FEHÉRJE-GLIKOZILEZÉS: TÍPUSOK, FOLYAMAT ÉS FUNKCIÓK - BIOLÓGIA - 2026

A fehérje glikozilezése poszt-transzlációs módosítás, amely egyenes vagy elágazó fehérje oligoszacharid láncainak hozzáadása. A kapott glikoproteinek általában felszíni fehérjék és a szekréciós útvonal fehérjék.

A glikozilezés az eukarióta szervezetek egyik leggyakoribb peptidmódosítása, de bebizonyosodott, hogy ez az archaea és baktériumok egyes fajtáin is előfordul.

Példa olyan oligoszacharid láncokra, amelyek glikozilezéssel kötődhetnek a fehérjékhez (Dna 621, a Wikimedia Commons-ból)

Az eukariótákban ez a mechanizmus az endoplazmatikus retikulum (ER) és a Golgi komplex között fordul elő, különféle enzimek beavatkozása révén, amelyek mind a szabályozási folyamatokban, mind a protein + oligoszacharid kovalens kötések kialakulásában részt vesznek.

A glikolízis típusai

Az oligoszacharid fehérjéhez való kötődésének helyétől függően a glikoziláció négy típusba sorolható:

N-

Ez a leggyakoribb, és akkor fordul elő, amikor az oligoszacharidok az Asn-X-Ser / Thr motívum aszparagin aminosav-csoportjának nitrogénjéhez kapcsolódnak, ahol X jelentése a prolin kivételével bármilyen aminosav lehet.

VAGY

Amikor a szénhidrátok a szerin, treonin, hidroxilizin vagy tirozin hidroxilcsoportjához kapcsolódnak. Ez egy kevésbé gyakori módosítás, és példák olyan proteinekre, mint a kollagén, a glikophorin és a mucinok.

C-

Ez egy mannózmaradék hozzáadásából áll, amely CCT-kötés útján kötődik a proteinhez az indolcsoport C2-vel a triptofánmaradékokban.

Megtisztulás (az angol “

A poliszacharid hídként köti össze a fehérjét a membránon lévő glikozil-foszfatidil-inozitol (GPI) horgonyhoz.

Folyamat

Eukariótákban

Az N-glikozilezést tanulmányozták a leg részletesebben. Emlős sejtekben a folyamat a durva ER-ben kezdődik, ahol egy előre formált poliszacharid kötődik a fehérjékhez, amikor riboszómákból távoznak.

Az említett prekurzor poliszacharid 14 cukormaradékból áll, nevezetesen: 3 glükóz (Glc), 9 mannóz (Man) és 2 N-acetil-glükozamin (GlcNAc) maradékból.

Ez a prekurzor a növényekben, állatokban és az egysejtű eukarióta szervezetekben gyakori. A membránhoz kötődik, köszönhetően egy dolichol-molekulával, az ER membránba ágyazott izoprenoid lipiddel.

Szintézisét követően az oligoszacharidot az oligoszacariltranszferáz enzimkomplex átviszi egy aszparagin aminosavgá, amely a fehérje Asn-X-Ser / Thr tripeptid-szekvenciájába tartozik, míg a transzláció folyamatban van.

Az oligoszacharid végén levő három Glc maradék jelként szolgál a helyes oligoszacharid szintézishez, és az egyik Man maradékkal együtt lehasadnak, mielőtt a fehérjét továbbviszik a Golgi készülékbe további feldolgozásra.

A Golgi-készülékbe való bejutás után a glikoproteinekhez kapcsolt oligoszacharid-részletek galaktóz, sziálsav, fukóz és sok más maradék hozzáadásával módosíthatók, sokkal nagyobb változatosságú és komplexitású láncokat eredményezve.

Olioszacharid-feldolgozás (Dna 621, a Wikimedia Commons-tól)

A glikozilezési folyamatok elvégzéséhez szükséges enzimatikus mechanizmusok számos cukrok hozzáadására szolgáló glikoziltranszferázokat, glikozidázokat azok eltávolítására és különféle nukleotid cukor transzportereket tartalmaznak a szubsztrátként használt maradékok hozzájárulására.

Prokariótákban

A baktériumoknak nincsenek intracelluláris membránrendszerei, így a kezdeti oligoszacharid képződés (csak 7 maradékból) a plazmamembrán citoszolos oldalán történik.

Az említett prekurzort egy lipiden szintetizálják, amelyet egy ATP-függő flipáz továbbjuttat a periplazmatikus térbe, ahol glikoziláció történik.

Egy másik fontos különbség az eukarióta és a prokarióta glikozilációja között az, hogy az oligoszacharid-transzferáz (oligoszacariltranszferáz) enzim a baktériumokból átviheti a cukormaradékokat a már összehajtott fehérjék szabad részeibe, nem pedig a riboszómák általi transzláció révén.

Ezenkívül az ezen enzim által felismert peptidmotívum nem azonos eukarióta tripeptidszekvencia.

Jellemzők

A glikoproteinekhez kapcsolt N-oligoszacharidok különféle célokat szolgálnak. Például néhány fehérje megköveteli ezt a poszt-transzlációs módosítást, hogy elérje szerkezetének megfelelő hajtogatását.

Másoknak stabilitást biztosít, akár elkerüli a proteolitikus lebomlást, akár azért, mert ez a rész szükséges biológiai funkciójuk teljesítéséhez.

Mivel az oligoszacharidok erős hidrofil karakterűek, kovalens hozzáadása egy fehérjéhez szükségszerűen módosítja annak polaritását és oldhatóságát, amelyek funkcionális szempontból relevánsak lehetnek.

A membránfehérjékhez való kapcsolódás után az oligoszacharidok értékes információhordozók. Részt vesznek a sejtjelzés, kommunikáció, felismerés, migráció és adhézió folyamatában.

Fontos szerepet játszanak a véralvadásban, a gyógyulásban és az immunválaszban, valamint a fehérjeminőség-ellenőrzés feldolgozásában, amely glikán-függő és nélkülözhetetlen a sejt számára.

fontosság

Legalább 18 genetikai betegség kapcsolódik az emberek fehérje-glikozilációjához, ezek közül néhány gyenge testi és mentális fejlődéssel jár, mások halálos kimenetelűek lehetnek.

Egyre több felfedezés fordul elő a glikozilációs betegségekkel kapcsolatban, különösen gyermekkori betegek körében. Ezek közül a rendellenességek közül sok veleszületett, és az oligoszacharidok képződésének kezdeti stádiumaival vagy az ezekben a folyamatokban részt vevő enzimek szabályozásával kapcsolatos hibákkal kapcsolatos.

Mivel a glikozilezett fehérjék nagy része alkotja a glikokalyxet, egyre nagyobb az érdeklődés annak igazolására, hogy a glikozilezési folyamatok mutációi vagy változásai összefügghetnek-e a tumorsejtek mikrokörnyezetének megváltozásával, és így elősegítik a daganatok és áttétek kialakulása rákos betegekben.

Irodalom

1. Aebi, M. (2013). N-kapcsolt fehérje glikoziláció az ER-ben. Biochimica et Biophysica Acta, 1833 (11), 2430–2437.
2. Dennis, JW, Granovsky, M., és Warren, CE (1999). Fehérje-glikozilezés a fejlődésben és a betegségben. BioEssays, 21 (5), 412-421.
3. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H.,… Martin, K. (2003). Molecular Cell Biology (5. kiadás). Freeman, WH & Company.
4. Luckey, M. (2008). Membránszerkezeti biológia: biokémiai és biofizikai alapokkal. Cambridge University Press. Visszakeresve a www.cambrudge.org/9780521856553 webhelyről
5. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger Biokémiai alapelvek. Omega Editions (5. kiadás).
6. Nothaft, H. és Szymanski, CM (2010). Fehérje-glikozilezés baktériumokban: Édesebb, mint valaha. Nature Reviews Microbiology, 8 (11), 765–778.
7. Ohtsubo, K., és Marth, JD (2006). Glikoziláció az egészség és a betegség sejtmechanizmusaiban. Cell, 126 (5), 855-867.
8. Spiro, RG (2002). Fehérje-glikozilezés: a glikopeptidkötések természete, eloszlása, enzimes képződése és betegségre gyakorolt ​​következményei. Glycobiology, 12 (4), 43R-53R.
9. Stowell, SR, Ju, T. és Cummings, RD (2015). Fehérje-glikozilezés a rákban. A patológia éves áttekintése: a betegség mechanizmusai, 10 (1), 473–510.
10. Strasser, R. (2016). Növényi fehérje glikoziláció. Glycobiology, 26 (9), 926–939.
11. Xu, C., & Ng, DTW (2015). A fehérjék hajtogatásának glikozilezéssel irányított minőségellenőrzése. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 16 (12), 742–752.
12. Zhang, X., és Wang, Y. (2016). Glikozilezési minőség-ellenőrzés a Golgi-struktúrával. Journal of Molecular Biology, 428 (16), 3183–3193.