Glykoprotein - Glycoprotein

N-gebundene Protein-Glykosylierung (N-Glykosylierung von N-Glykanen) an Asn-Resten (Asn-x-Ser/Thr-Motive) in Glykoproteinen.

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.

Monosaccharide

Acht Zucker, die häufig in Glykoproteinen vorkommen.

Zu den Monosacchariden, die häufig in eukaryotischen Glykoproteinen gefunden werden, gehören:

Die wichtigsten Zucker in menschlichen Glykoproteinen
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:

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:

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

Einige Funktionen, die von Glykoproteinen erfüllt werden
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. SpermaEizelle ), 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

Einige wichtige Methoden zur Untersuchung von Glykoproteinen
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