GLIKOZILACIJA PROTEINA: VRSTE, POSTUPAK I FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2025

Protein glikozilacija je posttranslacijska modifikacija je dodavanje oligosaharidnih lanaca ili linearni ili razgranati proteina. Rezultirajući glikoproteini uglavnom su površinski proteini i proteini sekretornog puta.

Glikozilacija je jedna od najčešćih modifikacija peptida među eukariotskim organizmima, ali također se pokazalo da se pojavljuje kod nekih vrsta arheja i bakterija.

Primjer oligosaharidnih lanaca koji se mogu vezati na proteine ​​glikozilacijom (Dna 621, iz Wikimedia Commons)

U eukariota taj se mehanizam javlja između endoplazmatskog retikuluma (ER) i Golgijevog kompleksa, s intervencijom različitih enzima koji su uključeni u regulatorne procese i u stvaranje proteina + oligosaharidne kovalentne veze.

Vrste glikolize

Ovisno o mjestu vezanja oligosaharida na protein, glikozilacija se može razvrstati u 4 vrste:

N-

Najčešća je od svih, a javlja se kada se oligosaharidi vežu na dušik amidne skupine ostataka asparagina u motivu Asn-X-Ser / Thr, gdje X može biti bilo koja aminokiselina osim prolina.

ILI

Kada se ugljikohidrati vežu na hidroksilnu skupinu serina, treonina, hidroksilizina ili tirozina. Manje je uobičajena modifikacija, a primjeri su proteini poput kolagena, glikoforina i mucina.

C-

Sastoji se od dodatka manoznog ostatka koji se veže na protein CC vezom sa C2 indola u ostacima triptofana.

Glipiation (od engleskog „

Polisaharid djeluje kao most za pričvršćivanje proteina na sidro glikozilfosfatidilinozitola (GPI) na membrani.

Postupak

Kod eukariota

N-glikozilacija je ona koja je detaljnije proučena. U stanicama sisavaca proces započinje grubim ER, gdje se preformirani polisaharid veže za proteine ​​dok izlaze iz ribosoma.

Rečeni polisaharid prethodnika sastoji se od 14 ostataka šećera, i to: 3 ostatka glukoze (Glc), 9 manoze (Man) i 2 N-acetil glukozamina (GlcNAc).

Ovaj prekursor je čest kod biljaka, životinja i jednoćelijskih eukariotskih organizama. Veže se na membranu zahvaljujući vezi s molekulom dolihola, izoprenoidnim lipidima ugrađenim u ER membranu.

Nakon njegove sinteze, oligosaharid se enzimom oligosakariltransferaze prenosi u ostatak asparagina koji je uključen u tri-peptidni niz Asn-X-Ser / Thr proteina dok se prevodi.

Tri ostatka Glc na kraju oligosaharida služe kao signal za ispravnu sintezu oligosaharida i odvajaju se zajedno s jednim od Manjevih ostataka prije nego što se protein odnese u Golgijev aparat za daljnju obradu.

Jednom kada se uđe u Golgijev aparat, dijelovi oligosaharida pričvršćeni na glikoproteine ​​mogu se modificirati dodavanjem galaktoze, sijalne kiseline, fukoze i mnogih drugih ostataka, dajući lance mnogo veće raznolikosti i složenosti.

Obrada oliosaharida (Dna 621, iz Wikimedia Commons)

Enzimski mehanizam koji je potreban za provođenje procesa glikozilacije uključuje brojne glikoziltransferaze za dodavanje šećera, glikozidaze za njihovo uklanjanje i različite nukleotidne transportere šećera za doprinos ostacima koji se koriste kao supstrati.

U prokariote

Bakterije ne posjeduju unutarćelijske membranske sustave, pa se početna tvorba oligosaharida (od samo 7 ostataka) događa na citosolnoj strani plazma membrane.

Spomenuti prekursor sintetizira se na lipidu koji se nakon toga prenosi flipazom ovisnom o ATP-u u periplazmatski prostor gdje se događa glikozilacija.

Druga važna razlika između eukariotske i prokariotske glikozilacije je u tome što enzim oligosaharidna transferaza (oligosakariltransferaza) iz bakterija može prenijeti ostatke šećera u slobodne dijelove već presavijenih proteina, a ne kako ih ribosomi prevode.

Nadalje, motiv peptida prepoznatljiv ovim enzimom nije isti eukariotski tri-peptidni slijed.

Značajke

N-oligosaharidi vezani za glikoproteine ​​služe u različite svrhe. Na primjer, neki proteini zahtijevaju ovu post-translacijsku modifikaciju da bi postigli pravilno savijanje svoje strukture.

Drugima pruža stabilnost, bilo izbjegavanjem proteolitičke razgradnje ili zato što je taj dio potreban da bi ispunili svoju biološku funkciju.

Budući da oligosaharidi imaju snažan hidrofilni karakter, njihovo kovalentno dodavanje proteinu nužno mijenja njegovu polarnost i topljivost, što može biti od značaja s funkcionalnog stajališta.

Jednom priključeni na membranske proteine, oligosaharidi su vrijedni nositelji informacija. Sudjeluju u procesima stanične signalizacije, komunikacije, prepoznavanja, migracije i adhezije.

Imaju važnu ulogu u zgrušavanju krvi, zacjeljivanju i imunološkom odgovoru, kao i u preradi kontrole kvalitete proteina koji je o glikanu ovisan i neophodan za stanicu.

Važnost

Najmanje 18 genetskih bolesti povezano je s glikozilacijom proteina kod ljudi, od kojih neke uključuju loš tjelesni i mentalni razvoj, dok druge mogu biti fatalne.

Sve je veći broj otkrića povezanih s glikozilacijskim bolestima, osobito u pedijatrijskih bolesnika. Mnogi od tih poremećaja su kongenitalni i odnose se na nedostatke povezane s početnim fazama stvaranja oligosaharida ili s regulacijom enzima koji sudjeluju u tim procesima.

Budući da veliki dio glikoziliranih proteina čini glikokaliks, sve je veće zanimanje za provjeru da li mutacije ili promjene u procesima glikozilacije mogu biti povezane s promjenom mikroko okruženja tumorskih stanica i tako pospješiti napredovanje tumori i razvoj metastaza kod pacijenata s karcinomom.

Reference

1. Aebi, M. (2013). N-vezana glikozilacija proteina u ER. Biochimica i Biophysica Acta, 1833. (11), 2430–2437.
2. Dennis, JW, Granovsky, M., i Warren, CE (1999). Glikozilacija proteina u razvoju i bolesti. BioEssays, 21 (5), 412-421.
3. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H.,… Martin, K. (2003). Molekularna stanična biologija (5. izd.). Freeman, WH & Company.
4. Luckey, M. (2008). Membranska strukturna biologija: s biokemijskim i biofizičkim osnovama. Cambridge University Press. Preuzeto s www.cambrudge.org/9780521856553
5. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehningerovi principi biokemije. Omega izdanja (5. izd.).
6. Nothaft, H., i Szymanski, CM (2010). Glikozilacija proteina u bakterijama: slađe nego ikad. Nature Nature Microbiology, 8 (11), 765–778.
7. Ohtsubo, K., i Marth, JD (2006). Glikozilacija u staničnim mehanizmima zdravlja i bolesti. Ćelija, 126 (5), 855-867.
8. Spiro, RG (2002). Glikozilacija proteina: priroda, distribucija, stvaranje enzima i implikacije glikopeptidnih veza na bolest. Glikobiologija, 12 (4), 43R-53R.
9. Stowell, SR, Ju, T., & Cummings, RD (2015). Glikozilacija proteina u raku. Godišnji pregled patologije: Mehanizmi bolesti, 10 (1), 473–510.
10. Strasser, R. (2016). Glikozilacija biljnih bjelančevina. Glykobiology, 26 (9), 926–939.
11. Xu, C., & Ng, DTW (2015). Kontrola kvalitete presavijanja proteina usmjerena glikozilacijom. Nature Nature Molecular Cell Biology, 16 (12), 742–752.
12. Zhang, X., & Wang, Y. (2016). Kontrola kvalitete glikozilacije od strane Golgijeve strukture. Journal of Molecular Biology, 428 (16), 3183–3193.