GLYKOPROTEINY: STRUKTURA, FUNKCE, TŘÍDY A PŘÍKLADY - BIOLOGIE - 2025

Tyto glykoproteiny nebo glykoproteiny jsou transmembránové proteiny, které jsou součástí velké rodiny membránových glykokonjugátů a jsou přítomny u zvířat, rostlin a mikroorganismů, jako jsou bakterie, kvasinky, a Archaea.

Byly definovány poprvé v roce 1908 Výborem pro nomenklaturu proteinů Americké společnosti biochemiků a jsou výsledkem glykosidického spojení proteinu se sacharidovou částí zvanou glukan.

Struktura lektinového monomeru luštěniny (Zdroj: Uživatel: Tomixdf přes Wikimedia Commons)

Jsou to proteiny, které se vyskytují zvláště na povrchu plazmatické membrány mnoha buněk a tvoří důležitou část uhlohydrátové vrstvy, která je pokrývá, což se v mnoha případech nazývá glykalyly.

Prekurzorové proteiny glykoproteinů jsou kovalentně modifikovány v endoplazmatickém retikulu a Golgiho komplexu mnoha eukaryotů po jejich translaci, ačkoli existují i ​​případy glykosylace v cytosolu, ale jsou méně běžné a vyskytují se pouze u jednoho typu cukru.

Glykosylace proteinu má často důležité funkční účinky na jejich aktivitu, protože se může podílet na skládání, a tedy i na vytváření své terciární struktury.

Glykany mají pro buňku mnoho biologicky důležitých funkcí, protože mohou buňkám propůjčit specificitu a účastnit se intracelulárních a mezibuněčných signalizačních procesů, protože jsou ligandy pro endogenní a exogenní receptory.

Glykoproteiny, stejně jako zbytek glykokonjugátů, jsou tak důležité, že buňka věnuje až 1% svého genomu glykosylačnímu stroji a u lidí je více než 70% proteinů modifikováno glykosylací.

Struktura

Struktura glykoproteinů je studována na základě jejich aminokyselinové sekvence, glykosylačních míst v sekvenci a struktur glykanových částí, které se vážou na těchto místech.

Oligosacharidové řetězce, které jsou spojeny glykosylací s těmito proteiny, jsou obecně velmi rozmanité, ale jsou krátké, protože nepřesahují 15 zbytků cukru. Některé proteiny mají jediný oligosacharidový řetězec, jiné však mohou mít více než jeden a tyto mohou být rozvětvené.

Spojení mezi oligosacharidy a proteiny probíhá prostřednictvím anomerního uhlíku uhlohydrátu a hydroxylové skupiny (-OH) serinového nebo threoninového zbytku, v případě O-glykosylace, nebo amidovým dusíkem asparaginového zbytku, v případě N-glykosylace.

Takto vázané uhlohydráty mohou představovat až 70% molekulové hmotnosti glykoproteinu a charakteristiky uhlohydrátové části (například velikost a náboj) mohou chránit některé proteiny před enzymatickou proteolýzou.

Stejný protein může mít v různých tkáních různé glykosylační vzorce, které z něj činí odlišný glykoprotein, protože úplná struktura zahrnuje nejen aminokyselinové zbytky a jejich prostorové uspořádání, ale také oligosacharidy k nim připojené.

Mezi zbytky cukru, které se opakovaně vyskytují v glykoproteinech, patří: D-galaktóza, D-manóza, D-glukóza, L-fukóza, D-xylóza, L-arabinofuranóza, N-acetyl-D-glukosamin, N-acetyl -D-galaktosamin, některé sialové kyseliny a jejich modifikace.

Funkce

Strukturální

Ze strukturního hlediska poskytují glykoproteiny uhlovodíkové řetězce, které se podílejí na ochraně a mazání buněk, protože jsou schopné hydratovat a vytvářet viskózní látku, která odolává mechanickým a chemickým agresím.

Některé glykoproteiny se také nacházejí v bakteriích a archaeach, a to jsou důležité složky vrstvy S, která je nejvzdálenější vrstvou buněčné obálky.

Kromě toho se také nacházejí jako složky flagellinových proteinů, které jsou součástí bičíkových vláken používaných jako lokomotorické orgány.

Rostliny také obsahují strukturální glykoproteiny, které se vyznačují komplexními glykosylačními vzory a které lze nalézt jako součást struktury buněčné stěny nebo v extracelulární matrici.

Rozpoznávání buněk

Glykoproteiny slouží důležitým funkcím jako mezibuněčná rozpoznávací místa, protože mnoho receptorů na buněčném povrchu je schopno rozpoznávat specifické oligosacharidové sekvence.

Příkladem mezibuněčných rozpoznávání, která se objevují prostřednictvím oligosacharidových řetězců na buněčném povrchu, je případ rozpoznávání mezi vajíčkem a spermatem, který je nezbytný pro to, aby k fenoménu oplodnění došlo u vícebuněčných organismů se sexuální reprodukcí.

Krevní skupiny u lidí jsou určeny identitou cukrů připojených k glykoproteinům, které je specifikují. Protilátky a mnoho hormonů jsou také glykoproteiny a jejich funkce jsou nezbytné pro signalizaci a obranu organismu.

Přilnavost buněk

T buňky savčího imunitního systému mají glykoprotein s adhezními doménami známými jako CD2, což je klíčová složka pro stimulaci imunity, protože zprostředkovává vazbu mezi lymfocyty a buňkami prezentujícími antigen prostřednictvím svého receptoru, Glykoprotein CD58.

Některé viry, které mají důležité patogenní funkce pro mnoho savců, včetně lidí, mají povrchové glykoproteiny, které fungují v adhezních procesech virových částic k buňkám, které parazitují.

To je případ proteinu GP120 viru lidské získané imunodeficience nebo HIV, který interaguje s povrchovým proteinem lidských buněk známých jako GP41 a který spolupracuje se vstupem viru do buňky.

Stejným způsobem se mnoho glykosylovaných proteinů účastní důležitých procesů buněčné adheze, které se odehrávají v běžném životě buněk přítomných v mnoha tkáních mnohobuněčných organismů.

Glykoproteiny jako terapeutické cíle

Tyto komplexy protein-uhlohydrát jsou preferovanými cíly pro mnoho patogenů, jako jsou paraziti a viry, a mnoho glykoproteinů s aberantními glykosylačními vzory má kritickou roli v autoimunitních onemocněních a rakovinách.

Z těchto důvodů se různí vědci ujali úkolu navrhovat tyto proteiny jako možné terapeutické cíle a pro navrhování diagnostických metod, terapií nové generace a dokonce i pro navrhování vakcín.

Lekce

Klasifikace glykoproteinů je založena primárně na povaze glykosidické vazby, která spojuje proteinové a uhlohydrátové části, a na vlastnostech připojených glykanů.

Podle zbytků cukru mohou být získány glykoproteiny s monosacharidy, disacharidy, oligosacharidy, polysacharidy a jejich deriváty. Někteří autoři zvažují klasifikaci glykoproteinů v:

- Proteoglykany, které jsou podtřídou ve skupině glykoproteinů, které obsahují v uhlohydrátové části polysacharidy složené převážně z aminosacharidů (glykosaminoglykany).

- Glykopeptidy, což jsou molekuly složené z uhlohydrátů vázaných na oligopeptidy tvořené aminokyselinami v jejich L a / nebo D konformacích.

- Glykoaminokyseliny, což jsou aminokyseliny spojené se sacharidem prostřednictvím jakéhokoli typu kovalentní vazby.

- Glykosylové aminokyseliny, což jsou aminokyseliny připojené k sacharidové části prostřednictvím O-, N- nebo S-glykosidických vazeb.

V názvosloví těchto proteinů takto vázaných na uhlohydráty se předpony O-, N- a S- používají ke specifikaci, prostřednictvím kterých vazeb jsou cukry připojeny k polypeptidovému řetězci.

Příklady

- Glykoforin A je jedním z nejlépe studovaných glykoproteinů: je integrálním proteinem membrány erytrocytů (buněk nebo červených krvinek) a má 15 řetězců oligosacharidů kovalentně navázaných na aminokyselinové zbytky N-terminální oblasti a přes O-glykosidické vazby a řetězec spojený N-glykosidickou vazbou.

- Většina bílkovin v krvi jsou glykoproteiny a tato skupina zahrnuje imunoglobuliny a mnoho hormonů.

- Laktalbumin, protein přítomný v mléce, je glykosylovaný, stejně jako mnoho pankreatických a lysozomálních proteinů.

- Lektiny jsou proteiny vázající se na uhlovodíky, a proto mají více funkcí v rozpoznávání.

- Je také nutné zdůraznit mnoho živočišných hormonů, které jsou glykoproteiny; Z nich lze zmínit lutropin (LH), folitropin (FSH) a thyrotropin (TSH), které jsou syntetizovány v přední hypofýze, a chorionický gonadotropin, který je produkován v placentě lidí, primátů a koňovité.

Tyto hormony mají reprodukční funkce, protože LH stimuluje steroidogenezi v ovariálních a testikulárních Leydigových buňkách.

- Kolagen, hojný protein přítomný primárně ve spojovacích tkáních zvířat, představuje obrovskou rodinu glykoproteinů složených z více než 15 typů proteinů, které, i když mají mnoho společných charakteristik, jsou zcela odlišné.

Tyto proteiny obsahují "nekogenogenní" porce, z nichž některé jsou tvořeny uhlohydráty.

- Extensiny jsou rostlinné proteiny, které se skládají ze sítě nerozpustných glykoproteinů, které jsou bohaté na zbytky hydroxyprolinu a serinu. Nacházejí se ve stěně rostlinných buněk a předpokládá se, že působí jako obrana proti různým typům stresu a patogenům.

- Rostliny mají také proteiny podobné lektinům a jejich zvláštním příkladem jsou bramborové lektiny, které zjevně mají schopnost aglutinovat krevní buňky, jako jsou erytrocyty.

- V neposlední řadě lze jmenovat muciny, což jsou glykoproteiny sekretované v sliznici a jsou součástí slin u zvířat, které plní hlavně mazací a signalizační funkce.

Reference

1. Montreuil, J., Vliegenthart, J., & Schachter, H. (1995). Glykoproteiny. (A. Neuberger a L. Deenen, Eds.). Elsevier.
2. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehningerovy principy biochemie. Vydání Omega (5. vydání).
3. Struwe, W., a Cosgrave, E. (2011). Funkční a strukturní proteomika glykoproteinů. (R. Owens a J. Nettleship, Eds.). Londýn: Springer.
4. Voet, D., & Voet, J. (2006). Biochemistry (3. vydání). Editorial Médica Panamericana.
5. Wittman, V. (2007). Glykopeptidy a glykoproteiny. Syntéza, struktura a aplikace. (V. Balzani, J.-M. Lehn, A. de Meijere, S. Ley, K. Houk, S. Schreiber, J. Thiem, Eds.). Leipzig: Springer Science + Business Media, LLC.