Jump to content

гликопротеин

Гликозилирование N -связанных белков ( N- гликозилирование N -гликанов) по остаткам Asn (мотивы Asn-x-Ser/Thr) в гликопротеинах. [1]

Гликопротеины — это белки , которые содержат олигосахаридные (сахарные) цепи, ковалентно прикрепленные к аминокислот боковым цепям . Углевод котрансляционной присоединяется к белку в или посттрансляционной модификации . Этот процесс известен как гликозилирование . Секретируемые внеклеточные белки часто гликозилированы.

В белках, сегменты которых простираются внеклеточно, 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 путем обратимого добавления одного остатка GlcNAc, который считается реципрокным по отношению к фосфорилированию, и их функции, вероятно, являются дополнительным регуляторным механизмом, который контролирует передачу сигналов на основе фосфорилирования. [2] Напротив, классическое секреторное гликозилирование может быть структурно существенным. Например, ингибирование аспарагин-связанного, т.е. N-связанного, гликозилирования может препятствовать правильному сворачиванию гликопротеина, а полное ингибирование может быть токсичным для отдельной клетки. Напротив, нарушение процессинга гликанов (ферментативное удаление/добавление углеводных остатков к гликану), которое происходит как в эндоплазматическом ретикулуме , так и в аппарате Гольджи , не является обязательным для изолированных клеток (о чем свидетельствует выживаемость с ингибиторами гликозидов), но может привести к заболевание (врожденные нарушения гликозилирования) и может быть смертельным на животных моделях. Поэтому вполне вероятно, что тонкий процессинг гликанов важен для эндогенных функций, таких как транспортировка клеток, но это, вероятно, вторично по отношению к его роли во взаимодействиях хозяин-патоген. Известным примером этого последнего эффекта является система групп крови АВО .

Хотя существуют разные типы гликопротеинов, наиболее распространенными являются N -связанные и О -связанные гликопротеины. [3] Эти два типа гликопротеинов отличаются структурными различиями, которые дали им названия. Гликопротеины сильно различаются по составу, образуя множество различных соединений, таких как антитела или гормоны. [4] В связи с широким спектром функций организма возрос интерес к синтезу гликопротеинов для медицинского использования. [5] В настоящее время существует несколько методов синтеза гликопротеинов, включая рекомбинацию и гликозилирование белков. [5]

Известно также, что гликозилирование происходит на белках нуклеоцитоплазматических в форме O -GlcNAc . [6]

Типы гликозилирования

[ редактировать ]

Существует несколько типов гликозилирования, хотя наиболее распространены первые два.

Моносахариды

[ редактировать ]
Восемь сахаров обычно встречаются в гликопротеинах.

Моносахариды, обычно встречающиеся в эукариотических гликопротеинах, включают: [8] : 526 

Основные сахара, содержащиеся в гликопротеинах человека [9]
Сахар Тип Аббревиатура
β-D-глюкоза Гексоза Глк
β-D-галактоза Гексоза Гал
β-D-манноза Гексоза Мужчина
α-L-фукоза Дезоксигексоза Краска
N-ацетилгалактозамин Аминогексоза ГалНАк
N-ацетилглюкозамин Аминогексоза ГлкНАк
N-ацетилнейраминовая кислота Аминононулозоновая кислота
( Сиаловая кислота )
НейНАк
Ксилоза Пентоза Ксил

Группа(ы) сахара может способствовать сворачиванию белков , улучшать стабильность белков и участвовать в передаче сигналов клеткам.

Структура

[ редактировать ]
N -связанные и О -связанные гликопротеины

Критическим структурным элементом всех гликопротеинов являются олигосахариды связанные , ковалентно с белком. [4] млекопитающих содержится 10 распространенных моносахаридов В гликанах , включая: глюкозу (Glc), фукозу (Fuc), ксилозу (Xyl), маннозу (Man), галактозу (Gal), N- ацетилглюкозамин (GlcNAc), глюкуроновую кислоту (GlcA), идуроновую кислоту. (IdoA), N-ацетилгалактозамин (GalNAc), сиаловая кислота и 5- N-ацетилнейраминовая кислота (Neu5Ac). [3] Эти гликаны связываются с определенными участками аминокислотной цепи белка.

Двумя наиболее распространенными связями в гликопротеинах являются N -связанные и О -связанные гликопротеины. [3] -связанный гликопротеин N имеет гликановые связи с азотом, содержащим аминокислоту аспарагина в последовательности белка. [4] В O -связанном гликопротеине сахар связан с атомом кислорода аминокислоты серина или треонина в белке. [4]

Размер и состав гликопротеина могут сильно различаться, при этом углеводный состав колеблется от 1% до 70% от общей массы гликопротеина. [4] Внутри клетки они появляются в крови, внеклеточном матриксе или на внешней поверхности плазматической мембраны и составляют большую часть белков, секретируемых эукариотическими клетками. [4] Они очень широки в своем применении и могут функционировать как различные химические вещества, от антител до гормонов. [4]

гликомика

[ редактировать ]

Гликомика – это изучение углеводных компонентов клеток. [4] Хотя это касается и не только гликопротеинов, оно может дать больше информации о различных гликопротеинах и их структуре. [4] Одной из целей этой области исследований является определение того, какие белки гликозилируются и где в аминокислотной последовательности происходит гликозилирование. [4] Исторически масс-спектрометрия использовалась для определения структуры гликопротеинов и характеристики присоединенных углеводных цепей. [4] [10]

Уникальное взаимодействие между цепями олигосахаридов имеет различные применения. Во-первых, это помогает контролировать качество, выявляя неправильно свернутые белки. [4] Цепи олигосахаридов также изменяют растворимость и полярность белков, с которыми они связаны. [4] Например, если олигосахаридные цепи заряжены отрицательно и имеют достаточную плотность вокруг белка, они могут отталкивать протеолитические ферменты от связанного белка. [4] Разнообразие взаимодействий обусловливает существование разных типов гликопротеинов с разной структурой и функциями. [5]

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 . [ нужна ссылка ] Примерами гликопротеинов в иммунной системе являются:

H-антиген антигенов совместимости крови АВО.Другие примеры гликопротеинов включают:

Растворимые гликопротеины часто проявляют высокую вязкость , например, в яичном белке и плазме крови .

  • Миракулин — это гликопротеин, извлеченный из Synsepalum dulcificum, , ягоды которая изменяет рецепторы человеческого языка, чтобы они распознавали кислую пищу как сладкую. [11]

Вариабельные поверхностные гликопротеины позволяют паразиту сонной болезни Trypanosoma избегать иммунного ответа хозяина.

Вирусный шип вируса иммунодефицита человека сильно гликозилирован. [12] Примерно половина массы шипа представляет собой гликозилирование, и гликаны ограничивают распознавание антител, поскольку гликаны собираются клеткой-хозяином и поэтому в значительной степени являются «собственными». Со временем у некоторых пациентов могут вырабатываться антитела, распознающие гликаны 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 попадают в преждевременное состояние с высоким содержанием маннозы. [13] [14] Это открывает окно для иммунного распознавания. Кроме того, поскольку эти гликаны гораздо менее изменчивы, чем основной белок, они стали многообещающими объектами для разработки вакцин. [15]

P-гликопротеины имеют решающее значение для противоопухолевых исследований из-за их способности блокировать действие противоопухолевых препаратов. [4] [16] P-гликопротеин, или мультилекарственный транспортер (MDR1), представляет собой тип транспортера ABC, который транспортирует соединения из клеток. [4] Этот транспорт соединений из клеток включает лекарства, предназначенные для доставки в клетку, что приводит к снижению эффективности лекарств. [4] Следовательно, возможность ингибировать такое поведение уменьшит вмешательство P-гликопротеина в доставку лекарств, что делает эту тему важной темой при открытии лекарств. [4] Например, P-гликопротеин вызывает уменьшение накопления противораковых препаратов в опухолевых клетках, ограничивая эффективность химиотерапии, используемой для лечения рака. [16]

К гормонам, относящимся к гликопротеинам, относятся:

Различие между гликопротеинами и протеогликанами

[ редактировать ]

Цитата из рекомендаций ИЮПАК: [17]

Гликопротеин — это соединение, содержащее углевод (или гликан), ковалентно связанный с белком. Углевод может находиться в форме моносахарида, дисахарида(ов). олигосахарид(ы), полисахарид(ы) или их производные (например, сульфо- или фосфозамещенные). Могут присутствовать одна, несколько или множество углеводных единиц. Протеогликаны представляют собой подкласс гликопротеинов , в которых углеводными единицами являются полисахариды, содержащие аминосахара. Такие полисахариды также известны как гликозаминогликаны.

Некоторые функции, выполняемые гликопротеинами [8] : 524 
Функция Гликопротеины
Структурная молекула Коллагены
Смазка и защитное средство Муцины
Транспортная молекула Трансферрин , церулоплазмин
Иммунологическая молекула Иммуноглобулины , [18] гистосовместимости антигены
Гормон Хорионический гонадотропин человека (ХГЧ), тиреотропный гормон (ТТГ)
Фермент Различные, например, щелочная фосфатаза , пататин
Сайт распознавания клеточных прикреплений Различные белки, участвующие во взаимодействиях клетка-клетка (например, сперма - ооцит ), вирус-клетка, бактерия-клетка и взаимодействия гормон-клетка.
Антифризный белок Некоторые белки плазмы холодноводных рыб
Взаимодействие со специфическими углеводами Лектины , селектины (лектины клеточной адгезии), антитела
Рецептор Различные белки, участвующие в действии гормонов и лекарств.
Влияет на сворачивание некоторых белков Кальнексин , кальретикулин
Регулирование развития Notch и его аналоги — ключевые белки в разработке
Гемостаз тромбоз ) Специфические гликопротеины на поверхностных мембранах тромбоцитов.

Существует множество методов, используемых для обнаружения, очистки и структурного анализа гликопротеинов. [8] : 525  [18] [10]

Некоторые важные методы, используемые для изучения гликопротеинов
Метод Использовать
Периодическая окраска кислотой-Шиффа Обнаруживает гликопротеины в виде розовых полос после электрофоретического разделения.
Инкубация культивируемых клеток с гликопротеинами в виде радиоактивного распада полос Приводит к обнаружению радиоактивного сахара после электрофоретического разделения.
Лечение соответствующей эндо- или экзогликозидазой или фосфолипазой. Результирующие сдвиги в электрофоретической миграции помогают различать белки со связями N-гликанов, O-гликанов или GPI, а также между белками с высоким содержанием маннозы и сложными N-гликанами.
Агарозно - лектиновая колоночная хроматография , лектиновая аффинная хроматография Для очистки гликопротеинов или гликопептидов, связывающих конкретный лектин, используют.
с лектинами Аффинный электрофорез Результирующие сдвиги в электрофоретической миграции помогают различать и охарактеризовать гликоформы , то есть варианты гликопротеина, различающиеся по углеводам.
Анализ состава после кислотного гидролиза Определяет сахара, содержащиеся в гликопротеине, и их стехиометрию.
Масс-спектрометрия Предоставляет информацию о молекулярной массе , составе, последовательности и иногда разветвлении гликановой цепи. Его также можно использовать для определения профиля сайт-специфического гликозилирования. [18]
ЯМР-спектроскопия Определить конкретные сахара, их последовательность, связи и аномерную природу гликозидной цепи.
Многоугольное рассеяние света В сочетании с эксклюзионной хроматографией, абсорбцией в УФ/видимом диапазоне и дифференциальной рефрактометрией можно получить информацию о молекулярной массе , соотношении белок-углевод, агрегатном состоянии, размере и иногда о 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 реакций, сродство и связанные с ними конформационные изменения .
метилирования Анализ (связывания) Определить связь между сахарами.
аминокислот или кДНК Секвенирование Определение аминокислотной последовательности.

Гликозилирование белков имеет множество различных применений: от влияния на межклеточную связь до изменения термостабильности и сворачивания белков. [4] [19] Благодаря уникальным способностям гликопротеинов их можно использовать во многих методах лечения. [19] Понимая гликопротеины и их синтез, их можно использовать для лечения рака, болезни Крона , высокого уровня холестерина и многого другого. [3]

Процесс гликозилирования (связывания углеводов с белком) является посттрансляционной модификацией , то есть происходит после образования белка. [3] Гликозилирование — это процесс, которому подвергается примерно половина всех белков человека, и который сильно влияет на свойства и функции белка. [3] Внутри клетки гликозилирование происходит в эндоплазматическом ретикулуме . [3]

Рекомбинация

[ редактировать ]
Изображение различий в гликанах у разных животных.

Существует несколько методов сборки гликопротеинов. Один из методов использует рекомбинацию . [3] Первым соображением при использовании этого метода является выбор хозяина, поскольку существует множество различных факторов, которые могут повлиять на успех рекомбинации гликопротеинов, таких как стоимость, среда хозяина, эффективность процесса и другие соображения. [3] Некоторые примеры клеток-хозяев включают E.coli, дрожжи, растительные клетки, клетки насекомых и клетки млекопитающих. [3] Из этих вариантов клетки млекопитающих являются наиболее распространенными, поскольку их использование не сталкивается с теми же проблемами, что и другие клетки-хозяева, такие как различные структуры гликанов, более короткий период полураспада и потенциальные нежелательные иммунные реакции у людей. [3] Из клеток млекопитающих наиболее распространенной клеточной линией, используемой для продукции рекомбинантных гликопротеинов, является линия яичников китайского хомячка . [3] Однако по мере развития технологий наиболее перспективными линиями клеток для производства рекомбинантных гликопротеинов становятся линии клеток человека. [3]

Гликозилирование

[ редактировать ]

Образование связи между гликаном и белком является ключевым элементом синтеза гликопротеинов. [5] Наиболее распространенным методом гликозилирования N-связанных гликопротеинов является реакция между защищенным гликаном и защищенным аспарагином. [5] Аналогичным образом, О-связанный гликопротеин может быть образован путем добавления донора гликозила к защищенному серину или треонину . [5] Эти два метода являются примерами естественной связи. [5] Однако существуют и методы неестественных связей. [5] Некоторые методы включают лигирование и реакцию между сульфамидатом серина и тиогексозами в воде. [5] Как только эта связь будет завершена, аминокислотную последовательность можно будет расширить с помощью твердофазного пептидного синтеза. [5]

См. также

[ редактировать ]

Примечания и ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ Раддок Л.В., Молинари М. (ноябрь 2006 г.). «Обработка N-гликанов в контроле качества ЭР» . Журнал клеточной науки . 119 (Часть 21): 4373–4380. дои : 10.1242/jcs.03225 . ПМИД   17074831 .
  2. ^ Фунакоси Ю, Сузуки Т (февраль 2009 г.). «Гликобиология в цитозоле: горькая сторона сладкого мира» . Biochimica et Biophysical Acta (BBA) – Общие предметы . 1790 (2): 81–94. дои : 10.1016/j.bbagen.2008.09.009 . ПМИД   18952151 .
  3. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м Пиканко и Кастро В., Свич С.Х. (2018). Методы и протоколы получения рекомбинантных гликопротеинов . Спрингер. ISBN  978-1-4939-7312-5 . OCLC   1005519572 .
  4. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с Нельсон Д.Л., Кокс М.М., Хоскинс А.А., Ленинджер А.Л. (2013). Ленингерские принципы биохимии (Шестое изд.). Обучение Макмиллана. ISBN  978-1-319-38149-3 . OCLC   1249676451 .
  5. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж Гамблин Д.П., Сканлан Э.М., Дэвис Б.Г. (январь 2009 г.). «Синтез гликопротеинов: обновление». Химические обзоры . 109 (1): 131–163. дои : 10.1021/cr078291i . ПМИД   19093879 .
  6. ^ Харт Г.В. (27 октября 2014 г.). «Три десятилетия исследований O-GlcNAcylation - основного сенсора питательных веществ, который регулирует передачу сигналов, транскрипцию и клеточный метаболизм» . Границы эндокринологии . 5 : 183. дои : 10.3389/fendo.2014.00183 . ПМК   4209869 . ПМИД   25386167 .
  7. ^ Степпер Дж., Шастри С., Лу Т.С., Престон Дж.К., Новак П., Ман П. и др. (февраль 2011 г.). «Цистеин S-гликозилирование, новая посттрансляционная модификация, обнаруженная в гликопептидных бактериоцинах». Письма ФЭБС . 585 (4): 645–650. doi : 10.1016/j.febslet.2011.01.023 . ПМИД   21251913 . S2CID   29992601 .
  8. ^ Перейти обратно: а б с Мюррей Р.К., Граннер Д.К., Родвелл Фольксваген (2006). Иллюстрированная биохимия Харпера (27-е изд.). МакГроу-Хилл.
  9. Классификация гликанов. Архивировано 27 октября 2012 г. в Wayback Machine SIGMA.
  10. ^ Перейти обратно: а б Делл А., Моррис HR (март 2001 г.). «Определение структуры гликопротеинов методом масс-спектрометрии». Наука . 291 (5512): 2351–2356. Бибкод : 2001Sci...291.2351D . дои : 10.1126/science.1058890 . ПМИД   11269315 . S2CID   23936441 .
  11. ^ Теэрасилп С., Курихара Ю. (август 1988 г.). «Полная очистка и характеристика изменяющего вкус белка миракулина из чудо-фрукта» . Журнал биологической химии . 263 (23): 11536–11539. дои : 10.1016/S0021-9258(18)37991-2 . ПМИД   3403544 .
  12. ^ Притчард Л.К., Василевич С., Озоровский Г., Сибрайт Г.Е., Купо А., Ринг Р. и др. (июнь 2015 г.). «Структурные ограничения определяют гликозилирование тримеров оболочки ВИЧ-1» . Отчеты по ячейкам . 11 (10): 1604–1613. дои : 10.1016/j.celrep.2015.05.017 . ПМЦ   4555872 . ПМИД   26051934 .
  13. ^ Притчард Л.К., Спенсер Д.И., Ройл Л., Бономелли С., Сибрайт Г.Е., Беренс А.Дж. и др. (июнь 2015 г.). «Кластеризация гликанов стабилизирует маннозный участок ВИЧ-1 и сохраняет уязвимость к нейтрализующим антителам широкого спектра действия» . Природные коммуникации . 6 : 7479. Бибкод : 2015NatCo...6.7479P . дои : 10.1038/ncomms8479 . ПМЦ   4500839 . ПМИД   26105115 .
  14. ^ Беренс А.Дж., Васильевич С., Притчард Л.К., Харви Д.Дж., Андев Р.С., Крумм С.А. и др. (март 2016 г.). «Состав и антигенные эффекты отдельных гликановых участков тримерного гликопротеина оболочки ВИЧ-1» . Отчеты по ячейкам . 14 (11): 2695–2706. дои : 10.1016/j.celrep.2016.02.058 . ПМЦ   4805854 . ПМИД   26972002 .
  15. ^ Криспин М., Дорес К.Дж. (апрель 2015 г.). «Нацеливание гликанов, полученных от хозяина, на вирусы с оболочкой для разработки вакцин на основе антител» . Современное мнение в вирусологии . Вирусный патогенез • Профилактические и лечебные вакцины. 11 : 63–69. дои : 10.1016/j.coviro.2015.02.002 . ПМЦ   4827424 . ПМИД   25747313 .
  16. ^ Перейти обратно: а б Амбудкар С.В., Кимчи-Сарфати С., Сауна З.Е., Готтесман М.М. (октябрь 2003 г.). «Р-гликопротеин: от геномики к механизму» . Онкоген . 22 (47): 7468–7485. дои : 10.1038/sj.onc.1206948 . ПМИД   14576852 . S2CID   11259597 .
  17. ^ «Номенклатура гликопротеинов, гликопептидов и пептидогликанов, Рекомендации 1985 г.» . www.qmul.ac.uk. ​Проверено 16 марта 2021 г.
  18. ^ Перейти обратно: а б с Маверакис Э., Ким К., Шимода М., Гершвин М.Е., Патель Ф., Уилкен Р. и др. (февраль 2015 г.). «Гликаны в иммунной системе и теория аутоиммунитета с измененными гликанами: критический обзор» . Журнал аутоиммунитета . 57 (6): 1–13. дои : 10.1016/j.jaut.2014.12.002 . ПМЦ   4340844 . ПМИД   25578468 .
  19. ^ Перейти обратно: а б Дэвис Б.Г. (февраль 2002 г.). «Синтез гликопротеинов». Химические обзоры . 102 (2): 579–602. дои : 10.1021/cr0004310 . ПМИД   11841255 .

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 5036e915350db6de1b1148db6fd51534__1721697240
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/50/34/5036e915350db6de1b1148db6fd51534.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Glycoprotein - 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.)