PROTEINGLYKOSYLERING: TYPER, PROCESS OCH FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

Den proteinglykosylering är en posttranslationell modifiering är tillsatsen av oligosackaridkedjor linjära eller grenade protein. De resulterande glykoproteinerna är i allmänhet ytproteiner och proteiner i den sekretoriska vägen.

Glykosylering är en av de vanligaste peptidmodifieringarna bland eukaryota organismer, men det har också visat sig förekomma i vissa arter av archaea och bakterier.

Exempel på oligosackaridkedjor som kan binda till proteiner genom glykosylering (Dna 621, från Wikimedia Commons)

I eukaryoter inträffar denna mekanism mellan endoplasmatisk retikulum (ER) och Golgi-komplexet, med ingripande av olika enzymer involverade både i regleringsprocesser och i bildningen av protein + oligosackaridkovalenta bindningar.

Typer av glykolys

Beroende på bindningsstället för oligosackariden till proteinet kan glykosylering klassificeras i fyra typer:

N-

Det är det vanligaste av allt och inträffar när oligosackarider binder till kvävet i amidgruppen av asparaginrester i Asn-X-Ser / Thr-motivet, där X kan vara vilken aminosyra som helst, utom prolin.

ELLER

När kolhydrater binder till hydroxylgruppen av serin, treonin, hydroxlysin eller tyrosin. Det är en mindre vanlig modifiering och exempel är proteiner som kollagen, glykoforin och muciner.

C-

Den består av tillsatsen av en mannosrest som binder till proteinet genom en CC-bindning med C2 i indolgruppen i tryptofanrester.

Glipiation (från engelska “

En polysackarid fungerar som en bro för att fästa ett protein till ett glykosylfosfatidylinositol (GPI) ankare på membranet.

Bearbeta

I eukaryoter

N-glykosylering är den som har studerats i detalj. I däggdjursceller börjar processen i grov ER, där en förformad polysackarid binder till proteiner när de kommer från ribosomer.

Nämnda förstadie-polysackarid består av 14 sockerrester, nämligen: 3 glukos (Glc), 9 mannos (Man) och 2 N-acetylglukosamin (GlcNAc).

Denna föregångare är vanlig i växter, djur och encelliga eukaryota organismer. Det är bundet till membranet tack vare en bindning med en dolicholmolekyl, en isoprenoid lipid inbäddad i ER-membranet.

Efter syntesen överförs oligosackariden av oligosakaryltransferasenzymkomplexet till en asparaginrest inkluderad i tri-peptidsekvensen Asn-X-Ser / Thr av ett protein medan det översätts.

De tre Glc-resterna i slutet av oligosackariden fungerar som en signal för korrekt oligosackaridsyntes och klyvs tillsammans med en av Man-resterna innan proteinet transporteras in i Golgi-apparaten för vidare bearbetning.

En gång i Golgi-apparaten kan oligosackaridpartierna fästa till glykoproteinerna modifieras genom tillsats av galaktos, sialinsyra, fukos och många andra rester, vilket ger kedjor med mycket större variation och komplexitet.

Oliosaccharide Processing (Dna 621, från Wikimedia Commons)

Det enzymatiska maskineriet som behövs för att utföra glykosyleringsprocesserna inkluderar många glykosyltransferaser för tillsats av sockerarter, glykosidaser för att avlägsna dem, och olika nukleotidsockertransportörer för bidrag av rester som används som substrat.

I prokaryoter

Bakterier har inte intracellulära membransystem, så den initiala oligosackaridbildningen (av endast 7 rester) sker på plasmamembranets cytosoliska sida.

Nämnda föregångare syntetiseras på en lipid som sedan translokeras av ett ATP-beroende flipas till det periplasmiska utrymmet, där glykosylering sker.

En annan viktig skillnad mellan eukaryotisk och prokaryot glykosylering är att enzymet oligosackaridtransferas (oligosacaryltransferas) från bakterier kan överföra sockerrester till fria delar av redan vikta proteiner, inte eftersom de översätts av ribosomer.

Vidare är peptidmotivet som igenkänns av detta enzym inte samma eukaryota tri-peptidsekvens.

Funktioner

N-oligosackarider bundna till glykoproteiner tjänar olika syften. Till exempel kräver vissa proteiner denna post-translationella modifiering för att uppnå korrekt vikning av deras struktur.

För andra ger det stabilitet, antingen genom att undvika proteolytisk nedbrytning eller eftersom denna del är nödvändig för att de ska kunna fullgöra sin biologiska funktion.

Eftersom oligosackarider har en stark hydrofil karaktär modifierar deras kovalenta tillsats till ett protein nödvändigtvis dess polaritet och löslighet, vilket kan ha relevans ur en funktionell synvinkel.

När de är bundna till membranproteiner är oligosackarider värdefulla informationsbärare. De deltar i processerna för cellsignalering, kommunikation, igenkännande, migrering och vidhäftning.

De har en viktig roll i blodkoagulation, läkning och immunrespons samt vid bearbetning av proteinkvalitetskontroll, som är glykanberoende och oumbärlig för cellen.

Betydelse

Minst 18 genetiska sjukdomar har kopplats till proteinglykosylering hos människor, varav vissa innebär dålig fysisk och mental utveckling, medan andra kan vara dödliga.

Det finns ett växande antal upptäckter relaterade till glykosyleringssjukdomar, särskilt hos barn. Många av dessa störningar är medfödda och har att göra med defekter associerade med de initiala stadierna av oligosackaridbildning eller med regleringen av enzymer som deltar i dessa processer.

Eftersom en stor del av de glykosylerade proteinerna utgör glykokalyxen, finns det ett ökande intresse för att verifiera att mutationer eller förändringar i glykosyleringsprocesserna kan vara relaterade till förändringen i mikro-miljön i tumörceller och därmed främja utvecklingen av tumörer och utveckling av metastaser hos cancerpatienter.

referenser

1. Aebi, M. (2013). N-länkad proteinglykosylering i ER. Biochimica et Biophysica Acta, 1833 (11), 2430–2437.
2. Dennis, JW, Granovsky, M., & Warren, CE (1999). Proteinglykosylering i utveckling och sjukdom. 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: e upplagan). Freeman, WH & Company.
4. Luckey, M. (2008). Membranstrukturbiologi: med biokemiska och biofysiska grunder. Cambridge University Press. Hämtad från www.cambrudge.org/9780521856553
5. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger principer för biokemi. Omega Editions (5: e upplagan).
6. Nothaft, H., & Szymanski, CM (2010). Proteinglykosylering i bakterier: Sötare än någonsin. Nature Reviews Microbiology, 8 (11), 765–778.
7. Ohtsubo, K., & Marth, JD (2006). Glykosylering i cellulära mekanismer för hälsa och sjukdomar. Cell, 126 (5), 855-867.
8. Spiro, RG (2002). Proteinglykosylering: natur, distribution, enzymatisk bildning och sjukdomskonsekvenser av glykopeptidbindningar. Glykobiologi, 12 (4), 43R-53R.
9. Stowell, SR, Ju, T., & Cummings, RD (2015). Proteinglykosylering i cancer. Årlig översyn av patologi: Mechanismen of Disease, 10 (1), 473–510.
10. Strasser, R. (2016). Växtproteinglykosylering. Glycobiology, 26 (9), 926–939.
11. Xu, C., & Ng, DTW (2015). Glykosyleringsstyrd kvalitetskontroll av proteinvikning. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 16 (12), 742–752.
12. Zhang, X., & Wang, Y. (2016). Glykosyleringskvalitetskontroll av Golgi-strukturen. Journal of Molecular Biology, 428 (16), 3183–3193.