Glykoprotein - Glycoprotein
Glykoproteiny jsou proteiny, které obsahují oligosacharidové řetězce ( glykany ) kovalentně navázané na postranní řetězce aminokyselin . Sacharid je připojen k proteinu v kotranslační nebo posttranslační modifikace . Tento proces je známý jako glykosylace . Sekretované extracelulární proteiny jsou často glykosylované.
V proteinech, které mají segmenty probíhající extracelulárně, jsou extracelulární segmenty také často glykosylovány. Glykoproteiny jsou také často důležitými integrálními membránovými proteiny , kde hrají roli v interakcích buňka -buňka. Je důležité odlišit glykosylaci sekrečního systému na bázi endoplazmatického retikula od reverzibilní cytosolicko-jaderné glykosylace. Glykoproteiny cytosolu a jádra mohou být modifikovány reverzibilním přidáním jediného zbytku GlcNAc, který je považován za reciproční k fosforylaci, a jejich funkce jsou pravděpodobně dalším regulačním mechanismem, který řídí signalizaci na bázi fosforylace. Naproti tomu klasická sekreční glykosylace může být strukturálně zásadní. Například inhibice asparaginem vázané, tj. N-vázané glykosylace, může zabránit správnému skládání glykoproteinu a úplná inhibice může být toxická pro jednotlivou buňku. Naproti tomu narušení zpracování glykanů (enzymatické odstranění/přidání uhlovodíkových zbytků ke glykanu), ke kterému dochází jak v endoplazmatickém retikulu, tak v Golgiho aparátu , je pro izolované buňky postradatelné (jako důkaz přežití s inhibitory glykosidů), ale může vést k lidským onemocnění (vrozené poruchy glykosylace) a na zvířecích modelech může být smrtelné. Je proto pravděpodobné, že jemné zpracování glykanů je důležité pro endogenní funkce, jako je obchodování s buňkami, ale že to pravděpodobně bylo druhotné vzhledem k jeho roli v interakcích hostitel-patogen. Slavným příkladem tohoto posledního účinku je systém krevních skupin ABO .
Je také známo, že ke glykosylaci dochází na nukleocytoplazmatických proteinech ve formě O -GlcNAc .
Typy glykosylace
Existuje několik typů glykosylace, ačkoli první dva jsou nejběžnější.
- Při N-glykosylaci jsou cukry navázány na dusík, typicky na amidový postranní řetězec asparaginu .
- Při O-glykosylaci jsou cukry navázány na kyslík, typicky na serin nebo threonin , ale také na tyrosin nebo nekanonické aminokyseliny, jako je hydroxylysin a hydroxyprolin .
- Při P-glykosylaci jsou cukry navázány na fosfor na fosfoserinu .
- Při C-glykosylaci jsou cukry navázány přímo na uhlík, například přidáním manózy k tryptofanu .
- Při S-glykosylaci je beta- GlcNAc připojen k atomu síry cysteinového zbytku.
- V glypiation , je GPI glykolipid je připojen k C-konci jednoho polypeptidu , který slouží jako membránové ukotvení.
- Při glykaci , také známé jako neenzymatická glykosylace, jsou cukry kovalentně navázány na molekulu proteinu nebo lipidu, bez řídicího účinku enzymu, ale prostřednictvím Maillardovy reakce .
Monosacharidy
Monosacharidy běžně se vyskytující v eukaryotických glykoproteinech zahrnují:
Cukr | Typ | Zkratka |
---|---|---|
β-D-glukóza | Hexose | GLC |
β-D-galaktóza | Hexose | Gal |
β-D-manóza | Hexose | Muž |
α-L-fukóza | Deoxyhexóza | Fuc |
N-acetylgalaktosamin | Aminohexóza | GalNAc |
N-acetylglukosamin | Aminohexóza | GlcNAc |
Kyselina N-acetylneuraminová |
Kyselina aminononová kyselina ( kyselina sialová ) |
NeuNAc |
Xylóza | Pentose | Xyl |
Cukerné skupiny mohou pomáhat při skládání proteinů , zlepšovat stabilitu proteinů a podílejí se na buněčné signalizaci.
Příklady
Jedním příkladem glykoproteinů nacházejících se v těle jsou muciny , které se vylučují v hlenu dýchacího a trávicího traktu. Cukry, pokud jsou navázány na muciny, jim dodávají značnou schopnost zadržovat vodu a také jsou odolné vůči proteolýze trávicími enzymy.
Glykoproteiny jsou důležité pro rozpoznávání bílých krvinek . Příklady glykoproteinů v imunitním systému jsou:
- molekuly, jako jsou protilátky (imunoglobuliny), které interagují přímo s antigeny .
- molekuly hlavního histokompatibilního komplexu (nebo MHC), které jsou exprimovány na povrchu buněk a interagují s T buňkami jako součást adaptivní imunitní odpovědi.
- sialyl Lewis X antigen na povrchu leukocytů.
H antigen antigenu ABO kompatibilní s krví. Mezi další příklady glykoproteinů patří:
- gonadotropiny (luteinizační hormon a folikuly stimulující hormon)
- glykoprotein IIb/IIIa , integrin nacházející se na krevních destičkách, který je nezbytný pro normální agregaci krevních destiček a adherenci k endotelu .
- komponenty zona pellucida , která obklopuje oocyt , a je důležitá pro interakci spermie a vejce.
- strukturní glykoproteiny, které se vyskytují v pojivové tkáni . Pomáhají spojovat vlákna, buňky a základní hmotu pojivové tkáně . Mohou také pomoci složkám tkáně vázat se na anorganické látky, jako je vápník v kostech .
- Glykoprotein-41 ( gp41 ) a glykoprotein-120 ( gp120 ) jsou virové obalové proteiny HIV.
Rozpustné glykoproteiny často vykazují vysokou viskozitu , například ve vaječném bílku a krevní plazmě .
- Miraculin , je glykoprotein extrahovaný z synsepalum dulcificum z bobule , které mění lidské receptory jazyk rozpoznat kyselé potraviny, jako sladké.
Proměnlivé povrchové glykoproteiny umožňují spící nemoci Trypanosoma parazit uniknout imunitní odpovědi hostitele.
Virový hrot viru lidské imunodeficience je silně glykosylován. Přibližně polovina hmotnosti hrotu je glykosylace a glykany působí tak, že omezují rozpoznávání protilátek, protože glykany jsou sestaveny hostitelskou buňkou, a jsou tedy do značné míry „vlastní“. Časem se u některých pacientů mohou vyvinout protilátky k rozpoznání HIV glykanů a téměř všechny takzvané „široce neutralizující protilátky (bnAbs) rozpoznají některé glykany. To je možné hlavně proto, že neobvykle vysoká hustota glykanů brání normálnímu zrání glykanů, a jsou proto uvězněni v předčasném stavu s vysokým obsahem manózy. To poskytuje okno pro imunitní rozpoznávání. Navíc, protože tyto glykany jsou mnohem méně variabilní než základní protein, ukázaly se jako slibné cíle pro návrh vakcíny.
Hormony
Mezi hormony, které jsou glykoproteiny, patří:
- Folikuly stimulující hormon
- Luteinizační hormon
- Hormon stimulující štítnou žlázu
- Lidský choriový gonadotropin
- Alfa-fetoprotein
- Erythropoietin (EPO)
Rozdíl mezi glykoproteiny a proteoglykany
Citace z doporučení pro IUPAC:
Glykoprotein je sloučenina obsahující uhlohydrát (nebo glykan) kovalentně spojený s proteinem. Sacharidy mohou být ve formě monosacharidů, disacharidů. oligosacharidy, polysacharidy nebo jejich deriváty (např. substituované sulfoskupinou nebo fosfo). Může být přítomna jedna, několik nebo mnoho sacharidových jednotek. Proteoglykany jsou podtřídou glykoproteinů, ve kterých jsou sacharidovými jednotkami polysacharidy, které obsahují aminosacharidy. Takové polysacharidy jsou také známé jako glykosaminoglykany.
Funkce
Funkce | Glykoproteiny |
---|---|
Strukturní molekula | Kolageny |
Mazací a ochranný prostředek | Muciny |
Transportní molekula | Transferrin , ceruloplazmin |
Imunologická molekula | Imunoglobuliny , histokompatibilní antigeny |
Hormon | Lidský choriový gonadotropin (HCG), hormon stimulující štítnou žlázu (TSH) |
Enzym | Různé, např. Alkalická fosfatáza , patatin |
Místo pro rozpoznávání buněčných příloh | Různé proteiny zapojené do interakce buňka -buňka (např. Spermie - oocyt ), virus -buňka, bakterie -buňka a hormon -buňka |
Nemrznoucí protein | Některé plazmatické bílkoviny studenovodních ryb |
Interakce se specifickými sacharidy | Lektiny , selektiny (lektiny buněčné adheze), protilátky |
Receptor | Různé proteiny podílející se na působení hormonů a léčiv |
Ovlivňuje skládání určitých proteinů | Calnexin , kalretikulin |
Regulace vývoje | Notch a jeho analogy, klíčové proteiny ve vývoji |
Hemostáza (a trombóza ) | Specifické glykoproteiny na povrchových membránách krevních destiček |
Analýza
Při detekci, purifikaci a strukturální analýze glykoproteinů existuje celá řada metod
Metoda | Použití |
---|---|
Periodická kyselina-Schiffovo barvení | Po elektroforetické separaci detekuje glykoproteiny jako růžové pruhy . |
Inkubace kultivovaných buněk s glykoproteiny jako pásy radioaktivního rozpadu | Vede k detekci radioaktivního cukru po elektroforetické separaci. |
Ošetření vhodnou endo- nebo exoglykosidázou nebo fosfolipázami | Výsledné posuny v elektroforetické migraci pomáhají rozlišovat mezi proteiny s vazbami N-glykanu, O-glykanu nebo GPI a také mezi vysokými manosami a komplexními N-glykany. |
Agarose - lektinová sloupcová chromatografie , lektinová afinitní chromatografie | K čištění glykoproteinů nebo glykopeptidů, které vážou konkrétní použitý lektin. |
Lektinová afinitní elektroforéza | Výsledné posuny v elektroforetické migraci pomáhají rozlišit a charakterizovat glykoformy , tj. Varianty glykoproteinu lišící se v sacharidech. |
Kompoziční analýza po kyselé hydrolýze | Identifikuje cukry, které glykoprotein obsahuje, a jejich stechiometrii. |
Hmotnostní spektrometrie | Poskytuje informace o molekulové hmotnosti , složení, sekvenci a někdy i větvení řetězce glykanů. Může být také použit pro profilování glykosylace specifické pro dané místo. |
NMR spektroskopie | K identifikaci konkrétních cukrů, jejich sekvence, vazeb a anomerní povahy glykosidového řetězce. |
Víceúhlý rozptyl světla | Ve spojení s chromatografií s vylučováním podle velikosti, absorpcí UV/Vis a diferenciální refraktometrií poskytuje informace o molekulové hmotnosti , poměru proteinů a uhlohydrátů, stavu agregace, velikosti a někdy i větvení glykanového řetězce. Ve spojení s analýzou gradientu složení analyzuje vlastní a hetero-asociaci za účelem stanovení vazebné afinity a stechiometrie s proteiny nebo sacharidy v roztoku bez značení. |
Interferometrie s duální polarizací | Měří mechanismy, které jsou základem biomolekulárních interakcí, včetně reakčních rychlostí, afinit a souvisejících konformačních změn . |
Methylační (vazebná) analýza | K určení vazby mezi cukry. |
Sekvenování aminokyselin nebo cDNA | Stanovení sekvence aminokyselin. |
Viz také
Poznámky a reference
externí odkazy
- Glykán rozpoznávající proteiny
- Struktura řetězce glykoproteinů a sacharidů - domovská stránka pro výuku chemie životního prostředí
- Biochemie 5thE 11.3. Sacharidy mohou být připojeny k proteinům za vzniku glykoproteinů
- Sacharidová chemie a glykobiologie: Prohlídka webu SPECIÁLNÍ WEBOVÝ DOPLNĚK Věda 23. března 2001, svazek 291, číslo 5512, strany 2263–2502
- Glykoproteiny v lékařských oborových nadpisech americké národní knihovny medicíny (MeSH)
- Emanual Maverakis; a kol. „Glykany v imunitním systému a The Altered Glycan Theory of Autoimmunity“ (PDF) .
- Biologický význam glykosylace proteinu