Гликопротеин - Glycoprotein
Гликопротеины - это белки, которые содержат олигосахаридные цепи ( гликаны ), ковалентно связанные с боковыми цепями аминокислот . Углеводов присоединен к белку в котрансляционной или посттрансляционной модификации . Этот процесс известен как гликозилирование . Секретируемые внеклеточные белки часто гликозилированы.
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 можно модифицировать 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. 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 гликанов (ферментативное удаление / добавление остатков углеводов к гликану), которое происходит как в эндоплазматическом ретикулуме, так и в аппарате Гольджи , является незаменимым для изолированных клеток (о чем свидетельствует выживаемость с ингибиторами гликозидов), но может привести к человеческому развитию. заболевание (врожденные нарушения гликозилирования) и может быть летальным в моделях на животных. Следовательно, вероятно, что тонкий процессинг гликанов важен для эндогенных функций, таких 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 .
Также известно, что гликозилирование происходит на нуклеоцитоплазматических белках в форме O -GlcNAc .
Типы гликозилирования
Существует несколько типов гликозилирования, хотя первые два являются наиболее распространенными.
- При N-гликозилировании сахара присоединяются к азоту, обычно к амидной боковой цепи аспарагина .
- При O-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 .
- 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
Моносахариды, обычно обнаруживаемые в гликопротеинах эукариот, включают:
Сахар | Тип | Сокращенное название |
---|---|---|
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) сахаров может способствовать сворачиванию белков , улучшать стабильность белков и участвовать в передаче сигналов в клетке.
Примеры
Одним из примеров гликопротеинов, обнаруженных в организме, являются муцины , которые секретируются слизью 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 . 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 как часть 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, обнаруженный 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 ) являются белками 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.
Различные поверхностные гликопротеины позволяют паразиту трипаносомы сонной болезни избежать иммунного ответа хозяина.
Спайк вируса иммунодефицита человека сильно гликозилирован. Примерно половина массы спайка приходится на гликозилирование, и гликаны действуют, ограничивая распознавание антител, поскольку гликаны собираются клеткой-хозяином и, таким образом, 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 преждевременного, высокоманнозного состояния. Это дает окно для иммунного распознавания. Кроме того, поскольку эти гликаны гораздо менее изменчивы, чем лежащий в основе белок, они стали многообещающими мишенями для разработки вакцины.
Гормоны
Гормоны , являющиеся гликопротеинами, включают:
- Фолликулостимулирующего гормона
- Лютеинизирующий гормон
- Гормон, стимулирующий щитовидную железу
- Хорионический гонадотропин человека
- Альфа-фетопротеин
- Эритропоэтин (ЭПО)
Различие между гликопротеинами и протеогликанами
Цитата из рекомендаций ИЮПАК:
Гликопротеин - это соединение, содержащее углевод (или гликан), ковалентно связанный с белком. Углевод может быть в форме моносахарида, дисахарида (ов). олигосахарид (ы), полисахарид (ы) или их производные (например, сульфо- или фосфозамещенные). Могут присутствовать одна, несколько или много углеводных единиц. Протеогликаны представляют собой подкласс гликопротеинов, в которых углеводные единицы представляют собой полисахариды, содержащие аминосахара. Такие полисахариды также известны как гликозаминогликаны.
Функции
Функция | Гликопротеины |
---|---|
Структурная молекула | Коллагены |
Смазка и защитное средство | Муцины |
Транспортная молекула | Трансферрин , церулоплазмин |
Иммунологическая молекула | Иммуноглобулины , 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
Для обнаружения, очистки и структурного анализа гликопротеинов используются различные методы.
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, связывающих 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, которые содержит гликопротеин, и их стехиометрию. |
Масс-спектрометрии | Предоставляет информацию о молекулярной массе , составе, последовательности, а иногда и разветвлении гликановой цепи. Его также можно использовать для профилирования сайт-специфичного гликозилирования. |
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 градиентным анализом состава анализирует само- и гетероассоциацию для определения аффинности и стехиометрии связывания 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. |
Смотрите также
Примечания и ссылки
внешние ссылки
- Гликаны, распознающие белки
- Структура гликопротеина 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 Национальных медицинских предметных рубриках США (MeSH)
- Эмануал Маверакис; и другие. «Гликаны в иммунной системе и измененная теория аутоиммунитета гликанов» (PDF) .
- Биологическое значение гликозилирования белка