Гликопротеины - это белки, которые содержат олигосахаридные цепи ( гликаны ), ковалентно связанные с боковыми цепями аминокислот . Углевод присоединяется к белку путем котрансляционной или посттрансляционной модификации . Этот процесс известен как гликозилирование . Секретируемые внеклеточные белки часто гликозилированы. Углеводы присоединяются к некоторым белкам с образованием гликопротеинов.
В белках, которые имеют сегменты, простирающиеся вне клетки, внеклеточные сегменты также часто гликозилированы. Гликопротеины также часто являются важными интегральными мембранными белками , где они играют роль в межклеточных взаимодействиях. Важно отличать гликозилирование секреторной системы на основе эндоплазматического ретикулума от обратимого цитозольно-ядерного гликозилирования. Гликопротеины цитозоля и ядра могут быть модифицированы посредством обратимого добавления одного остатка GlcNAc, который считается реципрокным фосфорилированию, и их функции, вероятно, будут дополнительным регуляторным механизмом, который контролирует передачу сигналов на основе фосфорилирования. [2]Напротив, классическое секреторное гликозилирование может быть структурно важным. Например, ингибирование аспарагин-связанного, то есть N-связанного, гликозилирования может препятствовать правильной укладке гликопротеина, а полное ингибирование может быть токсичным для отдельной клетки. Напротив, нарушение процессинга гликана (ферментативное удаление / добавление углеводных остатков к гликану), которое происходит как в эндоплазматическом ретикулуме, так и в аппарате Гольджи., незаменим для изолированных клеток (о чем свидетельствует выживаемость с ингибиторами гликозидов), но может привести к заболеваниям человека (врожденным нарушениям гликозилирования) и может быть летальным в моделях на животных. Следовательно, вероятно, что тонкий процессинг гликанов важен для эндогенной функциональности, такой как перенос клеток, но это, вероятно, было вторичным по отношению к его роли во взаимодействиях хозяин-патоген. Знаменитым примером этого последнего эффекта является система групп крови ABO . [ необходима цитата ]
Также известно, что гликозилирование происходит на нуклеоцитоплазматических белках в форме O -GlcNAc . [3]
Типы гликозилирования [ править ]
Существует несколько типов гликозилирования, хотя первые два являются наиболее распространенными.
- При N-гликозилировании сахара присоединяются к азоту, обычно на амидной боковой цепи аспарагина .
- При О-гликозилировании сахара присоединяются к кислороду, обычно к серину или треонину , но также к тирозину или неканоническим аминокислотам, таким как гидроксилизин и гидроксипролин .
- При P-гликозилировании сахара присоединяются к фосфору на фосфосерине .
- При C-гликозилировании сахара присоединяются непосредственно к углероду, например, при добавлении маннозы к триптофану .
- При S-гликозилировании бета- GlcNAc присоединяется к атому серы остатка цистеина . [4]
- В glypiation , A ГПИ гликолипид присоединен к С-концу в виде полипептида , выступающей в качестве мембранного якоря.
- При гликировании , также известном как неферментативное гликозилирование, сахара ковалентно связываются с молекулой белка или липида без контролирующего действия фермента, но посредством реакции Майяра .
Моносахариды [ править ]
Моносахариды, обычно обнаруживаемые в гликопротеинах эукариот, включают: [5] : 526
| Сахар | Тип | Сокращение |
|---|---|---|
| β-D-глюкоза | Гексоза | Glc |
| β-D-галактоза | Гексоза | Гал |
| β-D-манноза | Гексоза | мужчина |
| α-L-фукоза | Дезоксигексоза | Fuc |
| N-ацетилгалактозамин | Аминогексоза | GalNAc |
| N-ацетилглюкозамин | Аминогексоза | GlcNAc |
| N-ацетилнейраминовая кислота | Аминононулозоновая кислота ( сиаловая кислота ) | NeuNAc |
| Ксилоза | Пентоза | Ксил |
Группа (группы) сахара может способствовать сворачиванию белка , улучшать стабильность белков и участвовать в передаче сигналов в клетке.
Примеры [ править ]
Одним из примеров гликопротеинов, обнаруженных в организме, являются муцины , которые секретируются в слизи дыхательных и пищеварительных трактов. Сахара, присоединенные к муцинам, придают им значительную водоудерживающую способность, а также делают их устойчивыми к протеолизу пищеварительными ферментами.
Гликопротеины важны для распознавания лейкоцитов . [ необходима цитата ] Примеры гликопротеинов в иммунной системе :
- молекулы, такие как антитела (иммуноглобулины), которые напрямую взаимодействуют с антигенами .
- молекулы главного комплекса гистосовместимости (или MHC), которые экспрессируются на поверхности клеток и взаимодействуют с Т-клетками в рамках адаптивного иммунного ответа.
- сиалиловый антиген Льюиса X на поверхности лейкоцитов.
H-антиген антигенов совместимости крови ABO. Другие примеры гликопротеинов включают:
- гонадотропины (лютеинизирующий гормон фолликулостимулирующий гормон)
- гликопротеин IIb / IIIa , интегрин, обнаруживаемый на тромбоцитах, который необходим для нормальной агрегации тромбоцитов и прикрепления к эндотелию .
- компоненты пеллюцида , которая окружает яйцеклетку , и имеет важное значение для спермы взаимодействия -egg.
- структурные гликопротеины, которые встречаются в соединительной ткани . Они помогают связывать воедино волокна, клетки и основное вещество соединительной ткани . Они также могут помочь компонентам ткани связываться с неорганическими веществами, такими как кальций в кости .
- Гликопротеин-41 ( gp41 ) и гликопротеин-120 ( gp120 ) представляют собой белки оболочки вируса ВИЧ.
Растворимые гликопротеины часто имеют высокую вязкость , например, в яичном белке и плазме крови .
- Миракулин , представляет собой гликопротеин , извлеченный из магического фрукта с ягодой , который изменяет рецепторы языка человека распознавать кислые продукты , как сладкие. [7]
Различные поверхностные гликопротеины позволяют паразиту трипаносомы сонной болезни избежать иммунного ответа хозяина.
Вирусный спайк вируса иммунодефицита человека сильно гликозилирован. [8] Примерно половина массы спайка приходится на гликозилирование, и гликаны действуют, ограничивая распознавание антител, поскольку гликаны собираются клеткой-хозяином и поэтому в значительной степени являются «самими». Со временем у некоторых пациентов могут развиваться антитела для распознавания гликанов ВИЧ, и почти все так называемые «широко нейтрализующие антитела» (bnAbs) распознают некоторые гликаны. Это возможно главным образом потому, что необычно высокая плотность гликанов препятствует нормальному созреванию гликанов, и поэтому они оказываются в ловушке в преждевременном, высокоманнозном состоянии. [9] [10]Это дает окно для иммунного распознавания. Кроме того, поскольку эти гликаны гораздо менее вариабельны, чем лежащий в основе белок, они стали многообещающими мишенями для разработки вакцины. [11]
Гормоны [ править ]
Гормоны , являющиеся гликопротеинами, включают:
- Фолликулостимулирующего гормона
- Лютеинизирующий гормон
- Тиреотропный гормон
- Хорионический гонадотропин человека
- Альфа-фетопротеин
- Эритропоэтин (ЭПО)
Функции [ править ]
| Функция | Гликопротеины |
|---|---|
| Структурная молекула | Коллагены |
| Смазка и защитное средство | Муцины |
| Транспортная молекула | Трансферрин , церулоплазмин |
| Иммунологическая молекула | Иммуноглобулины , [12] антигены гистосовместимости |
| Гормон | Человеческий хорионический гонадотропин (ХГЧ), тиреотропный гормон (ТТГ) |
| Фермент | Различные, например, щелочная фосфатаза , пататин |
| Сайт распознавания прикрепления клеток | Различные белки , участвующие в межклеточной (например, сперма - ооцита ), вирус-клетка, бактерии-клетки, и гормонально-клеточных взаимодействий |
| Антифриз протеин | Некоторые белки плазмы холодноводных рыб |
| Взаимодействовать с определенными углеводами | Лектины , селектины (лектины клеточной адгезии), антитела |
| Рецептор | Различные белки, участвующие в действии гормонов и лекарств |
| Влияет на сворачивание определенных белков | Калнексин , кальретикулин |
| Регулирование развития | Notch и его аналоги, ключевые белки в разработке |
| Гемостаз (и тромбоз ) | Специфические гликопротеины на поверхностных мембранах тромбоцитов |
Анализ [ править ]
Разнообразные методы, используемые для обнаружения, очистки и структурного анализа гликопротеинов: [5] : 525 [12] [13]
| Метод | Использовать |
|---|---|
| Окрашивание периодической кислотой по Шиффу | Обнаруживает гликопротеины в виде розовых полос после электрофоретического разделения. |
| Инкубация культивируемых клеток с гликопротеинами в качестве полос радиоактивного распада | Приводит к обнаружению радиоактивного сахара после электрофоретического разделения. |
| Лечение соответствующей эндо- или экзогликозидазой или фосфолипазами | Результирующие сдвиги в электрофоретической миграции помощью различать белки с N-гликаны, O-гликанами, или GPI связями , а также между высоким маннозом и сложными N-гликанами. |
| Агарозном - лектин колоночная хроматография , лектин аффинной хроматографии | Для очистки гликопротеинов или гликопептидов, которые связывают конкретный используемый лектин. |
| Электрофорез сродства лектина | Результирующие сдвиги в электрофоретической миграции помогают различать и охарактеризовать гликоформы , то есть варианты гликопротеина, различающиеся по углеводам. |
| Составной анализ после кислотного гидролиза | Определяет сахара, содержащиеся в гликопротеине, и их стехиометрию. |
| Масс-спектрометрии | Предоставляет информацию о молекулярной массе , составе, последовательности и иногда разветвлении гликановой цепи. Его также можно использовать для профилирования сайт-специфичного гликозилирования. [12] |
| ЯМР-спектроскопия | Для определения конкретных сахаров, их последовательности, связей и аномерной природы гликозидной цепи. |
| Многоугловое рассеяние света | В сочетании с эксклюзионной хроматографией, абсорбцией в УФ / видимом диапазоне и дифференциальной рефрактометрией предоставляет информацию о молекулярной массе , соотношении белок-углевод, состоянии агрегации, размере и иногда разветвлении гликановой цепи. В сочетании с анализом градиента состава анализирует само- и гетероассоциацию для определения аффинности связывания и стехиометрии с белками или углеводами в растворе без мечения. |
| Двойная поляризационная интерферометрия | Измеряет механизмы, лежащие в основе биомолекулярных взаимодействий, включая скорость реакции, сродство и связанные с ними конформационные изменения . |
| Анализ метилирования (связывания) | Чтобы определить связь между сахарами. |
| Секвенирование аминокислот или кДНК | Определение аминокислотной последовательности. |
См. Также [ править ]
- Ero1
- Хранение женской спермы
- Гликокаликс
- Гликом
- Гликопептид
- Gp120
- Gp41
- Миракулин
- Р-гликопротеин
- Протеогликан
- Рибофорин
Примечания и ссылки [ править ]
- ^ Раддок, LW; Молинари, М. (2006). «Обработка N-гликанов в контроле качества ER» . Журнал клеточной науки . 119 (21): 4373–4380. DOI : 10,1242 / jcs.03225 . PMID 17074831 .
- ↑ Funakoshi Y, Suzuki T (январь 2009 г.). «Гликобиология в цитозоле: горькая сторона сладкого мира». Биохим. Биофиз. Acta . 1790 (2): 81–94. DOI : 10.1016 / j.bbagen.2008.09.009 . PMID 18952151 .
- ^ Gw, Hart (27 октября 2014). «Три десятилетия исследований O-GlcNAcylation - основного датчика питательных веществ, регулирующего передачу сигналов, транскрипцию и клеточный метаболизм» . Границы эндокринологии . PMID 25386167 . Дата обращения 1 июня 2020 .
- ^ Степпер, Джудит; Шастри, Шилпа; Лоо, Тревор С .; Престон, Джоан С .; Новак, Петр; Мужчина, Петр; Мур, Кристофер Х .; Гавличек, Владимир; Патчетт, Марк Л. (18 января 2011 г.). «Цистеин-S-гликозилирование, новая посттрансляционная модификация, обнаруженная в гликопептидных бактериоцинах» . Письма FEBS . 585 (4): 645–650. DOI : 10.1016 / j.febslet.2011.01.023 . ISSN 0014-5793 . PMID 21251913 .
- ^ a b c Роберт К. Мюррей, Дэрил К. Граннер и Виктор У. Родвелл: «Иллюстрированная биохимия Харпера, 27-е изд.», McGraw-Hill, 2006
- ^ Классификация гликанов SIGMA
- ^ Theerasilp S, Курихар Y (август 1988). «Полная очистка и характеристика изменяющего вкус белка миракулина из чудо-фруктов» . J. Biol. Chem . 263 (23): 11536–9. PMID 3403544 .
- ^ Причард, Лаура К .; Васильевич, Снежана; Озоровский, Габриэль; Сибрайт, Джемма Э .; Купо, Альберт; Ринге, Раджеш; Ким, Хелен Дж .; Сандерс, Роджер В .; Дур, Кэти Дж. (16 июня 2015 г.). «Структурные ограничения определяют гликозилирование тримеров оболочки ВИЧ-1» . Сотовые отчеты . 11 (10): 1604–1613. DOI : 10.1016 / j.celrep.2015.05.017 . ISSN 2211-1247 . PMC 4555872 . PMID 26051934 .
- ^ Причард, Лаура К .; Спенсер, Дэниел И. Р.; Ройл, Луиза; Бономелли, Камилла; Сибрайт, Джемма Э .; Беренс, Анна-Янина; Kulp, Daniel W .; Менис, Сергей; Крумм, Стефани А. (24 июня 2015 г.). «Кластеризация гликанов стабилизирует маннозный участок ВИЧ-1 и сохраняет уязвимость для широко нейтрализующих антител» . Nature Communications . 6 : 7479. Bibcode : 2015NatCo ... 6.7479P . DOI : 10.1038 / ncomms8479 . PMC 4500839 . PMID 26105115 .
- ↑ Беренс, Анна-Янина; Васильевич, Снежана; Причард, Лаура К .; Харви, Дэвид Дж .; Андев, Раджиндер С .; Крумм, Стефани А .; Struwe, Weston B .; Купо, Альберт; Кумар, Абхинав (10 марта 2016 г.). «Состав и антигенные эффекты отдельных гликановых сайтов тримерного гликопротеина оболочки ВИЧ-1» . Сотовые отчеты . 14 (11): 2695–2706. DOI : 10.1016 / j.celrep.2016.02.058 . ISSN 2211-1247 . PMC 4805854 . PMID 26972002 .
- ^ Криспин, Макс; Дур, Кэти Дж (1 апреля 2015 г.). «Нацеливание гликанов хозяина на вирусы с оболочкой для создания вакцины на основе антител» . Текущее мнение в вирусологии . Вирусный патогенез • Профилактические и лечебные вакцины. 11 : 63–69. DOI : 10.1016 / j.coviro.2015.02.002 . PMC 4827424 . PMID 25747313 .
- ^ a b c Маверакис Э, Ким К., Шимода М., Гершвин М., Патель Ф, Уилкен Р., Райчаудхури С., Рухак Л. Р., Лебрилла CB (2015). «Гликаны в иммунной системе и измененная теория гликанов аутоиммунитета» . J Autoimmun . 57 (6): 1–13. DOI : 10.1016 / j.jaut.2014.12.002 . PMC 4340844 . PMID 25578468 .
- Перейти ↑ Dell A (2001). «Определение структуры гликопротеинов с помощью масс-спектрометрии». Наука . 291 (5512): 2351–2356. Bibcode : 2001Sci ... 291.2351D . DOI : 10.1126 / science.1058890 . ISSN 0036-8075 . PMID 11269315 .
Внешние ссылки [ править ]
- Гликаны, распознающие белки
- Структура гликопротеиновой и углеводной цепи - домашняя страница для изучения химии окружающей среды
- Биохимия 5-е 11.3. Углеводы могут присоединяться к белкам с образованием гликопротеинов
- Химия углеводов и гликобиология: веб-тур SPECIAL WEB SUPPLEMENT Science 23 марта 2001 г., том 291, выпуск 5512, страницы 2263–2502
- Гликопротеины в Национальной медицинской библиотеке США по предметным медицинским рубрикам (MeSH)
- Эмануал Маверакис; и другие. «Гликаны в иммунной системе и измененная теория гликанов аутоиммунитета» (PDF) .
- Биологическое значение гликозилирования белка
