GLYKOPROTEINER: STRUKTUR, FUNKSJONER, KLASSER OG EKSEMPLER - BIOLOGI - 2026

De glykoproteiner eller glykoproteiner som er transmembranproteiner som er en del av den store familie av membran glykokonjugater og er tilstede i dyr, planter og mikroorganismer som bakterier, gjær , og Archaea.

De ble definert for første gang i 1908 av Protein Nomenclature Committee of the American Society of Biochemists og er resultatet av glykosidforbindelsen av et protein med en karbohydratdel som kalles glucan.

Struktur av Lectin-monomeren i en belgfrukt (Kilde: Bruker: Tomixdf via Wikimedia Commons)

De er proteiner som er spesielt rikelig på overflaten av plasmamembranen til mange celler og utgjør en viktig del av karbohydratlaget som dekker dem, som i mange tilfeller kalles glykokalksen.

Forløperproteinene til glykoproteinene er kovalent modifisert i endoplasmatisk retikulum og Golgi-komplekset til mange eukaryoter etter deres oversettelse, selv om det også er tilfeller av glykosylering i cytosolen, men de er mindre vanlige og forekommer med bare en type sukker .

Proteinglykosylering har ofte viktige funksjonelle effekter på aktiviteten, siden den kan delta i folding og derfor i etableringen av den tertiære strukturen.

Glykaner har flere biologisk viktige funksjoner for cellen, siden de kan gi spesifisitet til celler og delta i intracellulære og intercellulære signalprosesser, siden de er ligander for endogene og eksogene reseptorer.

Glykoproteiner, så vel som resten av glykokonjugatene, er så viktige at en celle dedikerer opptil 1% av sitt genom til glykosyleringsmaskineriet, og hos mennesker modifiseres mer enn 70% av proteiner ved glykosylering.

Struktur

Strukturen til glykoproteiner blir studert basert på deres aminosyresekvens, glykosyleringssidene i sekvensen og strukturene til glykansporsjonene som binder seg på disse stedene.

Oligosakkaridkjedene som er koblet ved glykosylering til disse proteinene er generelt veldig forskjellige, men de er korte, siden de ikke overskrider 15 sukkerrester. Noen proteiner har en enkelt oligosakkaridkjede, men andre kan ha mer enn én, og disse kan være forgrenede.

Forbindelsen mellom oligosakkarider og proteiner skjer gjennom det anomere karbonet i karbohydratet og hydroksylgruppen (-OH) av en serin- eller treoninrest, i tilfelle av O-glykosylering, eller gjennom amidnitrogenet til en asparaginrest, i tilfelle av N-glykosylering.

Karbohydratene som således er bundet, kan representere opptil 70% av molekylvekten til et glykoprotein, og egenskapene til karbohydratdelen (for eksempel størrelse og ladning) kan beskytte noen proteiner mot enzymatisk proteolyse.

Det samme proteinet kan ha, i forskjellige vev, forskjellige glykosyleringsmønstre som gjør det til et annet glykoprotein, siden den komplette strukturen ikke bare inkluderer aminosyrerestene og deres romlige arrangementer, men også oligosakkaridene som er festet til dem.

Blant sukkerrestene som gjentatte ganger finnes i glykoproteiner er: D-galaktose, D-mannose, D-glukose, L-fucose, D-xylose, L-arabinofuranose, N-acetyl-D-glukosamin, N-acetyl -D-galaktosamin, noen sialinsyrer og modifikasjoner av alle disse.

Egenskaper

Strukturell

Fra strukturelt synspunkt gir glykoproteiner karbohydratkjeder som deltar i beskyttelse og smøring av celler, siden de er i stand til å hydratisere og danne et tyktflytende stoff som motstår mekaniske og kjemiske aggresjoner.

Noen glykoproteiner finnes også i bakterier og archaea, og dette er viktige komponenter i S-laget, som er det ytterste laget av cellehyllingen.

I tillegg finnes de også som bestanddeler av flagellinproteiner, som er en del av de flagellære filamentene som brukes som lokomotoriske organer.

Planter har også strukturelle glykoproteiner som er preget av komplekse glykosyleringsmønstre og som kan finnes som en del av celleveggstrukturen eller i den ekstracellulære matrisen.

Cellgjenkjenning

Glykoproteiner har viktige funksjoner som inter-celle gjenkjennelsessteder, siden mange reseptorer på celleoverflaten er i stand til å gjenkjenne spesifikke oligosakkaridsekvenser.

Et eksempel på de intercellulære gjenkjennelser som oppstår ved hjelp av oligosakkaridkjedene på celleoverflaten er tilfellet av gjenkjennelsen mellom eggløsningen og sædcellene, nødvendig for at befruktningsfenomenet skal oppstå i flercellede organismer med seksuell reproduksjon.

Blodgrupper hos mennesker bestemmes av identiteten til sukkerene festet til glykoproteinene som spesifiserer dem. Antistoffer og mange hormoner er også glykoproteiner, og deres funksjoner er viktige for kroppens signalering og forsvar.

Celleheft

T-cellene i pattedyrets immunsystem har et glykoprotein med vedheftningsdomener kjent som CD2, som er en nøkkelkomponent for immunstimulering siden det medierer bindingen mellom lymfocytt- og antigenpresenterende celler gjennom reseptoren, CD58 glykoprotein.

Noen virus som har viktige sykdomsfremkallende funksjoner for mange pattedyr, inkludert mennesker, har overflate glykoproteiner som fungerer i vedheftingsprosessene til den virale partikkelen til cellene de parasitterer.

Slik er tilfellet med GP120-proteinet fra humant anskaffet immunsviktvirus eller HIV, som samspiller med et overflateprotein av humane celler kjent som GP41 og som samarbeider med virusets inntreden i cellen.

På samme måte deltar mange glykosylerte proteiner i viktige celleadhesjonsprosesser som foregår i den vanlige levetiden til celler som er til stede i mange vev av flercellede organismer.

Glykoproteiner som terapeutiske mål

Disse protein-karbohydratkompleksene er de foretrukne målene for mange patogener som parasitter og virus, og mange glykoproteiner med avvikende glykosyleringsmønster har kritiske roller i autoimmune sykdommer og kreft.

Av disse grunnene har forskjellige forskere påtatt seg oppgaven med å foreslå disse proteinene som mulige terapeutiske mål og for utforming av diagnostiske metoder, ny generasjons terapier, og til og med for utforming av vaksiner.

Lessons

Klassifiseringen av glykoproteiner er hovedsakelig basert på arten av den glykosidiske bindingen som forbinder protein- og karbohydratdelene og på egenskapene til de vedlagte glykanene.

I følge sukkerrestene kan man få glykoproteiner med monosakkarider, disakkarider, oligosakkarider, polysakkarider og derivater av disse. Noen forfattere vurderer en klassifisering av glykoproteiner i:

- Proteoglykaner, som er en underklasse i gruppen glykoproteiner som inneholder i karbohydratdelen polysakkarider hovedsakelig sammensatt av aminosukkere (glykosaminoglykaner).

- Glykopeptider, som er molekyler sammensatt av karbohydrater knyttet til oligopeptider dannet av aminosyrer i deres L- og / eller D-konformasjon.

- Glyco aminosyrer, som er aminosyrer knyttet til et sakkarid gjennom en hvilken som helst type kovalent binding.

- Glykosylaminosyrer, som er aminosyrer knyttet til en sakkariddel gjennom O-, N- eller S-glykosidbindinger.

I nomenklaturen til disse proteiner som dermed er koblet til karbohydrater, brukes prefiksene O-, N- og S- for å spesifisere gjennom hvilke bindinger sukkerene er festet til polypeptidkjeden.

eksempler

- Glycophorin A er en av de best studerte glykoproteinene: det er et integrert protein i membranen fra erytrocytter (celler eller røde blodlegemer) og har 15 oligosakkaridkjeder kovalent bundet til aminosyrerester i den N-terminale regionen og gjennom O-glykosidbindinger og en kjede forbundet med en N-glykosidbinding.

- De fleste av proteinene i blodet er glykoproteiner og denne gruppen inkluderer immunoglobuliner og mange hormoner.

- Laktalbumin, et protein som er til stede i melk, er glykosylert, samt mange bukspyttkjertel- og lysosomale proteiner.

- Lektiner er karbohydratbindende proteiner og har derfor flere funksjoner i anerkjennelse.

- Det er også nødvendig å fremheve mange dyrehormoner som er glykoproteiner; Blant disse kan nevnes lutropin (LH), follitropin (FSH) og tyrotropin (TSH), som er syntetisert i den fremre hypofysen, og korionisk gonadotropin som produseres i morkaken til mennesker, primater og hester.

Disse hormonene har reproduktive funksjoner da LH stimulerer steroidogenese i eggstokkene og testiklene Leydig-celler.

- Kollagen, et rikelig protein som hovedsakelig er til stede i bindevevet til dyr, representerer en enorm familie av glykoproteiner som består av mer enn 15 typer proteiner som, selv om de har mange egenskaper til felles, er ganske forskjellige.

Disse proteinene inneholder "ikke-kollageniske" porsjoner, hvorav noen består av karbohydrater.

- Ekstensiner er planteproteiner som består av et nettverk av uoppløselige glykoproteiner som er rike på hydroksyprolin og serinrester. De finnes i veggen av planteceller og antas å fungere som et forsvar mot forskjellige typer stress og patogener.

- Planter har også lektinlignende proteiner, og et spesielt eksempel på disse er potetlektiner, som tilsynelatende har evnen til å agglutinere blodceller som erytrocytter.

- Sist, men ikke minst, kan muciner navngis, som er glykoproteiner som skilles ut i slimhinnen og er en del av spytt hos dyr, hovedsakelig utfører smøre- og signalfunksjoner.

referanser

1. Montreuil, J., Vliegenthart, J., & Schachter, H. (1995). Glykoproteiner. (A. Neuberger & L. Deenen, Eds.). Elsevier.
2. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger prinsipper for biokjemi. Omega Editions (5. utg.). https://doi.org/10.1007/s13398-014-0173-7.2
3. Struwe, W., & Cosgrave, E. (2011). Funksjonell og strukturell proteomikk av glykoproteiner. (R. Owens & J. Nettleship, Eds.). London: Springer.
4. Voet, D., & Voet, J. (2006). Biokjemi (3. utg.). Redaksjonell Médica Panamericana.
5. Wittman, V. (2007). Glykopeptider og glykoproteiner. Syntese, struktur og anvendelse. (V. Balzani, J.-M. Lehn, A. de Meijere, S. Ley, K. Houk, S. Schreiber, J. Thiem, Eds.). Leipzig: Springer Science + Business Media, LLC.