גליקופרוטאינים או גליקופרוטאינים הם חלבונים הטרנסממברני כי הם חלק מהמשפחה הגדולה של glycoconjugates הממברנה נמצאים בעלי חיים, צמחים ומיקרואורגניזמים כגון חיידקים, שמרים , ו קדומים.
הם הוגדרו לראשונה בשנת 1908 על ידי הוועדה לממלאי חלבונים של האגודה האמריקאית לביוכימאים, והם תוצאה של האיחוד הגליקוזידני של חלבון עם מנת פחמימות הנקראת גלוקן.
מבנה מונומר הלקטין של קטניות (מקור: משתמש: Tomixdf דרך ויקימדיה Commons)
הם חלבונים הנמצאים בשפע במיוחד על פני קרום הפלזמה של תאים רבים ומהווים חלק חשוב משכבת הפחמימות המכסה אותם, אשר במקרים רבים מכונה הגליקוקליקס.
חלבוני המבשר של הגליקופרוטאינים משתנים באופן קוואליאלי בתכנית הרטיפלופית האנדופלסמית ובמתחם הגולגי של איוקריוטים רבים לאחר התרגום שלהם, למרות שישנם גם מקרים של גליקוזילציה בציטוזול, אך הם פחות נפוצים ומופיעים רק בסוג אחד של סוכר .
לעתים קרובות יש לגליקוזילציה של חלבון השפעות תפקודיות חשובות על פעילותו, מכיוון שהוא יכול להשתתף בקיפול, ולכן בביסוס המבנה השלישוני שלו.
לרמות הגליקנים תפקידים חשובים מבחינה ביולוגית לתא, מכיוון שהם יכולים להקנות ספציפיות לתאים ולהשתתף בתהליכי איתות תוך-תאיים ותאיים, מכיוון שהם ליגנדים לקולטנים אנדוגניים ואקסוגניים.
הגליקופרוטאינים, כמו גם שאר הגליקוקוג'וגטים, חשובים עד כדי כך שתא מקדיש עד 1% מהגנום שלו למכונות הגליקוזילציה, ובבני אדם, יותר מ- 70% מהחלבונים עוברים שינוי על ידי גליקוזילציה.
מִבְנֶה
מבנה הגליקופרוטאינים נחקר על סמך רצף חומצות האמינו שלהם, אתרי הגליקוזילציה שנמצאים בתוך הרצף ומבנים חלקי הגליקן הנקשרים באתרים אלה.
שרשרות האוליגוסכרידים המקושרות על ידי גליקוזילציה לחלבונים אלה הן בדרך כלל מגוונות מאוד, אך הן קצרות מכיוון שהן אינן עולות על 15 שאריות סוכר. לחלבונים מסוימים יש שרשרת אוליגוסכרידית אחת, אך אצל אחרים עשויים להיות יותר מאחד וייתכן שהם ענפים.
האיחוד בין אוליגוסכרידים וחלבונים מתרחש דרך הפחמן האנומרי של הפחמימה וקבוצת ההידרוקסיל (-OH) של שאריות סרין או תראונין, במקרה של O- גליקוזילציה, או דרך החנקן האמידי של שארית אספרגין, במקרה של N- גליקוזילציה.
הפחמימות הנקשרות כך יכולות לייצג עד 70% מהמשקל המולקולרי של גליקופרוטאין ומאפייני חלק הפחמימות (גודל ומטען, למשל) יכולים להגן על כמה חלבונים מפני פרוטוליזה אנזימטית.
לאותו חלבון יכול להיות, ברקמות שונות, דפוסי גליקוזילציה שונים ההופכים אותו לגליקופרוטאין שונה, שכן המבנה השלם כולל לא רק את שאריות חומצות האמינו ואת סדרי המרחב שלהם, אלא גם את האוליגוסכרידים המחוברים אליהם.
בין שאריות הסוכר שנמצאות שוב ושוב בגליקופרוטאינים הם: D-galactose, D-mannose, D-glucose, L-fucose, D-xylose, L-arabinofuranose, N-acetyl-D-glucosamine, N-Acetyl -D-galactosamine, כמה חומצות סיאליות ושינוי של כל אלה.
מאפיינים
מִבנִי
מנקודת מבט מבנית, גליקופרוטאינים מספקים שרשראות פחמימות שמשתתפות בהגנה ותוך שימון של תאים, מכיוון שהם מסוגלים לחות ויוצרים חומר צמיג שמתנגד לתוקפנות מכניות וכימיות.
חלק מהגליקופרוטאינים נמצאים גם בחיידקים ובארכאאה, ואלו הם רכיבים חשובים בשכבת ה- S, שהיא השכבה החיצונית ביותר של מעטפת התא.
בנוסף, הם נמצאים גם כמרכיבים של חלבוני פלגלן, המהווים חלק מחוטי ה דגל המשמשים כאברי תנועה.
בצמחים יש גם גליקופרוטאינים מבניים המאופיינים בדפוסי גליקוזילציה מורכבים וניתן למצוא אותם כחלק ממבנה דופן התא או במטריקס החוץ תאי.
זיהוי תאים
גליקופרוטאינים משמשים פונקציות חשובות כאתרי זיהוי בין-תאים, מכיוון שקולטנים רבים על פני התא מסוגלים לזהות רצפי אוליגוסכרידים ספציפיים.
דוגמה להכרה בין-תאית המתרחשת באמצעות שרשראות האוליגוסכריד על פני התא היא המקרה של ההכרה בין הביוץ לזרע, הנחוצה כדי שתופעת ההפריה תתרחש ביצורים רב-תאיים עם רבייה מינית.
קבוצות דם אצל בני אדם נקבעות על פי זהות הסוכרים המחוברים לגליקופרוטאינים המפרטים אותם. נוגדנים והורמונים רבים הם גם גליקופרוטאינים ותפקידיהם חיוניים לאיתות והגנת הגוף.
הידבקות תאים
תאי ה- T של מערכת החיסון של היונקים הם בעלי גליקופרוטאין עם תחומי הדבקה המכונים CD2, המהווה מרכיב מרכזי לגירוי חיסוני מכיוון שהוא מתווך את הקשר בין התאים הלימפוציטים לתאי המציג אנטיגן דרך הקולטן שלו, CD58 גליקופרוטאין.
יש וירוסים שיש להם תפקודים פתוגניים חשובים עבור יונקים רבים, כולל בני אדם, הם בעלי גליקופרוטאינים על פני השטח הפועלים בתהליכי ההדבקה של החלקיק הנגיף לתאים שהם מיישרים.
כזה הוא המקרה של חלבון GP120 של נגיף החיסון האנושי או HIV שנרכש באינטראקציה עם חלבון פני השטח של תאים אנושיים המכונה GP41 ומשתף פעולה עם כניסת הנגיף לתא.
באותה דרך, הרבה חלבונים גליקוזילטים משתתפים בתהליכי הדבקה חשובה של התאים המתרחשים בחיים הרגילים של תאים הקיימים ברקמות רבות של אורגניזמים רב-תאיים.
גליקופרוטאינים כמטרות טיפוליות
מתחמי חלבון-פחמימות אלה הם היעדים המועדפים על פתוגנים רבים כמו טפילים ווירוסים, ולרוב glycoproteins עם דפוסי גליקוזילציה סוטים יש תפקידים קריטיים במחלות אוטואימוניות וסרטן.
מסיבות אלה, חוקרים שונים קיבלו על עצמם את המשימה להציע חלבונים אלה כמטרות טיפוליות אפשריות ולתכנון שיטות אבחון, טיפולים מהדור החדש ואפילו לעיצוב חיסונים.
שיעורים
סיווג הגליקופרוטאינים מבוסס בעיקר על אופי הקשר הגליקוזידי הקושר בין קבוצות החלבון והפחמימות ועל מאפייני הגליקנים המצורפים.
על פי שאריות הסוכר ניתן היה להשיג גליקופרוטאינים עם מונוסכרידים, דיסכרידים, אוליגוסכרידים, פוליסכרידים ונגזרות של אלה. חלק מהמחברים שוקלים סיווג של גליקופרוטאינים ב:
- פרוטוגליקנים המהווים תת-סוג בקבוצת הגליקופרוטאינים המכילה בחלק הפחמימות פוליסכרידים המורכבים בעיקר מסוכרי אמינו (גליקוזמינוגליקנים).
- גליקופפטידים, שהם מולקולות המורכבות מפחמימות המקושרות לאוליגופפטידים הנוצרים על ידי חומצות אמינו בתואם ה- L ו / או D שלהם.
- חומצות אמינו גליקו, שהן חומצות אמינו המקושרות לסכריד דרך כל סוג קשר קוולנטי.
- חומצות אמינו גליקוזיל, שהן חומצות אמינו המקושרות לחלק סכרידי דרך קשרים O-, N- או S-glycosidic.
בנוטיקה של חלבונים אלו המקושרים לפחמימות ובכך משמשים הקידומות O-, N- ו- S- כדי לציין באמצעות אילו קשרים סוכרים מחוברים לשרשרת הפוליפפטיד.
דוגמאות
- גליקופורין A הוא אחד הגליקופרוטאינים הנחקרים ביותר: זהו חלבון אינטגרלי של הממברנה של אריתרוציטים (תאים או תאי דם אדומים) ויש לו 15 שרשראות אוליגוסכרידים המקושרים באופן קוואליאלי לשאריות חומצות אמינו באזור הטרמינלי N דרך קשרים O-glycosidic ושרשרת המקושרת על ידי קשר N-glycosidic.
- מרבית החלבונים בדם הם גליקופרוטאינים וקבוצה זו כוללת אימונוגלובולינים והורמונים רבים.
- לקטלבומין, חלבון הקיים בחלב הוא גליקוזילט, כמו גם חלבונים רבים של הלבלב והליזוזומל.
- לקטינים הם חלבונים המחייבים פחמימות ולכן יש להם פונקציות מרובות בזיהוי.
- יש צורך להדגיש הרבה הורמונים מהחי שהם גליקופרוטאינים; בין אלה ניתן להזכיר לוטרופין (LH), follitropin (FSH) ותירוטרופין (TSH), המסונתזים בבלוטת יותרת המוח הקדמית, וגונדוטרופין כוריוני המיוצר בשילוב של בני אדם, פרימטים ו שווה.
להורמונים אלה יש תפקודי רבייה שכן LH ממריץ סטרואידוגנזה בשחלות ותאי ליידיג באשך.
- קולגן, חלבון בשפע שנמצא בעיקר ברקמות החיבור של בעלי חיים, מייצג משפחה ענקית של גליקופרוטאינים המורכבים ביותר מ -15 סוגים של חלבונים שלמרות שיש להם מאפיינים רבים משותפים, הם שונים למדי.
חלבונים אלה מכילים חלקים "לא קולגניים", חלקם מורכבים מפחמימות.
- אקסטנסינים הם חלבונים מהצומח המורכבים מרשת של גליקופרוטאינים בלתי מסיסים העשירים בשאריות הידרוקסיפרולין וסרין. הם נמצאים בקיר תאי הצמח ונחשבים לפעול כהגנה מפני סוגים שונים של מתח ופתוגנים.
- בצמחים יש גם חלבונים דמויי לקטין, ודוגמא מיוחדת לכך הם לקטינים של תפוחי אדמה, שככל הנראה יש להם יכולת להתגרגר תאי דם כמו אריתרוציטים.
- אחרון חביב ניתן לקרוא למוקינים, שהם גליקופרוטאינים המופרשים ברירית והם חלק מרוק אצל בעלי חיים, ובעיקר ממלאים פעולות שימון ואיתות.
הפניות
- Montreuil, J., Vliegenthart, J., and Schachter, H. (1995). גליקופרוטאינים. (א. נויברגר ול. דינן, אדס.). אלזביאר.
- נלסון, DL ו- Cox, MM (2009). עקרונות לינגינגר של ביוכימיה. מהדורות אומגה (מהדורה חמישית). https://doi.org/10.1007/s13398-014-0173-7.2
- Struwe, W., & Cosgrave, E. (2011). חלבונים פונקציונאליים ומבניים של גליקופרוטאינים. (R. Owens & J. Nettleship, Edds.). לונדון: שפרינגר.
- Voet, D., & Voet, J. (2006). ביוכימיה (מהדורה שלישית). העריכה של מדיקה פאנמריקנה.
- ויטמן, ו '(2007). גליקופפטידים וגליקופרוטאינים. סינתזה, מבנה ויישום. (V. Balzani, J.-M. Lehn, A. de Meijere, S. Ley, K. Houk, S. Schreiber, J. Thiem, Edds.). לייפציג: ספרינגר מדע + מדיה עסקית, LLC.