Glykoprotein - Glycoprotein
Glykoproteine sind Proteine , die Oligosaccharidketten ( Glykane ) enthalten, die kovalent an Aminosäureseitenketten gebunden sind. Das Kohlenhydrat wird in einer cotranslationalen oder posttranslationalen Modifikation an das Protein angehängt . Dieser Vorgang wird als Glykosylierung bezeichnet . Sekretierte extrazelluläre Proteine sind oft glykosyliert.
Bei Proteinen mit extrazellulär verlaufenden Segmenten sind die extrazellulären Segmente oft auch glykosyliert. Glykoproteine sind auch oft wichtige integrale Membranproteine , wo sie bei Zell-Zell-Wechselwirkungen eine Rolle spielen. Es ist wichtig, die endoplasmatische Retikulum-basierte Glykosylierung des sekretorischen Systems von der reversiblen zytosolisch-nuklearen Glykosylierung zu unterscheiden. Glykoproteine des Zytosols und des Zellkerns können durch die reversible Addition eines einzelnen GlcNAc-Rests modifiziert werden, der als reziprok zur Phosphorylierung angesehen wird, und deren Funktionen wahrscheinlich ein zusätzlicher regulatorischer Mechanismus sind, der die phosphorylierungsbasierte Signalgebung steuert. Im Gegensatz dazu kann die klassische sekretorische Glykosylierung strukturell essentiell sein. Zum Beispiel kann die Hemmung der Asparagin-gebundenen, dh N-gebundenen Glykosylierung die richtige Glykoproteinfaltung verhindern und eine vollständige Hemmung kann für eine einzelne Zelle toxisch sein. Im Gegensatz dazu ist eine Störung der Glykanprozessierung (enzymatische Entfernung/Anlagerung von Kohlenhydratresten an das Glykan), die sowohl im endoplasmatischen Retikulum als auch im Golgi-Apparat auftritt , für isolierte Zellen entbehrlich (als Beweis durch das Überleben mit Glykosidinhibitoren), kann aber zu menschlichen (angeborene Glykosylierungsstörungen) und können in Tiermodellen tödlich sein. Es ist daher wahrscheinlich, dass die Feinverarbeitung von Glykanen für die endogene Funktionalität, wie den Zelltransport, wichtig ist, dies jedoch wahrscheinlich gegenüber seiner Rolle bei Wirt-Pathogen-Interaktionen sekundär war. Ein berühmtes Beispiel für diesen letzteren Effekt ist das ABO-Blutgruppensystem .
Es ist auch bekannt, dass die Glykosylierung an nukleozytoplasmatischen Proteinen in Form von O- GlcNAc auftritt .
Arten der Glykosylierung
Es gibt verschiedene Arten der Glykosylierung, wobei die ersten beiden die häufigsten sind.
- Bei der N-Glykosylierung werden Zucker an Stickstoff gebunden , typischerweise an der Amidseitenkette von Asparagin .
- Bei der O-Glykosylierung werden Zucker an Sauerstoff gebunden, typischerweise an Serin oder Threonin , aber auch an Tyrosin oder nicht-kanonische Aminosäuren wie Hydroxylysin und Hydroxyprolin .
- Bei der P-Glykosylierung werden Zucker an Phosphor an einem Phosphoserin gebunden .
- Bei der C-Glykosylierung werden Zucker direkt an Kohlenstoff gebunden, wie bei der Addition von Mannose an Tryptophan .
- Bei der S-Glykosylierung wird ein beta- GlcNAc an das Schwefelatom eines Cysteinrestes gebunden.
- Bei der Glypiation wird ein GPI- Glykolipid an den C-Terminus eines Polypeptids gebunden und dient als Membrananker.
- Bei der Glykation , auch als nicht-enzymatische Glykosylierung bekannt, werden Zucker ohne die kontrollierende Wirkung eines Enzyms, sondern durch eine Maillard-Reaktion kovalent an ein Protein oder Lipidmolekül gebunden .
Monosaccharide
Zu den Monosacchariden, die häufig in eukaryotischen Glykoproteinen gefunden werden, gehören:
Zucker | Typ | Abkürzung |
---|---|---|
β-D-Glucose | Hexose | Glc |
β-D-Galactose | Hexose | Gal |
β-D-Mannose | Hexose | Mann |
α-L-Fucose | Desoxyhexose | Fuc |
N-Acetylgalactosamin | Aminohexose | GalNAc |
N-Acetylglucosamin | Aminohexose | GlcNAc |
N-Acetylneuraminsäure |
Aminononulosonsäure ( Sialinsäure ) |
NeuNAc |
Xylose | Pentose | Xyl |
Die Zuckergruppe(n) können die Proteinfaltung unterstützen , die Stabilität der Proteine verbessern und sind an der Zellsignalisierung beteiligt.
Beispiele
Ein Beispiel für Glykoproteine, die im Körper vorkommen, sind Muzine , die im Schleim der Atemwege und des Verdauungstraktes ausgeschieden werden. Die an Mucine gebundenen Zucker verleihen ihnen ein beträchtliches Wasserhaltevermögen und machen sie auch resistent gegen die Proteolyse durch Verdauungsenzyme.
Glykoproteine sind wichtig für die Erkennung von weißen Blutkörperchen . Beispiele für Glykoproteine im Immunsystem sind:
- Moleküle wie Antikörper (Immunglobuline), die direkt mit Antigenen interagieren .
- Moleküle des Haupthistokompatibilitätskomplexes (oder MHC), die auf der Oberfläche von Zellen exprimiert werden und als Teil der adaptiven Immunantwort mit T-Zellen interagieren .
- Sialyl-Lewis-X-Antigen auf der Oberfläche von Leukozyten.
H-Antigen der ABO-Blutkompatibilitätsantigene. Andere Beispiele für Glykoproteine sind:
- Gonadotropine (luteinisierendes Hormon ein follikelstimulierendes Hormon)
- Glykoprotein IIb/IIIa , ein auf Blutplättchen vorkommendes Integrin , das für die normale Blutplättchenaggregation und Adhärenz am Endothel erforderlich ist .
- Bestandteile der Zona pellucida , die die Eizelle umgibt und für die Spermien- Ei-Interaktion wichtig ist.
- strukturelle Glykoproteine, die im Bindegewebe vorkommen . Diese helfen, die Fasern, Zellen und die Grundsubstanz des Bindegewebes zusammenzubinden . Sie können auch dazu beitragen, dass sich Gewebebestandteile an anorganische Substanzen wie Kalzium im Knochen binden .
- Glykoprotein-41 ( gp41 ) und Glykoprotein-120 ( gp120 ) sind HIV-Virus-Hüllproteine.
Lösliche Glykoproteine weisen oft eine hohe Viskosität auf , beispielsweise in Eiweiß und Blutplasma .
- Miraculin ist ein Glykoprotein, das aus Synsepalum dulcificum, einer Beere, extrahiert wird und die menschlichen Zungenrezeptoren verändert, um saure Lebensmittel als süß zu erkennen.
Variable Oberflächenglykoproteine ermöglichen es dem Parasiten der Schlafkrankheit Trypanosoma , der Immunantwort des Wirts zu entkommen.
Der virale Spike des humanen Immunschwächevirus ist stark glykosyliert. Ungefähr die Hälfte der Masse des Spikes ist Glykosylierung und die Glykane wirken, um die Antikörpererkennung zu begrenzen, da die Glykane von der Wirtszelle zusammengesetzt werden und somit weitgehend „selbst“ sind. Im Laufe der Zeit können einige Patienten Antikörper entwickeln, um die HIV-Glykane zu erkennen, und fast alle sogenannten „breit neutralisierenden Antikörper (bnAbs) erkennen einige Glykane“. Dies ist hauptsächlich möglich, weil die ungewöhnlich hohe Dichte der Glykane die normale Glykanreifung behindert und sie daher im vorzeitigen, mannosereichen Zustand gefangen sind. Dies bietet ein Fenster für die Immunerkennung. Da diese Glykane außerdem viel weniger variabel sind als das zugrunde liegende Protein, haben sie sich als vielversprechende Ziele für das Impfstoffdesign erwiesen.
Hormone
Zu den Hormonen , die Glykoproteine sind, gehören:
- Follikelstimulierendes Hormon
- Luteinisierendes Hormon
- Schilddrüsenstimulierendes Hormon
- Humanes Choriongonadotropin
- Alpha Fetoprotein
- Erythropoietin (EPO)
Unterscheidung zwischen Glykoproteinen und Proteoglykanen
Zitat aus Empfehlungen für IUPAC:
Ein Glykoprotein ist eine Verbindung, die Kohlenhydrat (oder Glykan) enthält, das kovalent an Protein gebunden ist. Das Kohlenhydrat kann in Form eines Monosaccharids, Disaccharid(s) vorliegen. Oligosaccharid(e), Polysaccharid(e) oder deren Derivate (zB sulfo- oder phosphosubstituiert). Eine, wenige oder viele Kohlenhydrateinheiten können vorhanden sein. Proteoglykane sind eine Unterklasse von Glykoproteinen, bei denen die Kohlenhydrateinheiten Polysaccharide sind, die Aminozucker enthalten. Solche Polysaccharide werden auch als Glykosaminoglykane bezeichnet.
Funktionen
Funktion | Glykoproteine |
---|---|
Strukturmolekül | Kollagene |
Schmier- und Schutzmittel | Mucine |
Transportmolekül | Transferrin , Ceruloplasmin |
Immunologisches Molekül | Immunglobuline , Histocompatibility Antigene |
Hormon | Humanes Choriongonadotropin (HCG), Schilddrüsen-stimulierendes Hormon (TSH) |
Enzym | Verschiedene, zB alkalische Phosphatase , Patatin |
Zellanheftungs-Erkennungsstelle | Verschiedene Proteine, die an Zell-Zell -Interaktionen (z. B. Sperma – Eizelle ), Virus-Zell-, Bakterium-Zell- und Hormon-Zell-Interaktionen beteiligt sind |
Frostschutzprotein | Bestimmte Plasmaproteine von Kaltwasserfischen |
Interagieren mit bestimmten Kohlenhydraten | Lektine , Selektine (Zelladhäsionslektine), Antikörper |
Rezeptor | Verschiedene Proteine, die an der Hormon- und Arzneimittelwirkung beteiligt sind |
Beeinflussen die Faltung bestimmter Proteine | Calnexin , Calretikulin |
Regulierung der Entwicklung | Notch und seine Analoga, Schlüsselproteine in der Entwicklung |
Hämostase (und Thrombose ) | Spezifische Glykoproteine auf den Oberflächenmembranen von Blutplättchen |
Analyse
Eine Vielzahl von Methoden, die zum Nachweis, zur Reinigung und zur Strukturanalyse von Glykoproteinen verwendet werden, sind
Methode | Verwenden |
---|---|
Periodsäure-Schiff-Färbung | Erkennt Glykoproteine als rosa Banden nach elektrophoretischer Trennung. |
Die Inkubation von gezüchteten Zellen mit Glykoproteinen als radioaktive Zerfall Banden | Führt zum Nachweis eines radioaktiven Zuckers nach elektrophoretischer Trennung. |
Behandlung mit geeigneten Endo- oder Exoglykosidase oder Phospholipasen | Die resultierenden Verschiebungen der elektrophoretischen Migration helfen, zwischen Proteinen mit N-Glykan-, O-Glykan- oder GPI-Bindungen und auch zwischen hohen Mannose- und komplexen N-Glykanen zu unterscheiden. |
Agarose - Lektin Säulenchromatographie , Lektin - Affinitätschromatographie | Zur Reinigung von Glykoproteinen oder Glykopeptiden, die das jeweilige verwendete Lektin binden. |
Lektin- Affinitätselektrophorese | Resultierende Verschiebungen der elektrophoretischen Migration helfen, Glykoformen zu unterscheiden und zu charakterisieren , dh Varianten eines Glykoproteins, die sich in Kohlenhydrat unterscheiden. |
Zusammensetzungsanalyse nach Säurehydrolyse | Identifiziert Zucker, die das Glykoprotein enthält, und deren Stöchiometrie. |
Massenspektrometer | Liefert Informationen zu Molekülmasse , Zusammensetzung, Sequenz und manchmal Verzweigung einer Glykankette. Es kann auch für ortsspezifisches Glykosylierungsprofiling verwendet werden. |
NMR-Spektroskopie | Um spezifische Zucker, ihre Sequenz, Verknüpfungen und die anomere Natur der glykosidischen Kette zu identifizieren. |
Mehrwinkel-Lichtstreuung | In Verbindung mit Größenausschlusschromatographie, UV/Vis-Absorption und Differentialrefraktometrie liefert sie Informationen über die Molekularmasse , das Protein-Kohlenhydrat-Verhältnis, den Aggregationszustand, die Größe und manchmal die Verzweigung einer Glykankette. Analysiert in Verbindung mit der Zusammensetzungs-Gradienten-Analyse die Selbst- und Heteroassoziation, um die Bindungsaffinität und Stöchiometrie mit Proteinen oder Kohlenhydraten in Lösung ohne Markierung zu bestimmen. |
Dual-Polarisations-Interferometrie | Misst die Mechanismen, die den biomolekularen Wechselwirkungen zugrunde liegen, einschließlich Reaktionsgeschwindigkeiten, Affinitäten und damit verbundener Konformationsänderungen . |
Methylierungs- (Verknüpfungs-)Analyse | Um die Verbindung zwischen Zuckern zu bestimmen. |
Aminosäure- oder cDNA- Sequenzierung | Bestimmung der Aminosäuresequenz. |
Siehe auch
Hinweise und Referenzen
Externe Links
- Glykan erkennende Proteine
- Struktur von Glykoprotein und Kohlenhydratkette – Homepage zum Erlernen der Umweltchemie
- Biochemie 5.E 11.3. Kohlenhydrate können an Proteine gebunden werden, um Glykoproteine zu bilden
- Kohlenhydratchemie und Glykobiologie: Eine Webtour SPEZIELLES Webergänzungsmittel Science 23. März 2001, Bd. 291, Ausgabe 5512, Seiten 2263–2502
- Glykoproteine in der US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
- Emanual Maverakis; et al. „Glykane im Immunsystem und die veränderte Glykantheorie der Autoimmunität“ (PDF) .
- Biologische Bedeutung der Glykosylierung eines Proteins