Гликопротеин - Glycoprotein

Не путать с пептидогликан, протеогликан, или гликопептид.

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

Гликопротеины находятся белки которые содержат олигосахарид цепи (гликаны ) ковалентно прикреплен к аминокислота боковые цепи. Углеводы присоединяются к белку в переводной или посттрансляционная модификация. 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 важны интегральные мембранные белки, где они играют роль в межклеточных взаимодействиях. Важно отличать гликозилирование секреторной системы на основе эндоплазматического ретикулума от обратимого цитозольно-ядерного гликозилирования. Гликопротеины цитозоль и ядро ​​может быть модифицировано посредством обратимого добавления одного остатка GlcNAc, который считается реципрокным фосфорилированию, и их функции, вероятно, будут дополнительным регуляторным механизмом, который контролирует передачу сигналов, основанную на фосфорилировании.[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 эндоплазматический ретикулум и аппарат 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 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.[нужна цитата ]

Также известно, что гликозилирование происходит на нуклеоцитоплазматических белках в форме О-GlcNAc.[3]

Типы гликозилирования

Существует несколько типов гликозилирования, хотя первые два являются наиболее распространенными.

Моносахариды

Восемь сахаров, обычно содержащихся в гликопротеинах.

Моносахариды, обычно обнаруживаемые в гликопротеинах эукариот, включают:[5]:526

Основные сахара, содержащиеся в гликопротеинах человека[6]
СахарТипСокращение
β-D-глюкозаГексозаGlc
β-D-галактозаГексозаГал
β-D-маннозаГексозамужчина
α-L-фукозаДезоксигексозаFuc
N-ацетилгалактозаминАминогексозаGalNAc
N-ацетилглюкозаминАминогексозаGlcNAc
N-ацетилнейраминовая кислотаАминононулозоновая кислота
(Сиаловая кислота )		NeuNAc
КсилозаПентозаКсил

Группа (группы) сахара может помочь в сворачивание белка, улучшают стабильность белков и участвуют в передаче сигналов в клетке.

Примеры

Одним из примеров гликопротеинов, обнаруженных в организме, является муцины, которые секретируются в слизи дыхательных и пищеварительных трактов. Сахара, когда присоединяются к муцинам, придают им значительную водоудерживающую способность, а также делают их устойчивыми к протеолиз пищеварительными ферментами.

Гликопротеины важны для лейкоцит признание.[нужна цитата ] Примеры гликопротеинов в иммунная система находятся:

  • молекулы, такие как антитела (иммуноглобулины), которые напрямую взаимодействуют с антигены.
  • молекулы главный комплекс гистосовместимости (или MHC), которые экспрессируются на поверхности клеток и взаимодействуют с Т-клетки как часть адаптивного иммунного ответа.
  • сиалиловый антиген Льюиса X на поверхности лейкоцитов.

Антиген H антигенов совместимости с кровью ABO. Другие примеры гликопротеинов включают:

  • гонадотропины (лютеинизирующий гормон фолликулостимулирующий гормон)
  • гликопротеин IIb / IIIa, интегрин, найденный на тромбоциты что требуется для нормальной агрегации тромбоцитов и соблюдения эндотелий.
  • компоненты zona pellucida, который окружает ооцит, и это важно для сперма -Яичное взаимодействие.
  • структурные гликопротеины, которые встречаются в соединительная ткань. Они помогают связывать воедино волокна, клетки и основное вещество соединительная ткань. Они также могут помочь компонентам ткани связываться с неорганическими веществами, такими как кальций в кость.
  • Гликопротеин-41 (gp41 ) и гликопротеин-120 (gp120 ) представляют собой белки оболочки вируса ВИЧ.

Растворимые гликопротеины часто имеют высокий вязкость, например, в Яичный белок и плазма крови.

  • Миракулин, представляет собой гликопротеин, извлеченный из Synsepalum dulcificum а ягода который изменяет рецепторы человеческого языка на распознавание кислой пищи как сладкой.[7]

Гликопротеины с переменной поверхностью разрешить сонную болезнь Трипаносома паразит, чтобы 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

Гормоны К гликопротеинам относятся:

Функции

Некоторые функции выполняют гликопротеины[5]:524
ФункцияГликопротеины
Структурная молекулаКоллагены
Смазка и защитное средствоМуцины
Транспортная молекулаТрансферрин, церулоплазмин
Иммунологическая молекулаИммуноглобулины,[12] гистосовместимость антигены
ГормонХорионический гонадотропин человека (ХГЧ), тиреотропный гормон (ТТГ)
ФерментРазличные, например щелочные фосфатаза, пататин
Сайт распознавания прикрепления клетокРазличные белки, участвующие в межклеточной деятельности (например, сперма –ооцит ), взаимодействия вирус-клетка, бактерия-клетка и гормон-клетка
Антифриз протеинНекоторые белки плазмы холодноводных рыб
Взаимодействовать с определенными углеводамиЛектины, селектины (лектины клеточной адгезии), антитела
РецепторРазличные белки, участвующие в действии гормонов и лекарств
Влияет на сворачивание определенных белковКалнексин, кальретикулин
Регулирование развитияNotch и его аналоги, ключевые белки в разработке
Гемостаз (и тромбоз )Специфические гликопротеины на поверхностных мембранах тромбоциты

Анализ

Для обнаружения, очистки и структурного анализа гликопротеинов используются различные методы.[5]:525[12][13]

Некоторые важные методы, используемые для изучения гликопротеинов
МетодИспользовать
Окрашивание периодической кислотой по ШиффуОбнаруживает гликопротеины как розовые полосы после электрофоретический разделение.
Инкубация культивируемых клеток с гликопротеинами как радиоактивный распад группыПриводит к обнаружению радиоактивного сахара после электрофоретического разделения.
Лечение соответствующими эндо- или экзогликозидаза или фосфолипазыРезультирующие сдвиги в электрофоретической миграции помогают различать белки со связями N-гликанов, O-гликанов или GPI, а также между белками с высоким содержанием гликана. манноза и сложные N-гликаны.
Агароза -лектин колоночная хроматография, лектиновая аффинная хроматографияДля очистки гликопротеинов или гликопептидов, связывающих конкретный лектин.
Лектин аффинный электрофорезРезультирующие сдвиги в электрофоретической миграции помогают отличить и охарактеризовать гликоформы, т.е. варианты гликопротеина, различающиеся углеводом.
Составной анализ после кислоты гидролизОпределяет сахара, содержащиеся в гликопротеине, и их стехиометрию.
Масс-спектрометрииПредоставляет информацию о молекулярная масса, состав, последовательность, а иногда и разветвление гликановой цепи. Его также можно использовать для профилирования сайт-специфичного гликозилирования.[12]
ЯМР-спектроскопияДля определения конкретных сахаров, их последовательности, связей и аномерной природы гликозидной цепи.
Многоугловое рассеяние светаВ сочетании с эксклюзионной хроматографией, абсорбцией в УФ / видимом диапазоне и дифференциальной рефрактометрией предоставляет информацию о молекулярная масса, соотношение белок-углевод, состояние агрегации, размер и иногда разветвление 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 интерферометрияИзмеряет механизмы, лежащие в основе биомолекулярных взаимодействий, включая скорость реакции, сродство и связанные конформационные изменения.
Метилирование (связь) анализЧтобы определить связь между сахарами.
Аминокислота или кДНК последовательность действийОпределение аминокислотной последовательности.

Смотрите также

Примечания и ссылки

  1. ^ Ruddock, L.W .; Молинари, М. (2006). «Обработка N-гликанов в контроле качества ER». Журнал клеточной науки. 119 (21): 4373–4380. Дои:10.1242 / jcs.03225. PMID  17074831.
  2. ^ Фунакоши Y, Suzuki T (январь 2009 г.). «Гликобиология в цитозоле: горькая сторона сладкого мира». Биохим. Биофиз. Acta. 1790 (2): 81–94. Дои:10.1016 / j.bbagen.2008.09.009. PMID  18952151.
  3. ^ Gw, Харт (27 октября 2014 г.). «Три десятилетия исследований O-GlcNAcylation - основного сенсора питательных веществ, регулирующего передачу сигналов, транскрипцию и клеточный метаболизм». Границы эндокринологии. PMID  25386167. Получено 1 июня 2020.
  4. ^ 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. Дои:10.1016 / j.febslet.2011.01.023. ISSN  0014-5793. PMID  21251913.
  5. ^ а б c Роберт К. Мюррей, Дэрил К. Граннер и Виктор В. Родуэлл: «Иллюстрированная биохимия Харпера, 27-е изд.», McGraw-Hill, 2006
  6. ^ Классификация гликанов СИГМА
  7. ^ Theerasilp S, Kurihara Y (август 1988 г.). «Полная очистка и характеристика изменяющего вкус белка миракулина из чудо-фруктов». J. Biol. Chem. 263 (23): 11536–9. PMID  3403544.
  8. ^ 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». Отчеты по ячейкам. 11 (10): 1604–1613. Дои:10.1016 / j.celrep.2015.05.017. ISSN  2211-1247. ЧВК  4555872. PMID  26051934.
  9. ^ 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:2015НатКо ... 6.7479P. Дои:10.1038 / ncomms8479. ЧВК  4500839. PMID  26105115.
  10. ^ 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 участков тримерного гликопротеина оболочки ВИЧ-1». Отчеты по ячейкам. 14 (11): 2695–2706. Дои:10.1016 / j.celrep.2016.02.058. ISSN  2211-1247. ЧВК  4805854. PMID  26972002.
  11. ^ Криспин, Макс; Дур, Кэти Дж. (1 апреля 2015 г.). «Нацеливание на гликаны, полученные из хозяина, на вирусы с оболочкой для разработки вакцины на основе антител». Текущее мнение в вирусологии. Вирусный патогенез • Профилактические и лечебные вакцины. 11: 63–69. Дои:10.1016 / j.coviro.2015.02.002. ЧВК  4827424. PMID  25747313.
  12. ^ а б 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 аутоиммунитета гликанов". J Аутоиммунный. 57 (6): 1–13. Дои:10.1016 / j.jaut.2014.12.002. ЧВК  4340844. PMID  25578468.
  13. ^ Делл А (2001). «Определение структуры гликопротеинов с помощью масс-спектрометрии». Наука. 291 (5512): 2351–2356. Bibcode:2001Научный ... 291.2351D. Дои:10.1126 / science.1058890. ISSN  0036-8075. PMID  11269315.

внешние ссылки