. Spiro, RG (2002). Olbaltumvielu glikozilācija: glikopeptīdu saišu raksturs, izplatība, fermentatīvā veidošanās un slimības. Glikobioloģija, 12 (4), 43R-53R.
9. Stowell, SR, Ju, T., & Cummings, RD (2015). Olbaltumvielu glikozilācija vēža gadījumā. Gada pārskats par patoloģiju: slimības mehānismi, 10 (1), 473–510.
10. Strassers, R. (2016). Augu olbaltumvielu glikozilēšana. Glikobioloģija, 26 (9), 926–939.
11. Xu, C., & Ng, DTW (2015). Uz glikozilāciju vērsta olbaltumvielu locīšanas kvalitātes kontrole. Daba apskats Molecular Cell Biology, 16 (12), 742–752.
12. Džans, X., un Vangs, Y. (2016). Glikozilācijas kvalitātes kontrole, izmantojot Golgi struktūru. Journal of Molecular Biology, 428 (16), 3183–3193.