GLIKOZYLACJA BIAŁEK: RODZAJE, PROCESY I FUNKCJE - BIOLOGIA - 2026

Glikozylacji białka jest posttranslacyjną modyfikacją jest dodanie łańcuchów oligosacharydowych liniowych lub rozgałęzionych białka. Powstałe glikoproteiny są na ogół białkami powierzchniowymi i białkami szlaku wydzielniczego.

Glikozylacja jest jedną z najczęstszych modyfikacji peptydów wśród organizmów eukariotycznych, ale wykazano również, że występuje u niektórych gatunków archeonów i bakterii.

Przykład łańcuchów oligosacharydowych, które mogą wiązać się z białkami przez glikozylację (Dna 621, z Wikimedia Commons)

U eukariotów mechanizm ten zachodzi między retikulum endoplazmatycznym (ER) a kompleksem Golgiego, przy interwencji różnych enzymów zaangażowanych zarówno w procesy regulacyjne, jak i w tworzenie wiązań kowalencyjnych białko + oligosacharyd.

Rodzaje glikolizy

W zależności od miejsca wiązania oligosacharydu do białka, glikozylację można podzielić na 4 typy:

N-

Jest to najpowszechniejsze ze wszystkich i występuje, gdy oligosacharydy wiążą się z azotem grupy amidowej reszt asparaginy w motywie Asn-X-Ser / Thr, gdzie X może być dowolnym aminokwasem z wyjątkiem proliny.

LUB

Kiedy węglowodany wiążą się z grupą hydroksylową seryny, treoniny, hydroksylizyny lub tyrozyny. Jest to mniej powszechna modyfikacja, a przykładami są białka, takie jak kolagen, glikoforyna i mucyny.

DO-

Polega ona na dodaniu reszty mannozy, która wiąże się z białkiem wiązaniem CC z C2 grupy indolowej w resztach tryptofanu.

Glipiation (z angielskiego „

Polisacharyd działa jak mostek łączący białko z kotwicą glikozylofosfatydyloinozytolu (GPI) na błonie.

Proces

U eukariotów

Najbardziej szczegółowo zbadano N-glikozylację. W komórkach ssaków proces ten zaczyna się w szorstkiej ER, gdzie wstępnie uformowany polisacharyd wiąże się z białkami, które wyłaniają się z rybosomów.

Wspomniany polisacharyd prekursorowy składa się z 14 reszt cukrowych, a mianowicie: 3 reszt glukozy (Glc), 9 mannozy (Man) i 2 reszt N-acetyloglukozaminy (GlcNAc).

Ten prekursor jest powszechny w roślinach, zwierzętach i jednokomórkowych organizmach eukariotycznych. Wiąże się z błoną dzięki wiązaniu z cząsteczką dolicholu, izoprenoidowym lipidem osadzonym w błonie ER.

Po jego syntezie oligosacharyd jest przenoszony przez kompleks enzymu oligosakrylotransferazy do reszty asparaginy zawartej w sekwencji trójpeptydowej Asn-X-Ser / Thr białka podczas translacji.

Trzy reszty Glc na końcu oligosacharydu służą jako sygnał do prawidłowej syntezy oligosacharydów i są cięte wraz z jedną z reszt Man, zanim białko zostanie przeniesione do aparatu Golgiego w celu dalszej obróbki.

Po umieszczeniu w aparacie Golgiego części oligosacharydów przyłączone do glikoprotein można modyfikować przez dodanie galaktozy, kwasu sialowego, fukozy i wielu innych reszt, co daje łańcuchy o znacznie większej różnorodności i złożoności.

Przetwarzanie oliosacharydu (Dna 621, źródło Wikimedia Commons)

Mechanizm enzymatyczny potrzebny do przeprowadzenia procesów glikozylacji obejmuje liczne glikozylotransferazy do dodawania cukrów, glikozydazy do ich usuwania oraz różne nukleotydowe transportery cukrów do udziału reszt stosowanych jako substraty.

U prokariotów

Bakterie nie posiadają systemów błon wewnątrzkomórkowych, więc początkowe tworzenie oligosacharydów (tylko 7 reszt) zachodzi po cytozolowej stronie błony komórkowej.

Wspomniany prekursor jest syntetyzowany na lipidzie, który jest następnie translokowany przez flapazę zależną od ATP do przestrzeni peryplazmatycznej, gdzie zachodzi glikozylacja.

Inną ważną różnicą między glikozylacją eukariotyczną i prokariotyczną jest to, że enzym transferazy oligosacharydowej (oligosacarylotransferaza) z bakterii może przenosić reszty cukrowe do wolnych części już zwiniętych białek, a nie podczas translacji przez rybosomy.

Ponadto motyw peptydowy rozpoznawany przez ten enzym nie jest tą samą eukariotyczną sekwencją trójpeptydową.

cechy

N-oligosacharydy przyłączone do glikoprotein służą różnym celom. Na przykład, niektóre białka wymagają takiej potranslacyjnej modyfikacji, aby uzyskać właściwe fałdowanie swojej struktury.

Innym zapewnia stabilność, albo poprzez unikanie degradacji proteolitycznej, albo dlatego, że ta część jest niezbędna do spełnienia ich funkcji biologicznej.

Ponieważ oligosacharydy mają silny charakter hydrofilowy, ich kowalencyjne dodanie do białka z konieczności modyfikuje jego polarność i rozpuszczalność, co może mieć znaczenie z funkcjonalnego punktu widzenia.

Po przyłączeniu do białek błonowych oligosacharydy są cennymi nośnikami informacji. Uczestniczą w procesach sygnalizacji komórkowej, komunikacji, rozpoznawania, migracji i adhezji.

Odgrywają ważną rolę w krzepnięciu krwi, gojeniu i odpowiedzi immunologicznej, a także w przetwarzaniu kontroli jakości białka, która jest zależna od glikanów i niezbędna dla komórki.

Znaczenie

Co najmniej 18 chorób genetycznych zostało powiązanych z glikozylacją białek u ludzi, z których niektóre wiążą się ze słabym rozwojem fizycznym i umysłowym, podczas gdy inne mogą być śmiertelne.

Istnieje coraz więcej odkryć związanych z chorobami glikozylacji, zwłaszcza u pacjentów pediatrycznych. Wiele z tych zaburzeń jest wrodzonych i ma związek z wadami związanymi z początkowymi etapami tworzenia oligosacharydów lub z regulacją enzymów uczestniczących w tych procesach.

Ponieważ duża część glikozylowanych białek tworzy glikokaliks, rośnie zainteresowanie weryfikacją, czy mutacje lub zmiany w procesach glikozylacji mogą być związane ze zmianą mikrośrodowiska komórek nowotworowych, a tym samym sprzyjać progresji nowotwory i rozwój przerzutów u chorych na raka.

Bibliografia

1. Aebi, M. (2013). N-glikozylacja białek w ER. Biochimica et Biophysica Acta, 1833 (11), 2430–2437.
2. Dennis, JW, Granovsky, M. i Warren, CE (1999). Glikozylacja białek w rozwoju i chorobie. BioEssays, 21 (5), 412–421.
3. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., … Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (wyd. 5). Freeman, WH & Company.
4. Luckey, M. (2008). Biologia strukturalna błony: na podstawach biochemicznych i biofizycznych. Cambridge University Press. Pobrane z www.cambrudge.org/9780521856553
5. Nelson, DL i Cox, MM (2009). Zasady Lehningera biochemii. Omega Editions (wyd. 5).
6. Nothaft, H. i Szymanski, CM (2010). Glikozylacja białek u bakterii: słodsza niż kiedykolwiek. Nature Reviews Microbiology, 8 (11), 765–778.
7. Ohtsubo, K. i Marth, JD (2006). Glikozylacja w komórkowych mechanizmach zdrowia i chorób. Celi, 126 (5), 855-867.
8. Spiro, RG (2002). Glikozylacja białek: natura, dystrybucja, tworzenie enzymów i implikacje chorobowe wiązań glikopeptydowych. Glycobiology, 12 (4), 43R-53R.
9. Stowell, SR, Ju, T. i Cummings, RD (2015). Glikozylacja białek w raku. Annual Review of Pathology: Mechanisms of Disease, 10 (1), 473–510.
10. Strasser, R. (2016). Glikozylacja białek roślinnych. Glycobiology, 26 (9), 926–939.
11. Xu, C. i Ng, DTW (2015). Kontrola jakości fałdowania białek ukierunkowana na glikozylację. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 16 (12), 742–752.
12. Zhang, X. i Wang, Y. (2016). Kontrola jakości glikozylacji według struktury Golgiego. Journal of Molecular Biology, 428 (16), 3183–3193.