ГЛІКОЗИЛЮВАННЯ БІЛКА: ТИПИ, ПРОЦЕС ТА ФУНКЦІЇ - БІОЛОГІЯ - 2025

Глікозилювання білків є посттрансляционной модифікацією є додаванням олігосахаридних ланцюгів лінійних або розгалуженого білка. Отримані глікопротеїни, як правило, є поверхневими білками та білками секреторного шляху.

Глікозилювання є однією з найпоширеніших модифікацій пептидів серед еукаріотичних організмів, але також було показано, що він зустрічається у деяких видів археїв та бактерій.

Приклад ланцюгів олігосахаридів, які можуть зв'язуватися з білками шляхом глікозилювання (Dna 621, від Wikimedia Commons)

У еукаріотів цей механізм виникає між ендоплазматичним ретикулумом (ЕР) та комплексом Гольджі, при втручанні різних ферментів, що беруть участь як у регуляторних процесах, так і в утворенні ковалентних зв'язків білка + олігосахариду.

Види гліколізу

Залежно від місця зв’язування олігосахариду з білком, глікозилювання можна класифікувати на 4 типи:

N-

Він є найпоширенішим з усіх і виникає, коли олігосахариди зв'язуються з азотом амідної групи залишків аспарагіну в мотиві Asn-X-Ser / Thr, де X може бути будь-якою амінокислотою, окрім проліну.

АБО

Коли вуглеводи зв'язуються з гідроксильною групою серину, треоніну, гідроксилізину або тирозину. Це менш поширена модифікація, і прикладами є такі білки, як колаген, глікофорин та муцини.

C-

Він складається з додавання маннозного залишку, який зв’язується з білком СС-зв’язком із С2 групи індолу в залишках триптофану.

Glipiation (від англ. “

Полісахарид виступає мостом для приєднання білка до якоря глікозилфосфатиділінозитолу (GPI) на мембрані.

Процес

У еукаріотів

N-глікозилювання - це те, що було вивчено найбільш докладно. У клітинах ссавців процес починається в грубій ЕР, де попередньо сформований полісахарид зв’язується з білками, коли вони виходять з рибосом.

Зазначений полісахарид-попередник складається з 14 залишків цукру, а саме: 3 залишків глюкози (Glc), 9 маннози (Man) та 2 N-ацетил-глюкозаміну (GlcNAc).

Цей попередник поширений у рослин, тварин та одноклітинних еукаріотичних організмів. Він зв’язується з мембраною завдяки зв’язку з молекулою доліхолу, ізопреноїдним ліпіду, вбудованим у мембрану ER.

Після його синтезу олігосахарид переноситься комплексом ферменту олігосакарилтрансферази до аспарагінового залишку, включеного в трипептидну послідовність Asn-X-Ser / Thr білка під час його перекладу.

Три залишки Glc в кінці олігосахариду служать сигналом для правильного синтезу олігосахаридів і розщеплюються разом з одним із залишків людини перед тим, як білок буде переданий в апарат Гольджі для подальшої обробки.

Потрапивши в апарат Гольджі, олігосахаридні частини, приєднані до глікопротеїнів, можуть бути модифіковані додаванням галактози, сиалової кислоти, фукози та багатьох інших залишків, даючи ланцюги набагато більшої різноманітності та складності.

Переробка оліосахаридів (Dna 621, від Wikimedia Commons)

Ферментативна техніка, необхідна для здійснення процесів глікозилювання, включає численні глікозилтрансферази для додавання цукрів, глікозидази для їх видалення та різні нуклеотидні транспортери цукру для внеску залишків, що використовуються як субстрати.

У прокаріотів

Бактерії не мають внутрішньоклітинних мембранних систем, тому початкове утворення олігосахаридів (всього 7 залишків) відбувається на цитозольній стороні плазматичної мембрани.

Згаданий попередник синтезується на ліпіді, який потім переміщується залежною від АТФ фліпази в периплазматичний простір, де відбувається глікозилювання.

Ще одна важлива відмінність еукаріотичного від прокаріотичного глікозилювання полягає в тому, що фермент олігосахаридна трансфераза (олігосакарілтрансфераза) від бактерій може переносити залишки цукру до вільних порцій вже складених білків, а не так, як вони перекладаються рибосомами.

Крім того, пептидний мотив, розпізнаваний цим ферментом, не є такою ж еукаріотичною трипептидної послідовністю.

Особливості

N-олігосахариди, приєднані до глікопротеїнів, виконують різні цілі. Наприклад, деяким білкам потрібна ця посттрансляційна модифікація для досягнення належного складання їх структури.

Для інших він забезпечує стабільність, або шляхом уникнення протеолітичної деградації, або через те, що ця порція необхідна їм для виконання своєї біологічної функції.

Оскільки олігосахариди мають сильний гідрофільний характер, їх ковалентне додавання до білка обов'язково змінює його полярність та розчинність, що може мати значення з функціональної точки зору.

Після приєднання до мембранних білків олігосахариди є цінними носіями інформації. Вони беруть участь у процесах клітинної сигналізації, зв'язку, розпізнавання, міграції та адгезії.

Вони відіграють важливу роль у згортанні крові, загоєнні та імунній відповіді, а також у переробці контролю якості білка, який є гліканзалежним та незамінним для клітини.

Важливість

Щонайменше 18 генетичних захворювань були пов’язані з глікозиляцією білків у людини, деякі з яких пов'язані з поганим фізичним та психічним розвитком, а інші можуть мати смертельний характер.

Зростає кількість відкриттів, пов’язаних із захворюваннями глікозиляції, особливо у педіатричних пацієнтів. Багато з цих порушень є вродженими і пов'язані з дефектами, пов'язаними з початковими стадіями утворення олігосахаридів або з регуляцією ферментів, які беруть участь у цих процесах.

Оскільки значна частина глікозильованих білків складається з глікокаліксу, існує все більший інтерес до перевірки того, що мутації чи зміни в процесах глікозилювання можуть бути пов'язані зі зміною мікросередовища пухлинних клітин і тим самим сприяти прогресуванню пухлини та розвиток метастазів у онкологічних хворих.

Список літератури

1. Ебі, М. (2013). N-зв'язане білкове глікозилювання в ER. Biochimica et Biophysica Acta, 1833 (11), 2430–2437.
2. Dennis, JW, Granovsky, M., & Warren, CE (1999). Білкове глікозилювання в розвитку та захворюванні. BioEssays, 21 (5), 412-421.
3. Лодіш, Х., Берк, А., Кайзер, Каліфорнія, Крігер, М., Бретчер, А., Плое, Х., … Мартін, К. (2003). Молекулярна клітинна біологія (5-е видання). Фрімен, WH & Company.
4. Люккей, М. (2008). Мембранна структурна біологія: з біохімічними та біофізичними основами. Cambridge University Press. Отримано з www.cambrudge.org/9780521856553
5. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Принципи біохімії Ленінгера. Видання «Омега» (5-е видання).
6. Nothaft, H., & Szymanski, CM (2010). Білкове глікозилювання в бактеріях: солодше, ніж будь-коли. Мікробіологія природи, 8 (11), 765–778.
7. Ohtsubo, K., & Marth, JD (2006). Глікозиляція в клітинних механізмах здоров'я та хвороб. Клітка, 126 (5), 855-867.
8. Спіро, Р.Г. (2002). Глікозилювання білків: природа, розподіл, ферментативна форма та наслідки захворювання глікопептидних зв'язків. Глікобіологія, 12 (4), 43R-53R.
9. Stowell, SR, Ju, T., & Cummings, RD (2015). Глікозилювання білка при раку. Щорічний огляд патології: Механізми хвороби, 10 (1), 473–510.
10. Strasser, R. (2016). Глікозилювання рослинного білка. Глікобіологія, 26 (9), 926–939.
11. Xu, C., & Ng, DTW (2015). Контроль якості згортання білка, спрямований на глікозиляцію. Огляди природи Молекулярна клітинна біологія, 16 (12), 742–752.
12. Чжан, X., & Wang, Y. (2016). Контроль якості глікозилювання структурою Гольджі. Журнал молекулярної біології, 428 (16), 3183–3193.