GLIKOPROTEINY: BUDOWA, FUNKCJE, KLASY I PRZYKŁADY - BIOLOGIA - 2026

Te glikoproteiny lub Glikoproteiny są białkami przezbłonowymi, które są częścią wielkiej rodziny glikokoniugatów membranie i są obecne u zwierząt, roślin i mikroorganizmów, takich jak bakterie, drożdże , i archeowce.

Zostały zdefiniowane po raz pierwszy w 1908 roku przez Komitet Nomenklatury Białek Amerykańskiego Towarzystwa Biochemików i są wynikiem połączenia glikozydowego białka z częścią węglowodanową zwaną glukanem.

Struktura monomeru lektyny rośliny strączkowej (źródło: User: Tomixdf via Wikimedia Commons)

Są to białka szczególnie obficie występujące na powierzchni błony plazmatycznej wielu komórek i stanowią ważną część pokrywającej je warstwy węglowodanów, która w wielu przypadkach nazywana jest glikokaliksem.

Białka prekursorowe glikoprotein są kowalencyjnie modyfikowane w siateczce endoplazmatycznej i kompleksie Golgiego wielu eukariontów po ich translacji, chociaż zdarzają się również przypadki glikozylacji w cytozolu, ale są one mniej powszechne i występują tylko z jednym rodzajem cukru .

Glikozylacja białka często ma istotny wpływ funkcjonalny na jego aktywność, ponieważ może uczestniczyć w fałdowaniu, a tym samym w tworzeniu swojej struktury trzeciorzędowej.

Glikany pełnią wiele biologicznie ważnych funkcji dla komórki, ponieważ mogą nadawać komórkom specyficzność i uczestniczyć w procesach sygnalizacji wewnątrzkomórkowej i międzykomórkowej, ponieważ są ligandami dla receptorów endogennych i egzogennych.

Glikoproteiny, jak również reszta glikokoniugatów, są tak ważne, że komórka przeznacza do 1% swojego genomu na maszynerię glikozylacji, a u ludzi ponad 70% białek jest modyfikowanych przez glikozylację.

Struktura

Strukturę glikoprotein bada się na podstawie ich sekwencji aminokwasów, miejsc glikozylacji w obrębie sekwencji oraz struktury części glikanu, które wiążą się w tych miejscach.

Łańcuchy oligosacharydowe, które są połączone przez glikozylację z tymi białkami są na ogół bardzo zróżnicowane, ale są krótkie, ponieważ nie przekraczają 15 reszt cukrowych. Niektóre białka mają pojedynczy łańcuch oligosacharydowy, ale inne mogą mieć więcej niż jeden, a te mogą być rozgałęzione.

Połączenie między oligosacharydami i białkami zachodzi poprzez anomeryczny węgiel węglowodanu i grupę hydroksylową (-OH) reszty seryny lub treoniny, w przypadku O-glikozylacji lub przez azot amidowy reszty asparaginy, w przypadku N-glikozylacji.

Węglowodany związane w ten sposób mogą stanowić do 70% masy cząsteczkowej glikoproteiny, a właściwości części węglowodanowej (na przykład wielkość i ładunek) mogą chronić niektóre białka przed proteolizą enzymatyczną.

To samo białko może mieć w różnych tkankach różne wzorce glikozylacji, które czynią je inną glikoproteiną, ponieważ cała struktura obejmuje nie tylko reszty aminokwasowe i ich układy przestrzenne, ale także przyłączone do nich oligosacharydy.

Wśród reszt cukrowych wielokrotnie występujących w glikoproteinach są: D-galaktoza, D-mannoza, D-glukoza, L-fukoza, D-ksyloza, L-arabinofuranoza, N-acetylo-D-glukozamina, N-acetyl -D-galaktozamina, niektóre kwasy sialowe i ich modyfikacje.

cechy

Strukturalny

Ze strukturalnego punktu widzenia glikoproteiny zapewniają łańcuchy węglowodanowe, które uczestniczą w ochronie i smarowaniu komórek, ponieważ są zdolne do hydratacji i tworzenia lepkiej substancji odpornej na mechaniczne i chemiczne agresje.

Niektóre glikoproteiny znajdują się również w bakteriach i archeonach i są to ważne składniki warstwy S, która jest najbardziej zewnętrzną warstwą otoczki komórkowej.

Ponadto występują również jako składniki białek flageliny, które są częścią włókien wici używanych jako narządy ruchu.

Rośliny posiadają również glikoproteiny strukturalne, które charakteryzują się złożonymi wzorami glikozylacji i które można znaleźć jako część struktury ściany komórkowej lub w macierzy zewnątrzkomórkowej.

Rozpoznawanie komórek

Glikoproteiny pełnią ważne funkcje jako miejsca rozpoznawania międzykomórkowego, ponieważ wiele receptorów na powierzchni komórki jest zdolnych do rozpoznawania określonych sekwencji oligosacharydów.

Przykładem rozpoznania międzykomórkowego, które zachodzi za pomocą łańcuchów oligosacharydowych na powierzchni komórki, jest przypadek rozpoznania między zalążkiem a plemnikiem, niezbędnego do zaistnienia zjawiska zapłodnienia w organizmach wielokomórkowych w rozmnażaniu płciowym.

Grupy krwi u ludzi są określane na podstawie tożsamości cukrów przyłączonych do określających je glikoprotein. Przeciwciała i wiele hormonów jest również glikoproteinami, a ich funkcje są niezbędne do sygnalizowania i obrony organizmu.

Adhezja komórkowa

Komórki T ssaczego układu odpornościowego posiadają glikoproteinę z domenami adhezyjnymi znaną jako CD2, która jest kluczowym składnikiem stymulacji immunologicznej, ponieważ pośredniczy w wiązaniu między limfocytem a komórkami prezentującymi antygen poprzez swój receptor, Glikoproteina CD58.

Niektóre wirusy, które pełnią ważne funkcje patogenne dla wielu ssaków, w tym ludzi, posiadają glikoproteiny powierzchniowe, które biorą udział w procesach adhezji cząsteczki wirusa do komórek, na których pasożytują.

Tak jest w przypadku białka GP120 ludzkiego wirusa nabytego niedoboru odporności lub wirusa HIV, które oddziałuje z białkiem powierzchniowym komórek ludzkich, znanym jako GP41 i które współpracuje z wejściem wirusa do komórki.

W ten sam sposób wiele glikozylowanych białek bierze udział w ważnych procesach adhezji komórek, które zachodzą podczas zwykłego życia komórek obecnych w wielu tkankach organizmów wielokomórkowych.

Glikoproteiny jako cele terapeutyczne

Te kompleksy białkowo-węglowodanowe są preferowanymi celami dla wielu patogenów, takich jak pasożyty i wirusy, a wiele glikoprotein o nieprawidłowych wzorach glikozylacji odgrywa kluczową rolę w chorobach autoimmunologicznych i nowotworach.

Z tych powodów różni badacze podjęli się zaproponowania tych białek jako możliwych celów terapeutycznych i zaprojektowania metod diagnostycznych, terapii nowej generacji, a nawet zaprojektowania szczepionek.

Lekcje

Klasyfikacja glikoprotein opiera się głównie na naturze wiązania glikozydowego łączącego cząsteczki białkowe i węglowodanowe oraz na właściwościach przyłączonych glikanów.

Zgodnie z resztami cukrowymi, można mieć glikoproteiny z monosacharydami, disacharydami, oligosacharydami, polisacharydami i ich pochodnymi. Niektórzy autorzy rozważają klasyfikację glikoprotein w:

- Proteoglikany, które stanowią podklasę grupy glikoprotein, która zawiera w części węglowodanowej polisacharydy złożone głównie z aminocukrów (glikozaminoglikanów).

- Glikopeptydy, które są cząsteczkami złożonymi z węglowodanów połączonych z oligopeptydami utworzonymi przez aminokwasy w ich konformacji L i / lub D.

- Aminokwasy gliko, które są aminokwasami połączonymi z sacharydem za pomocą dowolnego typu wiązania kowalencyjnego.

- Aminokwasy glikozylowe, które są aminokwasami połączonymi z częścią sacharydową wiązaniami O-, N- lub S-glikozydowymi.

W nomenklaturze tych białek połączonych w ten sposób z węglowodanami przedrostki O-, N- i S- są używane do określenia, przez które wiązania cukry są przyłączone do łańcucha polipeptydowego.

Przykłady

- Glikoforyna A jest jedną z najlepiej zbadanych glikoprotein: jest integralnym białkiem błony erytrocytów (krwinek lub erytrocytów) i ma 15 łańcuchów oligosacharydowych kowalencyjnie połączonych z resztami aminokwasowymi w regionie N-końcowym a poprzez wiązania O-glikozydowe i łańcuch połączony wiązaniem N-glikozydowym.

- Większość białek we krwi to glikoproteiny, a do tej grupy należą immunoglobuliny i wiele hormonów.

- Laktalbumina, białko obecne w mleku jest glikozylowane, podobnie jak wiele białek trzustkowych i lizosomalnych.

- Lektyny są białkami wiążącymi węglowodany i dlatego pełnią wiele funkcji.

- Konieczne jest również podkreślenie wielu hormonów zwierzęcych, które są glikoproteinami; Wśród nich można wymienić lutropinę (LH), folitropinę (FSH) i tyreotropinę (TSH), które są syntetyzowane w przednim przysadce mózgowej, oraz gonadotropinę kosmówkową, która jest produkowana w łożysku ludzi, naczelnych i koniowate.

Hormony te pełnią funkcje rozrodcze, ponieważ LH stymuluje steroidogenezę w jajnikach i komórkach Leydiga jąder.

- Kolagen, białko występujące w dużych ilościach głównie w tkankach łącznych zwierząt, reprezentuje ogromną rodzinę glikoprotein składającą się z ponad 15 typów białek, które pomimo wielu wspólnych cech są zupełnie inne.

Białka te zawierają „niekolagenowe” części, z których niektóre składają się z węglowodanów.

- Ekstensyny to białka roślinne, które składają się z sieci nierozpuszczalnych glikoprotein bogatych w reszty hydroksyproliny i seryny. Znajdują się w ścianach komórek roślinnych i uważa się, że działają one jako obrona przed różnymi typami stresu i patogenami.

- Rośliny mają również białka podobne do lektyn, a szczególnym ich przykładem są lektyny ziemniaczane, które najwyraźniej mają zdolność aglutynacji komórek krwi, takich jak erytrocyty.

- Na koniec można wymienić mucyny, które są glikoproteinami wydzielanymi w błonie śluzowej i są częścią śliny zwierząt, pełniąc głównie funkcje smarne i sygnalizacyjne.

Bibliografia

1. Montreuil, J., Vliegenthart, J., & Schachter, H. (1995). Glikoproteiny. (A. Neuberger & L. Deenen, red.). Elsevier.
2. Nelson, DL i Cox, MM (2009). Zasady Lehningera biochemii. Omega Editions (wyd. 5). https://doi.org/10.1007/s13398-014-0173-7.2
3. Struwe, W. i Cosgrave, E. (2011). Funkcjonalna i strukturalna proteomika glikoprotein. (R. Owens & J. Nettleship, red.). Londyn: Springer.
4. Voet, D. i Voet, J. (2006). Biochemistry (3rd ed.). Artykuł redakcyjny Médica Panamericana.
5. Wittman, V. (2007). Glikopeptydy i glikoproteiny. Synteza, struktura i zastosowanie. (V. Balzani, J.-M. Lehn, A. de Meijere, S. Ley, K. Houk, S. Schreiber, J. Thiem, Eds.). Lipsk: Springer Science + Business Media, LLC.