גליקוזילציה של חלבון: סוגים, תהליכים ותפקודים - ביולוגיה - 2025

Glycosylation החלבון הוא שינוי posttranslational הוא התוספת של שרשרות oligosaccharide ליניארי או חלבון קנים. הגליקופרוטאינים המתקבלים הם בדרך כלל חלבוני שטח וחלבונים של מסלול ההפרשה.

גליקוזילציה היא אחד השינויים הנפוצים ביותר בפפטיד בקרב אורגניזמים אוקיארוטים, אך הוכח גם שהוא מתרחש בכמה מינים של ארכאאה וחיידקים.

דוגמה לשרשראות אוליגוסכרידים שיכולים להיקשר לחלבונים על ידי גליקוזילציה (Dna 621, מתוך ויקישיתוף Commons)

באוקריוטות, מנגנון זה מתרחש בין הרטיקולום האנדופלמזי (ER) למתחם הגולגי, תוך התערבות של אנזימים שונים המעורבים הן בתהליכי ויסות והן ביצירת קשרים קוולנטים + אוליגוסכרידים.

סוגים של גליקוליזה

בהתאם לאתר הקשור של האוליגוסכריד לחלבון, ניתן לסווג את הגליקוזילציה ל -4 סוגים:

N-

זה הנפוץ מכולם ומתרחש כאשר אוליגוסכרידים נקשרים לחנקן של קבוצת האמיד של שאריות אספרגין במוטיב Asn-X-Ser / Thr, כאשר X יכול להיות כל חומצת אמינו למעט פרולין.

אוֹ

כאשר הפחמימות נקשרות לקבוצת ההידרוקסיל של סרין, טרונין, הידרוקסיליצין או טירוזין. זהו שינוי פחות נפוץ והדוגמאות לכך הן חלבונים כמו קולגן, גליקופורין ומוקינים.

C-

זה מורכב מתוספת של שאריות מנוז הנקשרת לחלבון על ידי קשר CC עם C2 של קבוצת האינולה בשאריות טריפטופן.

Glipiation (מתוך האנגלית "

פוליסכריד משמש כגשר לחיבור חלבון לעוגן גליקוזילפוספטידילינositול (GPI) על הקרום.

תהליך

באוקריוטות

N-glycosylation הוא זה שנחקר בפירוט רב ביותר. בתאי יונקים התהליך מתחיל ב- ER המחוספס, שם פוליסכריד מעוצב מראש נקשר לחלבונים כשהם יוצאים מהריבוזומים.

פוליסכריד מבשר אמר זה מורכב מ- 14 שאריות סוכר, כלומר: 3 שאריות גלוקוז (Glc), 9 מנוזה (Man) ו- 2 N- אצטיל גלוקוזאמין (GlcNAc).

מבשר זה שכיח בצמחים, בבעלי חיים ובאורגניזמים אקוגרטיים חד-תאיים. היא קשורה לקרום הודות לקשר עם מולקולת דוליצול, ליפיד איזופרנואיד המוטמע בקרום ה- ER.

לאחר הסינתזה שלו, האוליגוסכריד מועבר על ידי מתחם האנזים אוליגוסקררילטרנספרז למשקע אספרגין הכלול ברצף הטרי-פפטיד Asn-X-Ser / Thr של חלבון בזמן שהוא מתורגם.

שלושת שאריות ה- Glc בסוף האוליגוסכריד משמשים כאות לסינתזה נכונה של האוליגוסכריד, ונחצבים יחד עם אחת משקעי ה- Man לפני שהחלבון מועבר למנגנון גולגי להמשך עיבוד.

לאחר המנגנון של גולגי, ניתן לשנות את חלקי האוליגוסכרידים המחוברים לגליקופרוטאינים על ידי תוספת של גלקטוז, חומצה סיאלית, פוקוזה ושקעים רבים אחרים, ומניבים שרשראות בעלות מגוון ומורכבות הרבה יותר גדולים.

עיבוד אוליוסכריד (דנה 621, מתוך ויקימדיה Commons)

המכונות האנזימטיות הנחוצות לביצוע תהליכי הגליקוזילציה כוללות מספר רב של גליקוזילטרנספרסים לתוספת סוכרים, גליקוזידזים להסרתם, ומובילי סוכר נוקליאוטיד שונים לתרומת שאריות המשמשות כמצעים.

בפרוקריוטות

לחיידקים אין מערכות קרום תוך-תאיות, ולכן היווצרות אוליגוסכרידית ראשונית (מתוך 7 שאריות בלבד) מתרחשת בצד הציטוסולי של קרום הפלזמה.

מבשר אמר זה מסונתז על ליפיד שמועבר לאחר מכן על ידי פליפאז תלוי ATP לחלל הפריפלזמי, בו מתרחשת גליקוזילציה.

הבדל חשוב נוסף בין הגלוקוזילציה האוקריוזית לפרוקריוטית הוא שהאנזים אוליגוסכריריד טרנספרז (אוליגוסקרילטרנספרז) מחיידקים יכול להעביר שאריות סוכר למנות חופשיות של חלבונים מקופלים כבר, לא כפי שהם מתורגמים על ידי ריבוזומים.

יתר על כן, מוטיב הפפטיד המוכר על ידי אנזים זה אינו אותו רצף טרי-פפטיד אקולוגי.

מאפיינים

נוליגוזכרידים המצורפים לגליקופרוטאינים משרתים מטרות שונות. לדוגמה, חלבונים מסוימים דורשים שינוי זה לאחר התרגום כדי להשיג קיפול נכון של המבנה שלהם.

לאחרים זה מספק יציבות, בין אם על ידי הימנעות מהשפלה של חלבון או משום שמנה זו נחוצה להם כדי למלא את תפקידם הביולוגי.

מכיוון שאוליגוסכרידים הם בעלי אופי הידרופילי חזק, תוספתם הקובילנטית לחלבון משנה בהכרח את הקוטביות והמסיסות שלהם, שעשויים להיות בעלי רלוונטיות מבחינה תפקודית.

לאחר שהם מחוברים לחלבוני הממברנה, האוליגוסכרידים הם נושאי מידע בעלי ערך. הם משתתפים בתהליכי איתות תאים, תקשורת, זיהוי, הגירה והדבקה.

יש להם תפקיד חשוב בקרישת הדם, בריפוי ותגובת החיסון, כמו גם בעיבוד בקרת איכות החלבון, שהיא תלויה בגליקן וחיונית לתא.

חֲשִׁיבוּת

לפחות 18 מחלות גנטיות נקשרו לגליקוזילציה חלבונית בבני אדם, חלקן כרוכות בהתפתחות גופנית ונפשית לקויה, ואילו אחרות יכולות להיות קטלניות.

יש מספר גדל והולך של תגליות הקשורות למחלות גליקוזילציה, במיוחד בקרב ילדים. רבות מההפרעות הללו הן מולדות וקשורות לפגמים הקשורים לשלבים הראשונים של היווצרות אוליגוסכרידים או להסדרת האנזימים המשתתפים בתהליכים אלה.

מכיוון שחלק גדול מחלבוני הגליקוזילציה מהווים את הגליקוקליקס, ישנו עניין הולך וגובר לאמת שמוטציות או שינויים בתהליכי הגליקוזילציה עשויים להיות קשורים לשינוי בסביבת המיקרו של תאי הגידול וכך לקדם את ההתקדמות של גידולים והתפתחות גרורות בחולי סרטן.

הפניות

1. Aebi, M. (2013). Glycosylation חלבון מקושר N ב- ER. Biochimica et Biophysica Acta, 1833 (11), 2430–2437.
2. דניס, ג'יי.וי, גרנובסקי, מ ', וורן, לסה"נ (1999). גליקוזילציה חלבונית בהתפתחות ומחלות. BioEssays, 21 (5), 412-421.
3. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., … Martin, K. (2003). ביולוגיה מולקולרית של התא (מהדורה חמישית). פרימן, WH & Company.
4. Luckey, M. (2008). ביולוגיה מבנית ממברנת: עם יסודות ביוכימיים וביו-פיזיים. הוצאת אוניברסיטת קיימברידג '. נשלח מ- www.cambrudge.org/9780521856553
5. נלסון, DL ו- Cox, MM (2009). עקרונות לינגינגר של ביוכימיה. מהדורות אומגה (מהדורה חמישית).
6. נותפט, ח. ושימנסקי, CM (2010). גליקוזילציה חלבונית בחיידקים: מתוקה מתמיד. חוות דעת על טבע מיקרוביולוגיה, 8 (11), 765-778.
7. Ohtsubo, K., and Marth, JD (2006). גליקוזילציה במנגנונים סלולריים לבריאות ומחלות. תא, 126 (5), 855-867.
8. ספירו, RG (2002). גליקוזילציה חלבונית: טבע, התפלגות, היווצרות אנזימטית והשלכות מחלות של קשרי גליקופפטיד. גליקוביולוגיה, 12 (4), 43R-53R.
9. Stowell, SR, Ju, T., & Cummings, RD (2015). גליקוזילציה חלבונית בסרטן. סקירה שנתית של פתולוגיה: מנגנוני מחלה, 10 (1), 473–510.
10. Strasser, R. (2016). גליקוזילציה חלבונית מהצומח. גליקוביולוגיה, 26 (9), 926–939.
11. Xu, C., & Ng, DTW (2015). בקרת איכות המכוונת לגליקוזילציה של קיפול חלבונים. ביקורות על טבע ביולוגיה מולקולרית של תאים, 16 (12), 742-752.
12. Zhang, X., & Wang, Y. (2016). בקרת איכות גליקוזילציה על ידי מבנה גולגי. Journal of Molecular Biology, 428 (16), 3183–3193.