GLYKOPROTEINER: STRUKTUR, FUNKTIONER, KLASSER OCH EXEMPEL - BIOLOGI - 2025

De glykoproteiner eller glykoproteiner är transmembranproteiner som är en del av den stora familjen av membran glykokonjugat och är närvarande i djur, växter och mikroorganismer såsom bakterier, jäst , och arkéer.

De definierades för första gången 1908 av Protein Nomenclature Committee i American Society of Biochemists och är resultatet av en glykosidisk sammansättning av ett protein med en kolhydratdel som kallas glukan.

Struktur för en baljväxtlektomonomer (Källa: Användare: Tomixdf via Wikimedia Commons)

De är proteiner som är särskilt rikliga på ytan av plasmamembranet i många celler och utgör en viktig del av kolhydratskiktet som täcker dem, som i många fall kallas glykokalxen.

Prekursorproteinerna för glykoproteinerna modifieras kovalent i endoplasmatisk retikulum och Golgi-komplexet av många eukaryoter efter deras översättning, även om det också finns fall av glykosylering i cytosolen, men de är mindre vanliga och förekommer med endast en sockertyp .

Proteinglykosylering har ofta viktiga funktionella effekter på dess aktivitet, eftersom den kan delta i vikningen och därför i upprättandet av dess tertiära struktur.

Glykaner har flera biologiskt viktiga funktioner för cellen, eftersom de kan ge cellerna specificitet och delta i intracellulära och intercellulära signalprocesser, eftersom de är ligander för endogena och exogena receptorer.

Glykoproteiner, liksom resten av glykokonjugaterna, är så viktiga att en cell ägnar upp till 1% av sitt genom till glykosyleringsmaskineriet och hos människor modifieras mer än 70% av proteiner genom glykosylering.

Strukturera

Strukturen för glykoproteiner studeras baserat på deras aminosyrasekvens, glykosyleringsställena i sekvensen och strukturerna för glykans delar som binder vid dessa ställen.

Oligosackaridkedjorna som är kopplade genom glykosylering till dessa proteiner är i allmänhet mycket olika, men de är korta, eftersom de inte överskrider 15 sockerrester. Vissa proteiner har en enda oligosackaridkedja, men andra kan ha mer än en och dessa kan vara grenade.

Sambandet mellan oligosackarider och proteiner sker genom det anomera kolet i kolhydratet och hydroxylgruppen (-OH) i en serin- eller treoninrest, i fallet med O-glykosylering eller genom amidkvävet i en asparaginrest, i fallet med N-glykosylering.

De sålunda bundna kolhydraterna kan representera upp till 70% av molekylvikten för ett glykoprotein och egenskaperna hos kolhydratdelen (till exempel storlek och laddning) kan skydda vissa proteiner mot enzymatisk proteolys.

Samma protein kan ha i olika vävnader olika glykosyleringsmönster som gör det till ett annat glykoprotein, eftersom den fullständiga strukturen inte bara innehåller aminosyraresterna och deras rumsarrangemang, utan också de oligosackarider som är fästa vid dem.

Bland de sockerrester som upprepas återfinns i glykoproteiner är: D-galaktos, D-mannos, D-glukos, L-fukos, D-xylos, L-arabinofuranos, N-acetyl-D-glukosamin, N-acetyl -D-galaktosamin, några sialinsyror och modifieringar av alla dessa.

Funktioner

Strukturell

Ur strukturell synvinkel tillhandahåller glykoproteiner kolhydratkedjor som deltar i skyddet och smörjningen av celler, eftersom de kan hydratisera och bilda en viskös substans som motstår mekaniska och kemiska aggressioner.

Vissa glykoproteiner finns också i bakterier och archaea, och dessa är viktiga komponenter i S-lagret, som är det yttersta lagret i cellhöljet.

Dessutom finns de också som beståndsdelar av flagellinproteiner, som är en del av de flagellära filamenten som används som rörelseorgan.

Växter har också strukturella glykoproteiner som kännetecknas av komplexa glykosyleringsmönster och som kan hittas som en del av cellväggstrukturen eller i den extracellulära matrisen.

Celligenkänning

Glykoproteiner tjänar viktiga funktioner som inter-celligenkänningsställen, eftersom många receptorer på cellytan kan känna igen specifika oligosackaridsekvenser.

Ett exempel på de intercellulära igenkänningarna som sker med hjälp av oligosackaridkedjorna på cellytan är fallet med igenkänningen mellan ägglossningen och spermierna, vilket är nödvändigt för att befruktningsfenomenet inträffar i flercelliga organismer med sexuell reproduktion.

Blodgrupper hos människor bestäms av identiteten hos de sockerarter som är bundna till glykoproteinerna som specificerar dem. Antikroppar och många hormoner är också glykoproteiner och deras funktioner är viktiga för kroppens signalering och försvar.

Cell vidhäftning

T-cellerna i däggdjursimmunsystemet har ett glykoprotein med vidhäftningsdomäner kända som CD2, som är en nyckelkomponent för immunstimulering eftersom det medierar bindningen mellan lymfocyt- och antigenpresenterande celler genom dess receptor, CD58 glykoprotein.

Vissa virus som har viktiga patogena funktioner för många däggdjur, inklusive människor, har ytglykoproteiner som fungerar i vidhäftningsprocesserna hos den virala partikeln till cellerna de parasiterar.

Sådant är fallet med GP120-proteinet från det humana förvärvade immunbristviruset eller HIV, som interagerar med ett ytprotein från mänskliga celler känt som GP41 och som samarbetar med virusets inträde i cellen.

På samma sätt deltar många glykosylerade proteiner i viktiga cellvidhäftningsprocesser som äger rum i det vanliga livet för celler som finns i många vävnader av flercelliga organismer.

Glykoproteiner som terapeutiska mål

Dessa proteinkolhydratkomplex är de föredragna målen för många patogener såsom parasiter och virus, och många glykoproteiner med avvikande glykosyleringsmönster har kritiska roller vid autoimmuna sjukdomar och cancer.

Av dessa skäl har olika forskare tagit på sig uppgiften att föreslå dessa proteiner som möjliga terapeutiska mål och för utformningen av diagnostiska metoder, ny generationsterapier och till och med för design av vacciner.

lektioner

Klassificeringen av glykoproteiner baseras huvudsakligen på arten av den glykosidiska bindningen som binder protein- och kolhydratgrupperna och på egenskaperna hos de bifogade glykanerna.

Enligt sockerresterna kan glykoproteiner med monosackarider, disackarider, oligosackarider, polysackarider och derivat av dessa erhållas. Vissa författare överväger en klassificering av glykoproteiner i:

- Proteoglykaner, som är en underklass inom gruppen av glykoproteiner som i kolhydratdelen innehåller polysackarider som huvudsakligen består av aminosocker (glykosaminoglykaner).

- Glykopeptider, som är molekyler som består av kolhydrater kopplade till oligopeptider bildade av aminosyror i deras L- och / eller D-konformationer.

- Glyco-aminosyror, som är aminosyror kopplade till en sackarid genom någon typ av kovalent bindning.

- Glykosylaminosyror, som är aminosyror kopplade till en sackariddel genom O-, N- eller S-glykosidbindningar.

I nomenklaturen för dessa proteiner, som således är kopplade till kolhydrater, används prefixerna O-, N- och S- för att specificera genom vilka bindningar sockerarna är bundna till polypeptidkedjan.

exempel

- Glykoforin A är ett av de bäst studerade glykoproteinerna: det är ett integrerat protein i membranet av erytrocyter (celler eller röda blodkroppar) och har 15 oligosackaridkedjor kovalent kopplade till aminosyrarester i den N-terminala regionen genom O-glykosidbindningar och en kedja kopplad med en N-glykosidbindning.

- De flesta proteinerna i blodet är glykoproteiner och denna grupp inkluderar immunglobuliner och många hormoner.

- Laktalbumin, ett protein som finns i mjölk är glykosylerat, liksom många pankreas- och lysosomala proteiner.

- Lektiner är kolhydratbindande proteiner och har därför flera funktioner i erkännande.

- Det är också nödvändigt att lyfta fram många animaliska hormoner som är glykoproteiner. Bland dessa kan nämnas lutropin (LH), follitropin (FSH) och tyrotropin (TSH), som är syntetiserade i den främre hypofysen, och korionisk gonadotropin som produceras i morkakan hos människor, primater och hästdjur.

Dessa hormoner har reproduktionsfunktioner eftersom LH stimulerar steroidogenes i äggstockarna och Leydigcellerna i testiklarna.

- Kollagen, ett rikligt protein som främst finns i djurens bindväv, representerar en enorm familj av glykoproteiner som består av mer än 15 typer av proteiner som, även om de har många egenskaper gemensamt, är helt olika.

Dessa proteiner innehåller "icke-kollagena" delar, varav vissa består av kolhydrater.

- Extensiner är växtproteiner som består av ett nätverk av olösliga glykoproteiner som är rika på hydroxyprolin och serinrester. De finns i vägg i växtceller och tros fungera som ett försvar mot olika typer av stress och patogener.

- Växter har också lektinliknande proteiner och ett speciellt exempel på dessa är potatislektiner, som uppenbarligen har förmågan att agglutinera blodceller som erytrocyter.

Senast men inte minst kan mucinerna namnges, vilka är glykoproteiner som utsöndras i slemhinnorna och är en del av saliv hos djur, främst med smörjnings- och signalfunktioner.

referenser

1. Montreuil, J., Vliegenthart, J., & Schachter, H. (1995). Glykoproteiner. (A. Neuberger & L. Deenen, Eds.). Elsevier.
2. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger principer för biokemi. Omega Editions (5: e upplagan). https://doi.org/10.1007/s13398-014-0173-7.2
3. Struwe, W., & Cosgrave, E. (2011). Funktionella och strukturella proteomics av ​​glykoproteiner. (R. Owens & J. Nettleship, red.). London: Springer.
4. Voet, D., & Voet, J. (2006). Biokemi (3: e upplagan). Redaktör Médica Panamericana.
5. Wittman, V. (2007). Glykopeptider och glykoproteiner. Syntes, struktur och tillämpning. (V. Balzani, J.-M. Lehn, A. de Meijere, S. Ley, K. Houk, S. Schreiber, J. Thiem, Eds.). Leipzig: Springer Science + Business Media, LLC.