ГЛІКОПРОТЕЇНИ: СТРУКТУРА, ФУНКЦІЇ, КЛАСИ ТА ПРИКЛАДИ - БІОЛОГІЯ - 2025

У глікопротеїну або глікопротеїни представляють собою трансмембранні білки , які є частиною великого сімейства мембранних глікокон'югатов і присутні у тварин, рослин і мікроорганізмів , такі як бактерії, дріжджі , і Archaea.

Вони були вперше визначені в 1908 році Комітетом білкової номенклатури Американського товариства біохіміків і є результатом глікозидного об'єднання білка з вуглеводною частиною, що називається глюкан.

Структура лектинового мономеру бобових (Джерело: Користувач: Tomixdf через Wikimedia Commons)

Вони є білками, які особливо багато на поверхні плазматичної мембрани багатьох клітин і складають важливу частину вуглеводного шару, який їх покриває, що в багатьох випадках називається глікокалікс.

Білки-попередники глікопротеїнів ковалентно модифікуються в ендоплазматичному ретикулумі та комплексі Гольджі багатьох еукаріотів після їх перекладу, хоча в цитозолі також є випадки глікозилювання, але вони рідше зустрічаються і трапляються лише з одним типом цукру .

Глікозилювання білка часто має важливий функціональний вплив на його активність, оскільки може брати участь у складанні і, отже, у встановленні його третинної структури.

Глікани мають численні біологічно важливі функції для клітини, оскільки вони можуть надавати специфічність клітинам та брати участь у процесах внутрішньоклітинної та міжклітинної сигналізації, оскільки вони є лігандами для ендогенних та екзогенних рецепторів.

Глікопротеїни, як і решта глікокон'югатів, настільки важливі, що клітина приділяє до 1% свого геному механізму глікозилювання, а для людини понад 70% білків модифікується глікозиляцією.

Будова

Структуру глікопротеїнів вивчають виходячи з їх амінокислотної послідовності, сайтів глікозилювання в межах послідовності та структур частин глікану, які зв'язуються в цих місцях.

Олігосахаридні ланцюги, які пов'язані глікозиляцією з цими білками, як правило, дуже різноманітні, але вони короткі, оскільки не перевищують 15 залишків цукру. Деякі білки мають один олігосахаридний ланцюг, але інші можуть мати більше одного, і вони можуть бути розгалуженими.

Об'єднання олігосахаридів і білків відбувається через аномерний вуглець вуглеводу та гідроксильну групу (-OH) залишку серину або треоніну, у разі O-глікозилювання, або через амідний азот залишку аспарагіну, у разі N-глікозилювання.

Зв'язані таким чином вуглеводи можуть становити до 70% молекулярної маси глікопротеїну, а характеристики вуглеводної частини (наприклад, розмір і заряд) можуть захищати деякі білки від ферментативного протеолізу.

Один і той же білок може мати у різних тканинах різні структури глікозилювання, які роблять його різним глікопротеїном, оскільки повна структура включає не тільки амінокислотні залишки та їх просторовий устрій, а й приєднані до них олігосахариди.

Серед залишків цукру, які неодноразово містяться в глікопротеїнах, є: D-галактоза, D-манноза, D-глюкоза, L-фукоза, D-ксилоза, L-арабінофураноза, N-ацетил-D-глюкозамін, N-ацетил -D-галактозамін, деякі сиалові кислоти та модифікації всього цього.

Особливості

Структурний

Зі структурної точки зору глікопротеїни забезпечують вуглеводні ланцюги, які беруть участь у захисті та змащуванні клітин, оскільки вони здатні гідратавати та утворювати в’язку речовину, яка чинить опір механічним та хімічним агресіям.

Деякі глікопротеїни містяться також у бактеріях та археях, і це важливі компоненти S шару, який є самим зовнішнім шаром оболонки клітини.

Крім того, вони також є складовими білків флагелліну, що входять до складу джгутикових ниток, що використовуються як опорно-рухові органи.

Рослини також мають структурні глікопротеїни, для яких характерні складні структури глікозилювання та які можна знайти як частину структури клітинної стінки або у позаклітинному матриксі.

Розпізнавання клітин

Глікопротеїни виконують важливі функції як міжклітинних ділянок розпізнавання, оскільки багато рецепторів на клітинній поверхні здатні розпізнавати специфічні олігосахаридні послідовності.

Прикладом міжклітинних розпізнавань, які відбуваються за допомогою ланцюгів олігосахаридів на клітинній поверхні, є випадок розпізнавання між овулою та спермою, необхідним для явища запліднення, що відбувається у багатоклітинних організмах при статевому розмноженні.

Групи крові у людини визначаються ідентичністю цукрів, приєднаних до глікопротеїнів, які їх конкретизують. Антитіла та багато гормонів також є глікопротеїнами, і їх функції мають важливе значення для сигналізації та захисту організму.

Клітинна адгезія

Т-клітини імунної системи ссавців мають глікопротеїн з доменами адгезії, відомий як CD2, який є ключовим компонентом імунної стимуляції, оскільки він опосередковує зв'язування між лімфоцитами та антиген-презентуючими клітинами через його рецептор, CD58 глікопротеїн.

Деякі віруси, які мають важливі патогенні функції для багатьох ссавців, включаючи людину, мають поверхневі глікопротеїни, які функціонують у процесах адгезії вірусної частинки до клітин, які паразитують.

Таким є білок GP120 вірусу імунодефіциту людини або ВІЛ, який взаємодіє з поверхневим білком людських клітин, відомим як GP41, і який співпрацює з потраплянням вірусу в клітину.

Таким же чином багато глікозильованих білків беруть участь у важливих процесах адгезії клітин, що відбуваються у звичайному житті клітин, присутніх у багатьох тканинах багатоклітинних організмів.

Глікопротеїни як терапевтичні мішені

Ці білково-вуглеводні комплекси є кращими мішенями для багатьох збудників хвороб, таких як паразити та віруси, а багато глікопротеїни з аберрантною схемою глікозилювання мають вирішальну роль при аутоімунних захворюваннях та ракових захворюваннях.

З цих причин різні дослідники взяли на себе завдання запропонувати ці білки як можливі терапевтичні мішені та розробити методи діагностики, терапії нового покоління і навіть розробити вакцини.

Уроки

Класифікація глікопротеїнів ґрунтується насамперед на природі глікозидної зв'язку, що зв'язує білкові та вуглеводні групи, та на характеристиках приєднаних гліканів.

Відповідно до залишків цукру можуть бути глікопротеїни з моносахаридами, дисахаридами, олігосахаридами, полісахаридами та їх похідними. Деякі автори вважають класифікацію глікопротеїнів за:

- протеоглікани, які є підкласом у групі глікопротеїнів, що містять у вуглеводної частини полісахариди, що складаються переважно з аміно-цукрів (глікозаміноглікани).

- глікопептиди - молекули, що складаються з вуглеводів, пов'язаних з олігопептидами, утвореними амінокислотами в їх L та / або D-конформаціях.

- амінокислоти гліко, які є амінокислотами, пов'язаними із сахаридом через будь-який тип ковалентного зв’язку.

- глікозильні амінокислоти, які є амінокислотами, пов'язаними із сахаридною частиною через О-, N- або S-глікозидні зв’язки.

У номенклатурі цих білків, пов'язаних таким чином з вуглеводами, префікси O-, N- і S- використовуються для визначення, через які зв’язки цукри приєднані до поліпептидного ланцюга.

Приклади

- Глікофорин А - один з найкраще вивчених глікопротеїнів: він є інтегральним білком мембрани еритроцитів (клітин або еритроцитів) і має 15 олігосахаридних ланцюгів, ковалентно пов'язаних із залишками амінокислот у N-кінцевій області а через O-глікозидні зв’язки та ланцюг, пов'язаний N-глікозидною зв'язком.

- Більшість білків у крові - це глікопротеїни, і до цієї групи належать імуноглобуліни та багато гормонів.

- Лактальбумін, білок, присутній у молоці, є глікозильованим, а також багато панкреатичних та лізосомальних білків.

- Лектини - це білки, що зв'язують вуглеводи, і тому мають багато функцій розпізнавання.

- необхідно також виділити багато тваринних гормонів, які є глікопротеїнами; Серед них можна згадати лютропін (ЛГ), фолітропін (ФСГ) та тиротропін (ТТГ), які синтезуються в передній гіпофізі, та хоріонічний гонадотропін, який виробляється в плаценті людини, приматів та коней.

Ці гормони мають репродуктивні функції, оскільки ЛГ стимулює стероїдогенез в яєчниках та клітинах Лейдіга.

- Колаген, рясний білок, присутній насамперед у сполучних тканинах тварин, являє собою величезне сімейство глікопротеїнів, що складається з понад 15 типів білків, які, хоч і мають багато спільних характеристик, зовсім інші.

Ці білки містять "не колагенні" порції, частина яких складається з вуглеводів.

- Екстензини - це рослинні білки, які складаються з мережі нерозчинних глікопротеїнів, багатих гідроксипроліном та залишками серину. Вони знаходяться в стінці рослинних клітин і вважаються, що вони виступають як захист від різних видів стресу та збудників хвороб.

- Рослини також мають лектиноподібні білки, і особливим прикладом цього є лектини картоплі, які, мабуть, мають здатність аглютинації клітин крові, таких як еритроцити.

- Останнє, але не менш важливе, можна назвати муцини, які є глікопротеїнами, що секретуються на слизовій оболонці і входять до складу слини тварин, головним чином виконуючи функції змащування та сигналізації.

Список літератури

1. Montreuil, J., Vliegenthart, J., & Schachter, H. (1995). Глікопротеїни. (A. Neuberger & L. Deenen, ред.). Ельзев'є.
2. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Принципи біохімії Ленінгера. Видання «Омега» (5-е видання). https://doi.org/10.1007/s13398-014-0173-7.2
3. Struwe, W., і Cosgrave, E. (2011). Функціональна та структурна протеоміка глікопротеїнів. (R. Owens & J. Nettleship, ред.). Лондон: Спрингер.
4. Voet, D., & Voet, J. (2006). Біохімія (3-е видання). Редакція Médica Panamericana.
5. Віттман, В. (2007). Глікопептиди та глікопротеїни. Синтез, структура та застосування. (В. Бальзані, Ж.-М. Лен, А. де Мейєре, С. Лей, К. Хоук, С. Шрайбер, Дж. Тіем, ред.). Лейпциг: Springer Science + Business Media, LLC.