GLYKOPROTEINE: STRUKTUR, FUNKTIONEN, KLASSEN UND BEISPIELE - BIOLOGIE - 2025

Die Glykoproteine oder Glykoproteine sind Transmembranproteine, die Teil der großen Familie der Membranglykokonjugate sind und in Tieren, Pflanzen und Mikroorganismen wie Bakterien, Hefen und Archaea vorhanden sind.

Sie wurden erstmals 1908 vom Protein Nomenclature Committee der American Society of Biochemists definiert und sind das Ergebnis der glykosidischen Vereinigung eines Proteins mit einem Kohlenhydratanteil namens Glucan.

Struktur des Lektinmonomers einer Hülsenfrucht (Quelle: Benutzer: Tomixdf über Wikimedia Commons)

Sie sind Proteine, die auf der Oberfläche der Plasmamembran vieler Zellen besonders häufig vorkommen und einen wichtigen Teil der sie bedeckenden Kohlenhydratschicht bilden, die in vielen Fällen als Glycocalyx bezeichnet wird.

Die Vorläuferproteine ​​der Glykoproteine ​​sind nach ihrer Translation im endoplasmatischen Retikulum und im Golgi-Komplex vieler Eukaryoten kovalent modifiziert, obwohl es auch Fälle von Glykosylierung im Cytosol gibt, diese sind jedoch seltener und treten nur bei einer Zuckersorte auf .

Die Proteinglykosylierung hat häufig wichtige funktionelle Auswirkungen auf ihre Aktivität, da sie an der Faltung und damit am Aufbau ihrer Tertiärstruktur beteiligt sein kann.

Glykane haben mehrere biologisch wichtige Funktionen für die Zelle, da sie den Zellen Spezifität verleihen und an intrazellulären und interzellulären Signalprozessen teilnehmen können, da sie Liganden für endogene und exogene Rezeptoren sind.

Glykoproteine ​​sowie der Rest der Glykokonjugate sind so wichtig, dass eine Zelle bis zu 1% ihres Genoms der Glykosylierungsmaschinerie widmet und beim Menschen mehr als 70% der Proteine ​​durch Glykosylierung modifiziert werden.

Struktur

Die Struktur von Glykoproteinen wird basierend auf ihrer Aminosäuresequenz, den Glykosylierungsstellen innerhalb der Sequenz und den Strukturen der Glykananteile, die an diesen Stellen binden, untersucht.

Die Oligosaccharidketten, die durch Glykosylierung an diese Proteine ​​gebunden sind, sind im Allgemeinen sehr unterschiedlich, aber sie sind kurz, da sie 15 Zuckerreste nicht überschreiten. Einige Proteine ​​haben eine einzelne Oligosaccharidkette, andere können mehr als eine haben und diese können verzweigt sein.

Die Vereinigung zwischen Oligosacchariden und Proteinen erfolgt durch den anomeren Kohlenstoff des Kohlenhydrats und die Hydroxylgruppe (-OH) eines Serin- oder Threoninrests im Fall einer O-Glycosylierung oder durch den Amidstickstoff eines Asparaginrests. im Falle der N-Glykosylierung.

Die so gebundenen Kohlenhydrate können bis zu 70% des Molekulargewichts eines Glykoproteins ausmachen, und die Eigenschaften des Kohlenhydratanteils (z. B. Größe und Ladung) können einige Proteine ​​vor enzymatischer Proteolyse schützen.

Das gleiche Protein kann in verschiedenen Geweben unterschiedliche Glykosylierungsmuster aufweisen, die es zu einem unterschiedlichen Glykoprotein machen, da die vollständige Struktur nicht nur die Aminosäurereste und ihre räumlichen Anordnungen, sondern auch die daran gebundenen Oligosaccharide enthält.

Unter den Zuckerresten, die wiederholt in Glykoproteinen gefunden werden, sind: D-Galactose, D-Mannose, D-Glucose, L-Fucose, D-Xylose, L-Arabinofuranose, N-Acetyl-D-Glucosamin, N-Acetyl -D-Galactosamin, einige Sialinsäuren und Modifikationen von all diesen.

Eigenschaften

Strukturell

Aus struktureller Sicht stellen Glykoproteine ​​Kohlenhydratketten bereit, die am Schutz und der Schmierung von Zellen beteiligt sind, da sie in der Lage sind, eine viskose Substanz zu hydratisieren und zu bilden, die mechanischen und chemischen Aggressionen widersteht.

Einige Glykoproteine ​​kommen auch in Bakterien und Archaeen vor, und dies sind wichtige Bestandteile der S-Schicht, der äußersten Schicht der Zellhülle.

Darüber hinaus finden sie sich auch als Bestandteile von Flagellinproteinen, die Teil der Flagellenfilamente sind, die als Bewegungsorgane verwendet werden.

Pflanzen besitzen auch strukturelle Glykoproteine, die durch komplexe Glykosylierungsmuster gekennzeichnet sind und als Teil der Zellwandstruktur oder in der extrazellulären Matrix gefunden werden können.

Zellerkennung

Glykoproteine ​​erfüllen wichtige Funktionen als Erkennungsstellen zwischen Zellen, da viele Rezeptoren auf der Zelloberfläche in der Lage sind, spezifische Oligosaccharidsequenzen zu erkennen.

Ein Beispiel für die interzellulären Erkennungen, die mittels der Oligosaccharidketten auf der Zelloberfläche auftreten, ist die Erkennung zwischen der Eizelle und dem Sperma, die erforderlich ist, damit das Phänomen der Befruchtung bei mehrzelligen Organismen mit sexueller Reproduktion auftritt.

Blutgruppen beim Menschen werden durch die Identität der Zucker bestimmt, die an die Glykoproteine ​​gebunden sind, die sie spezifizieren. Antikörper und viele Hormone sind ebenfalls Glykoproteine ​​und ihre Funktionen sind für die Signalübertragung und Abwehr des Körpers von wesentlicher Bedeutung.

Zelladhäsion

Die T-Zellen des Immunsystems von Säugetieren besitzen ein Glykoprotein mit Adhäsionsdomänen, die als CD2 bekannt sind. Dies ist eine Schlüsselkomponente für die Immunstimulation, da es die Bindung zwischen dem Lymphozyten und Antigen-präsentierenden Zellen über seinen Rezeptor, den, vermittelt CD58-Glykoprotein.

Einige Viren, die für viele Säugetiere, einschließlich Menschen, wichtige pathogene Funktionen haben, besitzen Oberflächenglykoproteine, die bei den Adhäsionsprozessen des Viruspartikels an die von ihnen parasitierten Zellen eine Rolle spielen.

Dies ist der Fall beim GP120-Protein des Human Acquired Immunodeficiency Virus oder HIV, das mit einem Oberflächenprotein menschlicher Zellen, bekannt als GP41, interagiert und mit dem Eintritt des Virus in die Zelle zusammenarbeitet.

In gleicher Weise sind viele glykosylierte Proteine ​​an wichtigen Zelladhäsionsprozessen beteiligt, die im normalen Leben von Zellen stattfinden, die in vielen Geweben mehrzelliger Organismen vorhanden sind.

Glykoproteine ​​als therapeutische Ziele

Diese Protein-Kohlenhydrat-Komplexe sind die bevorzugten Ziele für viele Krankheitserreger wie Parasiten und Viren, und viele Glykoproteine ​​mit aberranten Glykosylierungsmustern spielen bei Autoimmunerkrankungen und Krebs eine entscheidende Rolle.

Aus diesen Gründen haben verschiedene Forscher die Aufgabe übernommen, diese Proteine ​​als mögliche therapeutische Ziele und für das Design von Diagnosemethoden, Therapien der neuen Generation und sogar für das Design von Impfstoffen vorzuschlagen.

Lektionen

Die Klassifizierung von Glykoproteinen basiert hauptsächlich auf der Art der glykosidischen Bindung, die die Protein- und Kohlenhydrateinheiten verbindet, und auf den Eigenschaften der gebundenen Glykane.

Entsprechend den Zuckerresten können Glykoproteine ​​mit Monosacchariden, Disacchariden, Oligosacchariden, Polysacchariden und Derivaten davon erhalten werden. Einige Autoren betrachten eine Klassifizierung von Glykoproteinen in:

- Proteoglykane, eine Unterklasse innerhalb der Gruppe der Glykoproteine, die im Kohlenhydratanteil Polysaccharide enthält, die hauptsächlich aus Aminozuckern (Glykosaminoglykanen) bestehen.

- Glycopeptide, Moleküle, die aus Kohlenhydraten bestehen, die an Oligopeptide gebunden sind, die von Aminosäuren in ihrer L- und / oder D-Konformation gebildet werden.

- Glyco-Aminosäuren, bei denen es sich um Aminosäuren handelt, die über jede Art von kovalenter Bindung an ein Saccharid gebunden sind.

- Glycosylaminosäuren, Aminosäuren, die über O-, N- oder S-glycosidische Bindungen an einen Saccharidanteil gebunden sind.

In der Nomenklatur dieser Proteine, die auf diese Weise an Kohlenhydrate gebunden sind, werden die Präfixe O-, N- und S- verwendet, um anzugeben, über welche Bindungen die Zucker an die Polypeptidkette gebunden sind.

Beispiele

- Glycophorin A ist eines der am besten untersuchten Glykoproteine: Es ist ein integrales Protein der Membran von Erythrozyten (Zellen oder roten Blutkörperchen) und hat 15 Oligosaccharidketten, die kovalent an Aminosäurereste in der N-terminalen Region a gebunden sind durch O-glycosidische Bindungen und eine Kette, die durch eine N-glycosidische Bindung verbunden ist.

- Die meisten Proteine ​​im Blut sind Glykoproteine ​​und diese Gruppe umfasst Immunglobuline und viele Hormone.

- Lactalbumin, ein in der Milch vorhandenes Protein, ist glykosyliert, ebenso wie viele Pankreas- und Lysosomenproteine.

- Lektine sind kohlenhydratbindende Proteine ​​und haben daher mehrere Funktionen bei der Erkennung.

- Es ist auch notwendig, viele tierische Hormone hervorzuheben, die Glykoproteine ​​sind. Unter diesen sind Lutropin (LH), Follitropin (FSH) und Thyrotropin (TSH), die in der vorderen Hypophyse synthetisiert werden, sowie Choriongonadotropin, das in der Plazenta von Menschen, Primaten und Menschen produziert wird, zu erwähnen Pferde.

Diese Hormone haben reproduktive Funktionen, da LH die Steroidogenese in den Eierstöcken und den testikulären Leydig-Zellen stimuliert.

- Kollagen, ein reichlich vorhandenes Protein, das hauptsächlich im Bindegewebe von Tieren vorhanden ist, stellt eine große Familie von Glykoproteinen dar, die aus mehr als 15 Arten von Proteinen bestehen, die, obwohl sie viele Eigenschaften gemeinsam haben, sehr unterschiedlich sind.

Diese Proteine ​​enthalten "nicht kollagene" Anteile, von denen einige aus Kohlenhydraten bestehen.

- Extensine sind Pflanzenproteine, die aus einem Netzwerk unlöslicher Glykoproteine ​​bestehen, die reich an Hydroxyprolin- und Serinresten sind. Sie befinden sich in der Wand von Pflanzenzellen und sollen als Abwehr gegen verschiedene Arten von Stress und Krankheitserregern dienen.

- Pflanzen haben auch Lektin-ähnliche Proteine, und ein besonderes Beispiel hierfür sind Kartoffellektine, die offenbar die Fähigkeit haben, Blutzellen wie Erythrozyten zu agglutinieren.

- Zu guter Letzt können Mucine genannt werden, die Glykoproteine ​​sind, die in der Schleimhaut sekretiert werden und Teil des Speichels bei Tieren sind und hauptsächlich Schmier- und Signalfunktionen erfüllen.

Verweise

1. J. Montreuil, J. Vliegenthart & H. Schachter (1995). Glykoproteine. (A. Neuberger & L. Deenen, Hrsg.). Elsevier.
2. Nelson, DL & Cox, MM (2009). Lehninger Prinzipien der Biochemie. Omega Editions (5. Aufl.). https://doi.org/10.1007/s13398-014-0173-7.2
3. Struwe, W. & Cosgrave, E. (2011). Funktionelle und strukturelle Proteomik von Glykoproteinen. (R. Owens & amp; J. Nettleship, Hrsg.). London: Springer.
4. Voet, D. & Voet, J. (2006). Biochemistry (3. Aufl.). Editorial Médica Panamericana.
5. Wittman, V. (2007). Glycopeptide und Glycoproteine. Synthese, Struktur und Anwendung. (V. Balzani, J.-M. Lehn, A. de Meijere, S. Ley, K. Houk, S. Schreiber, J. Thiem, Hrsg.). Leipzig: Springer Science + Business Media, LLC.