Jump to content

Гликан

(Перенаправлено с «Гликаны» )

Термины «гликаны» и «полисахариды» определены ИЮПАК как синонимы, означающие «соединения, состоящие из большого количества моносахаридов , связанных гликозидно». [1] Однако на практике термин «гликан» также может использоваться для обозначения углеводной части гликоконъюгата , такой как гликопротеин , гликолипид или протеогликан , даже если углевод представляет собой только олигосахарид . [2] Гликаны обычно состоят исключительно из О-гликозидных связей моносахаридов. Например, целлюлоза представляет собой гликан (или, точнее, глюкан ), состоящий из β-1,4-связанной D -глюкозы, а хитин представляет собой гликан, состоящий из β-1,4-связанной N -ацетил- D. -глюкозамин. Гликаны могут представлять собой гомо- или гетерополимеры моносахаридных остатков и могут быть линейными или разветвленными.

Гликаны и белки

[ редактировать ]

Гликаны можно обнаружить прикрепленными к белкам, например, в гликопротеинах и протеогликанах. Как правило, они находятся на внешней поверхности клеток. О- и N-связанные гликаны очень распространены у эукариот , но также могут быть обнаружены, хотя и реже, у прокариот .

N- связанные гликаны

[ редактировать ]

Введение

[ редактировать ]

N-связанные гликаны присоединяются в эндоплазматическом ретикулуме к азоту (N) в боковой цепи аспарагина (Asn) в секвоне . Секвен представляет собой последовательность Asn-X-Ser или Asn-X-Thr, где X представляет собой любую аминокислоту, кроме пролина , а гликан может состоять из N -ацетилгалактозамина , галактозы , нейраминовой кислоты , N -ацетилглюкозамина , фукозы , маннозы и другие моносахариды.

У эукариот N-связанные гликаны происходят из основной 14- сахарной единицы, собранной в цитоплазме и эндоплазматическом ретикулуме . Во-первых, два остатка N -ацетилглюкозамина присоединяются к долихолмонофосфату , липиду, на внешней стороне мембраны эндоплазматического ретикулума. Затем к этой структуре добавляются пять остатков маннозы. В этот момент частично законченный коровый гликан переворачивается через мембрану эндоплазматического ретикулума и теперь располагается внутри просвета ретикулярной сети. Затем сборка продолжается в эндоплазматическом ретикулуме с добавлением еще четырех остатков маннозы. Наконец, к этой структуре добавляются три остатка глюкозы. После полной сборки гликан переносится целиком гликозилтрансферазой - олигосахарилтрансферазой в формирующуюся пептидную цепь внутри ретикулярного просвета. Таким образом, эта основная структура N-связанных гликанов состоит из 14 остатков (3 глюкозы, 9 маннозы и 2 N -ацетилглюкозамина).

Изображение: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=glico.figgrp.469.

Темные квадраты — N -ацетилглюкозамин; светлые кружочки — манноза; темные треугольники — глюкоза.

Обработка, модификация и разнообразие

[ редактировать ]

После переноса в формирующуюся пептидную цепь N-связанные гликаны, как правило, подвергаются обширным реакциям процессинга, в результате которых удаляются три остатка глюкозы, а также несколько остатков маннозы, в зависимости от рассматриваемого N-связанного гликана. Удаление остатков глюкозы зависит от правильного сворачивания белка. Эти реакции обработки происходят в аппарате Гольджи . Реакции модификации могут включать добавление фосфатной или ацетильной группы к сахарам или добавление новых сахаров, таких как нейраминовая кислота . Процессинг и модификация N-связанных гликанов в аппарате Гольджи не идет по линейному пути. В результате возможно множество различных вариантов структуры N-связанных гликанов в зависимости от активности ферментов в аппарате Гольджи.

Функции и важность

[ редактировать ]

N-связанные гликаны чрезвычайно важны для правильного сворачивания белков в эукариотических клетках. Белки -шапероны эндоплазматического ретикулума, такие как кальнексин и кальретикулин , связываются с тремя остатками глюкозы, присутствующими в ядре N-связанного гликана. Эти белки-шапероны затем помогают сворачивать белок, к которому прикреплен гликан. После правильного сворачивания три остатка глюкозы удаляются, и гликан переходит к дальнейшим реакциям обработки. Если белок не сворачивается должным образом, три остатка глюкозы повторно присоединяются, позволяя белку повторно ассоциироваться с шаперонами. Этот цикл может повторяться несколько раз, пока белок не достигнет правильной конформации. Если белку неоднократно не удается правильно свернуть, он выводится из эндоплазматической сети и разрушается цитоплазматическими протеазами.

N-связанные гликаны также способствуют сворачиванию белков за счет стерических эффектов. Например, остатки цистеина в пептиде могут быть временно заблокированы от образования дисульфидных связей с другими остатками цистеина из-за размера близлежащего гликана. Следовательно, наличие N-связанного гликана позволяет клетке контролировать, какие остатки цистеина будут образовывать дисульфидные связи.

N-связанные гликаны также играют важную роль во межклеточных взаимодействиях. Например, опухолевые клетки вырабатывают аномальные N-связанные гликаны. Они распознаются рецептором CD337 на клетках естественных киллеров как признак того, что рассматриваемая клетка является раковой.

В иммунной системе N-связанные гликаны на поверхности иммунных клеток помогают определять характер миграции клетки, например, иммунные клетки, которые мигрируют в кожу, имеют специфические гликозилирования, способствующие возвращению в этот участок. [3] Паттерны гликозилирования различных иммуноглобулинов, включая IgE, IgM, IgD, IgE, IgA и IgG, наделяют их уникальными эффекторными функциями за счет изменения их сродства к Fc и другим иммунным рецепторам. [3] Гликаны также могут участвовать в различении «своих» и «чужих», что может иметь отношение к патофизиологии различных аутоиммунных заболеваний; [3] в том числе ревматоидный артрит [4] и диабет 1 типа. [5]

Нацеливание на деградирующие лизосомальные ферменты также осуществляется с помощью N-связанных гликанов. Модификация N-связанного гликана остатком маннозо-6-фосфата служит сигналом о том, что белок, к которому присоединен этот гликан, должен быть перемещен в лизосому. Это распознавание и транспортировка лизосомальных ферментов в присутствии маннозо-6-фосфата осуществляется двумя белками: CI-MPR (катион-независимый рецептор маннозо-6-фосфата ) и CD-MPR (катионозависимый рецептор маннозо-6-фосфата). ).

О- связанные гликаны

[ редактировать ]

Введение

[ редактировать ]

У эукариот О -связанные гликаны собираются по одному сахару на остатке серина или треонина пептидной цепи в аппарате Гольджи. В отличие от N -связанных гликанов, пока не существует известной консенсусной последовательности . Однако размещение остатка пролина в положении -1 или +3 относительно серина или треонина благоприятно для О-связанного гликозилирования.

Первым моносахаридом, присоединяемым при синтезе О -связанных гликанов, является N-ацетилгалактозамин. После этого возможны несколько различных путей. Структура Core 1 создается за счет добавления галактозы. Структура Core 2 создается путем добавления N-ацетилглюкозамина к N-ацетилгалактозамину структуры Core 1. Структуры ядра 3 образуются путем добавления одного N-ацетилглюкозамина к исходному N-ацетилгалактозамину. Структуры Core 4 образуются путем добавления второго N-ацетилглюкозамина к структуре Core 3. Возможны и другие основные структуры, хотя и менее распространенные.

Изображения:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=глико.figgrp.561 : поколение Core 1 и Core 2. Белый квадрат = N-ацетилгалактозамин; черный кружок = галактоза; Черный квадрат = N-ацетилглюкозамин. Примечание. На этой схеме допущена ошибка. Нижний квадрат на каждом изображении всегда должен быть белым, а не черным.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=глико.figgrp.562 : поколения Core 3 и Core 4.

Общей структурной темой О-связанных гликанов является добавление полилактозаминовых единиц к различным основным структурам. Они образуются в результате повторяющегося добавления единиц галактозы и N-ацетилглюкозамина. Цепи полилактозамина на О-связанных гликанах часто замыкаются за счет добавления остатка сиаловой кислоты (аналогично нейраминовой кислоте). Если фукозы к предпоследнему остатку также добавляется остаток сиалила-Льюиса X , образуется структура (SLex).

Функции и важность

[ редактировать ]

Сиалил Льюиса x важен для определения антигена крови ABO .

SLex также важен для правильного иммунного ответа. Высвобождение P- селектина из телец Вейбеля-Паладе на эндотелиальных клетках кровеносных сосудов может быть индуцировано рядом факторов. Одним из таких факторов является реакция эндотелиальной клетки на определенные бактериальные молекулы, такие как пептидогликан . P-селектин связывается со структурой SLex, которая присутствует на нейтрофилах в кровотоке , и помогает опосредовать экстравазацию этих клеток в окружающие ткани во время инфекции.

О -связанные гликаны, в частности муцин Было обнаружено, что , играют важную роль в развитии нормальной микрофлоры кишечника. Определенные штаммы кишечных бактерий специфически связываются с муцином, что позволяет им колонизировать кишечник.

Примерами O -связанных гликопротеинов являются:

Гликозаминогликаны

[ редактировать ]

Другим типом клеточных гликанов являются гликозаминогликаны (ГАГ). Они включают 2-аминосахара, поочередно связанные с уроновыми кислотами , и включают такие полимеры, как гепарин , гепарансульфат , хондроитин , кератан и дерматан . Некоторые гликозаминогликаны, такие как гепарансульфат, прикреплены к поверхности клетки, где они связываются через тетрасахаридный линкер через ксилозильный остаток с белком (образуя гликопротеин или протеогликан ).

Гликосаука

[ редактировать ]

В докладе Национального исследовательского совета США за 2012 год содержится призыв к новому акценту на гликонауке, области, которая исследует структуры и функции гликанов и обещает большие достижения в таких разнообразных областях, как медицина, производство энергии и материаловедение. [6] До сих пор гликанам уделялось мало внимания со стороны исследовательского сообщества из-за отсутствия инструментов для исследования их зачастую сложных структур и свойств. [7] В докладе представлена ​​дорожная карта по преобразованию гликонауки из области, в которой доминируют специалисты, в широко изучаемую и интегрированную дисциплину.

Гликаны и липиды

[ редактировать ]

См. гликолипиды.

См. гликофосфатидилинозитол.

Инструменты, используемые для исследования гликанов

[ редактировать ]

Ниже приведены примеры обычно используемых методов анализа гликанов: [8] [9]

Масс-спектрометрия высокого разрешения (МС) и высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ)

[ редактировать ]

Наиболее часто применяемыми методами являются МС и ВЭЖХ , в которых гликановая часть ферментативно или химически отщепляется от мишени и подвергается анализу. [10] В случае гликолипидов их можно анализировать напрямую, без разделения липидного компонента.

N- гликаны гликопротеинов регулярно анализируются с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (обратно-фазовая, нормальная фаза и ионообменная ВЭЖХ) после мечения восстанавливающего конца сахаров флуоресцентным соединением (восстановительное мечение). [11] В последние годы было введено большое количество различных меток, в том числе 2-аминобензамид (AB), антраниловая кислота (AA), 2-аминопиридин (PA), 2-аминоакридон (AMAC) и 3-(ацетиламино)-6-аминоакридин. (AA-Ac) — лишь некоторые из них. [12] Для разных режимов ESI и используемых систем MS необходимо использовать разные метки. [13]

О- гликаны обычно анализируются без каких-либо меток, поскольку условия химического высвобождения не позволяют их маркировать.

Фракционированные гликаны из приборов высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) можно дополнительно проанализировать с помощью MALDI -TOF-MS(MS) для получения дополнительной информации о структуре и чистоте. Иногда пулы гликанов анализируют непосредственно с помощью масс-спектрометрии без предварительного фракционирования, хотя различение изобарных гликановых структур является более сложным или даже не всегда возможным. В любом случае, прямой анализ MALDI -TOF-MS может привести к быстрой и простой иллюстрации пула гликанов. [14]

В последние годы очень популярной стала онлайн-высокоэффективная жидкостная хроматография в сочетании с масс-спектрометрией. Выбрав пористый графитовый углерод в качестве неподвижной фазы для жидкостной хроматографии, можно анализировать даже непроизводные гликаны. Обнаружение здесь осуществляется с помощью масс-спектрометрии, но вместо MALDI ионизация электрораспылением ( ESI ). -MS чаще используется [15] [16] [17]

Мониторинг множественных реакций (MRM)

[ редактировать ]

Хотя MRM широко используется в метаболомике и протеомике, ее высокая чувствительность и линейный отклик в широком динамическом диапазоне делают ее особенно подходящей для исследований и открытий гликановых биомаркеров. MRM выполняется на приборе тройного квадруполя (QqQ), который настроен на обнаружение заранее определенного иона-предшественника в первом квадруполе, фрагментированного при столкновении квадруполе и заранее определенного фрагментного иона в третьем квадруполе. Это метод без сканирования, в котором каждый переход обнаруживается индивидуально, а обнаружение нескольких переходов происходит одновременно в рабочих циклах. Этот метод используется для характеристики иммунного гликома. [3] [18]

Таблица 1 : Преимущества и недостатки масс-спектрометрии при анализе гликанов

Преимущества Недостатки
  • Применимо для небольших объемов пробы (нижний диапазон фмоль)
  • Полезно для сложных смесей гликанов (генерация дальнейшего измерения анализа).
  • Стороны прикрепления можно анализировать с помощью тандемных экспериментов MS (анализ гликанов, специфичных для сторон).
  • Секвенирование гликанов с помощью тандемных экспериментов МС.
  • Деструктивный метод.
  • Необходимость правильного планирования эксперимента.

Массивы лектинов и антител обеспечивают высокопроизводительный скрининг многих образцов, содержащих гликаны. В этом методе используются либо природные лектины , либо искусственные моноклональные антитела , причем оба они иммобилизуются на определенном чипе и инкубируются с образцом флуоресцентного гликопротеина.

Гликановые массивы, подобные предложенным Консорциумом функциональной гликомики и Z Biotech LLC , содержат углеводные соединения, которые можно проверять с помощью лектинов или антител для определения специфичности углеводов и идентификации лигандов.

Метаболическое и ковалентное мечение гликанов

[ редактировать ]

Метаболическое мечение гликанов можно использовать как способ обнаружения гликановых структур. Хорошо известная стратегия предполагает использование меченных азидом сахаров, которые можно вводить в реакцию с помощью лигирования Штаудингера . Этот метод использовался для визуализации гликанов in vitro и in vivo.

Инструменты для гликопротеинов

[ редактировать ]

Рентгеновская кристаллография и спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) для полного структурного анализа сложных гликанов - трудная и сложная область. Однако структура сайта связывания многочисленных лектинов , ферментов и других углеводсвязывающих белков выявила широкое разнообразие структурных основ функции гликомов. Чистота тестируемых образцов была получена с помощью хроматографии ( аффинная хроматография и т. д.) и аналитического электрофореза ( ПААГ (электрофорез полиакриламида) , капиллярный электрофорез , аффинный электрофорез и т. д.).

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ «Гликаны» . Золотая книга ИЮПАК – Гликаны . 2009. doi : 10.1351/goldbook.G02645 . ISBN  978-0-9678550-9-7 .
  2. ^ Двек, Раймонд А. (1996). «Гликобиология: к пониманию функции сахаров». хим. Преподобный . 96 (2): 683–720. дои : 10.1021/cr940283b . ПМИД   11848770 .
  3. ^ Jump up to: а б с д Маверакис Э., Ким К., Шимода М., Гершвин М., Патель Ф., Уилкен Р., Райчаудхури С., Рухаак Л.Р., Лебрилла CB (2015). «Гликаны в иммунной системе и теория аутоиммунитета с измененными гликанами» . Дж. Аутоиммун . 57 (6): 1–13. дои : 10.1016/j.jaut.2014.12.002 . ПМЦ   4340844 . ПМИД   25578468 .
  4. ^ Накагава, С; Хато, М; Такегава, Ю; Дегучи, К; Ито, Х; Такахата, М; Ивасаки, Н.; Минами, А; Нисимура, С.И. (2007). «Обнаружение измененных профилей N-гликанов в цельной сыворотке пациентов с ревматоидным артритом». Дж. Хроматогр. Б. 853 (1–2): 133–137. дои : 10.1016/j.jchromb.2007.03.003 . hdl : 2115/28276 . ПМИД   17392038 .
  5. ^ Бермингем, ML; Коломбо, М; МакГурнаган, SJ; Блэкборн, Лос-Анджелес; Вучкович, Ф; Пучич Бакович, М; Трбоевич-Акмачич, И; Лаук, Г; Агаков Ф; Агакова А.С.; Хейворд, К; Кларич, Л; Палмер, CNA; Петри, младший; Чалмерс, Дж; Кольер, А; Грин, Ф; Линдси, RS; Макрури, С; Макнайт, Дж.А.; Патрик, AW; Теккепат, С; Горник, О; Маккейг, премьер-министр; Колхун, HM (2018). «Профиль N-гликанов и заболевания почек при диабете 1 типа» . Уход при диабете . 41 (1): 79–87. дои : 10.2337/dc17-1042 . hdl : 20.500.11820/413dce5a-e852-4787-aac9-62c2c6d4389f . ПМИД   29146600 .
  6. ^ «Отчет Национального исследовательского совета США: Преобразование гликонауки: дорожная карта на будущее » . Архивировано из оригинала 20 октября 2014 г. Проверено 3 октября 2012 г.
  7. ^ «Краткий отчет Национального исследовательского совета США: Преобразование гликонауки: дорожная карта на будущее » . Архивировано из оригинала 23 сентября 2015 г. Проверено 3 октября 2012 г.
  8. ^ Основы гликобиологии (2-е изд.). Лабораторный пресс Колд-Спринг-Харбор. 2009. ISBN  978-087969770-9 .
  9. ^ Айзпуруа-Олайзола, О.; Тораньо, Дж. Састре; Фалькон-Перес, Дж. М.; Уильямс, К.; Райхардт, Н.; Бунс, Г.-Ж. (2018). «Масс-спектрометрия для открытия биомаркеров гликанов». TrAC Тенденции в аналитической химии . 100 : 7–14. дои : 10.1016/j.trac.2017.12.015 . hdl : 1874/364403 .
  10. ^ Вада И., Азади П., Костелло С.Э. и др. (апрель 2007 г.). «Сравнение методов определения профиля гликопротеингликанов — многоинституциональное исследование HUPO Human Disease Glycomics/Proteome Initiative» . Гликобиология . 17 (4): 411–22. дои : 10.1093/гликоб/cwl086 . ПМИД   17223647 .
  11. ^ Хасэ С., Икенака Т., Мацусима Ю. (ноябрь 1978 г.). «Анализ структуры олигосахаридов путем мечения редуцирующих концевых сахаров флуоресцентным соединением». Биохим. Биофиз. Рез. Коммун . 85 (1): 257–63. дои : 10.1016/S0006-291X(78)80037-0 . ПМИД   743278 .
  12. ^ Пабст М., Коларих Д., Пёлтль Г. и др. (январь 2009 г.). «Сравнение флуоресцентных меток олигосахаридов и внедрение нового метода очистки после мечения». Анальный. Биохим . 384 (2): 263–73. дои : 10.1016/j.ab.2008.09.041 . ПМИД   18940176 .
  13. ^ Шойч, Динко; Млинарич, Звонимир; Лаук, Гордан; Горник, Ольга; Новокмет, Мислав; Кесер, Тома (2022). «В поисках оптимальной гликановой флуоресцентной метки для отрицательного режима МС для высокопроизводительного анализа N-гликанов» . Границы в химии . 10 : 999770. дои : 10.3389/fchem.2022.999770 . ISSN   2296-2646 . ПМК   9574008 . ПМИД   36262345 .
  14. ^ Харви DJ, Бейтман Р.Х., Бордоли Р.С., Тилдесли Р. (2000). «Ионизация и фрагментация сложных гликанов с помощью квадрупольного времяпролетного масс-спектрометра, оснащенного источником ионов с матричной лазерной десорбцией/ионизацией». Быстрая коммуникация. Масс-спектр . 14 (22): 2135–42. Бибкод : 2000RCMS...14.2135H . doi : 10.1002/1097-0231(20001130)14:22<2135::AID-RCM143>3.0.CO;2-# . ПМИД   11114021 .
  15. ^ Шульц, БЛ; Пакер Нью-Хэмпшир, Нью-Хэмпшир; Карлссон, Н.Г. (декабрь 2002 г.). «Маломасштабный анализ O-связанных олигосахаридов из гликопротеинов и муцинов, разделенных гель-электрофорезом». Анальный. Хим . 74 (23): 6088–97. дои : 10.1021/ac025890a . ПМИД   12498206 .
  16. ^ Пабст М., Бондили Дж.С., Стадлманн Дж., Мах Л., Альтманн Ф. (июль 2007 г.). «Масса плюс время удерживания равно структуре: стратегия анализа N-гликанов с помощью углеродной ЖХ-ESI-MS и ее применение к N-гликанам фибрина». Анальный. Хим . 79 (13): 5051–7. дои : 10.1021/ac070363i . ПМИД   17539604 .
  17. ^ Рухаак Л.Р., Дилдер А.М., Вурер М. (май 2009 г.). «Анализ олигосахаридов методом жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии на графитированном угле» . Анальная биоанальная химия . 394 (1): 163–74. дои : 10.1007/s00216-009-2664-5 . ПМИД   19247642 .
  18. ^ Цветы, Сара А.; Али, Лиакат; Лейн, Кэтрин С.; Олин, Магнус; Карлссон, Никлас Г. (01 апреля 2013 г.). «Мониторинг выбранных реакций для дифференциации и сравнительного количественного определения изомеров сульфатированных и несульфатированных основных 1 O-гликанов белка MUC7 слюны при ревматоидном артрите» . Молекулярная и клеточная протеомика . 12 (4): 921–931. дои : 10.1074/mcp.M113.028878 . ISSN   1535-9484 . ПМЦ   3617339 . ПМИД   23457413 .
  • Варки, Аджит; Каммингс, Ричард; Эско, Джеффри; Замри, Хадсон; Харт, Джеральд; Март, Джейми, ред. (1999). Основы гликобиологии . Колд-Спринг-Харбор, штат Нью-Йорк: Лабораторное издательство Колд-Спринг-Харбор. ISBN  978-0-87969-559-0 . НБК20709.
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 00c3fbbe62205bf6dc66ba3794475eeb__1717862940
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/00/eb/00c3fbbe62205bf6dc66ba3794475eeb.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Glycan - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)