โปรตีนไกลโคซิเลชัน: ประเภทกระบวนการและหน้าที่ - ชีววิทยา

glycosylation โปรตีนเป็นดัดแปลงหลังคือนอกเหนือจากโซ่ Oligosaccharide เส้นหรือโปรตีนกิ่ง ไกลโคโปรตีนที่เกิดขึ้นโดยทั่วไปคือโปรตีนบนพื้นผิวและโปรตีนของทางหลั่ง

Glycosylation เป็นหนึ่งในการปรับเปลี่ยนเปปไทด์ที่พบบ่อยที่สุดในสิ่งมีชีวิตยูคาริโอต แต่พบว่าเกิดขึ้นในอาร์เคียและแบคทีเรียบางชนิดเช่นกัน

ตัวอย่างโซ่โอลิโกแซ็กคาไรด์ที่สามารถจับกับโปรตีนโดยไกลโคซิเลชัน (Dna 621 จาก Wikimedia Commons)

ในยูคาริโอตกลไกนี้เกิดขึ้นระหว่างเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม (ER) และกอลจิคอมเพล็กซ์โดยมีการแทรกแซงของเอนไซม์ต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องทั้งในกระบวนการควบคุมและในการสร้างพันธะโคเวเลนต์โปรตีน + โอลิโกแซ็กคาไรด์

ประเภทของไกลโคไลซิส

ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของการจับตัวของโอลิโกแซ็กคาไรด์กับโปรตีนไกลโคซิเลชันสามารถแบ่งออกได้เป็น 4 ประเภท:

N-

เป็นเรื่องปกติมากที่สุดและเกิดขึ้นเมื่อโอลิโกแซ็กคาไรด์จับกับไนโตรเจนของกลุ่มเอไมด์ของสารแอสพาราจีนที่ตกค้างในบรรทัดฐาน Asn-X-Ser / Thr โดยที่ X สามารถเป็นกรดอะมิโนใด ๆ ยกเว้นโพรลีน

หรือ

เมื่อคาร์โบไฮเดรตจับตัวกับกลุ่มไฮดรอกซิลของซีรีน ธ รีโอนีนไฮดรอกซีไลซีนหรือไทโรซีน เป็นการดัดแปลงที่พบได้น้อยและตัวอย่างเช่นโปรตีนเช่นคอลลาเจนไกลโคเฟอรินและมิวซิน

ค-

ประกอบด้วยการเติมกากแมนโนสที่จับกับโปรตีนด้วยพันธะซีซีกับ C2 ของกลุ่มอินโดลในสารตกค้างทริปโตเฟน

Glipiation (จากภาษาอังกฤษ“

โพลีแซคคาไรด์ทำหน้าที่เป็นสะพานเชื่อมต่อโปรตีนกับจุดยึดไกลโคซิลฟอสฟาติดิลิโนซิทอล (GPI) บนเมมเบรน

กระบวนการ

ในยูคาริโอต

N -glycosylation เป็นสิ่งที่ได้รับการศึกษาในรายละเอียดมากที่สุด ในเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมกระบวนการเริ่มต้นใน ER ที่หยาบซึ่งโพลีแซ็กคาไรด์ที่สร้างไว้ล่วงหน้าจะจับกับโปรตีนเมื่อพวกมันโผล่ออกมาจากไรโบโซม

สารตั้งต้นโพลีแซคคาไรด์ดังกล่าวประกอบด้วยน้ำตาลตกค้าง 14 ชนิด ได้แก่ : 3 กลูโคส (Glc), แมนโนส 9 (ชาย) และ 2 N-acetyl glucosamine (GlcNAc) ที่ตกค้าง

สารตั้งต้นนี้พบได้ทั่วไปในพืชสัตว์และสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวยูคาริโอต มันถูกผูกไว้กับเมมเบรนเนื่องจากพันธะกับโมเลกุลโดลิคอลซึ่งเป็นไขมันไอโซพรีนอยด์ที่ฝังอยู่ในเมมเบรน ER

หลังจากการสังเคราะห์โอลิโกแซ็กคาไรด์จะถูกถ่ายโอนโดยคอมเพล็กซ์ของเอนไซม์โอลิโกซาคารีอัลทรานสเฟอเรสไปยังสารตกค้างแอสพาราจีนที่รวมอยู่ในลำดับไตรเปปไทด์ Asn-X-Ser / Thr ของโปรตีนในขณะที่กำลังแปล

สารตกค้างของ Glc ทั้งสามที่ส่วนท้ายของโอลิโกแซ็กคาไรด์ทำหน้าที่เป็นสัญญาณสำหรับการสังเคราะห์โอลิโกแซ็กคาไรด์ที่ถูกต้องและจะถูกแยกออกพร้อมกับกากของมนุษย์ก่อนที่โปรตีนจะถูกนำไปยังอุปกรณ์ Golgi เพื่อการแปรรูปต่อไป

เมื่ออยู่ในอุปกรณ์ Golgi ส่วนของโอลิโกแซ็กคาไรด์ที่ติดอยู่กับไกลโคโปรตีนสามารถแก้ไขได้โดยการเติมกาแลคโตสกรดเซียลิกฟูโคสและสารตกค้างอื่น ๆ อีกมากมายทำให้เกิดความหลากหลายและความซับซ้อนมากขึ้น

การประมวลผล Oliosaccharide (Dna 621 จาก Wikimedia Commons)

เครื่องจักรเอนไซม์ที่จำเป็นในการดำเนินกระบวนการไกลโคซิเลชั่นประกอบด้วยไกลโคซิลทรานเฟอร์เรสจำนวนมากสำหรับการเติมน้ำตาลไกลโคซิเดสสำหรับการกำจัดและตัวขนส่งน้ำตาลนิวคลีโอไทด์ที่แตกต่างกันสำหรับการมีส่วนร่วมของสารตกค้างที่ใช้เป็นสารตั้งต้น

ในโปรคาริโอต

แบคทีเรียไม่มีระบบเมมเบรนภายในเซลล์ดังนั้นการสร้างโอลิโกแซ็กคาไรด์เริ่มต้น (จากสารตกค้างเพียง 7 ชนิด) เกิดขึ้นที่ด้านไซโตโซลิกของเยื่อหุ้มพลาสมา

สารตั้งต้นดังกล่าวถูกสังเคราะห์ขึ้นจากลิพิดซึ่งจะถูกแปลโดยฟลิปเปสที่ขึ้นกับ ATP ไปยังปริภูมิซึ่งเกิดไกลโคซิเลชั่น

ความแตกต่างที่สำคัญอีกประการหนึ่งระหว่างยูคาริโอตกับโปรคาริโอตไกลโคซิเลชันคือเอนไซม์โอลิโกแซ็กคาไรด์ทรานสเฟอเรส (oligosacaryltransferase) จากแบคทีเรียสามารถถ่ายโอนน้ำตาลที่ตกค้างไปยังส่วนที่เป็นอิสระของโปรตีนที่พับอยู่แล้วไม่ใช่จากการแปลโดยไรโบโซม

นอกจากนี้แรงจูงใจของเปปไทด์ที่เอนไซม์นี้รู้จักไม่ใช่ลำดับไตรเปปไทด์ยูคาริโอตเดียวกัน

คุณสมบัติ

N-oligosaccharides ที่ติดกับไกลโคโปรตีนทำหน้าที่ต่างๆ ตัวอย่างเช่นโปรตีนบางชนิดต้องการการดัดแปลงหลังการแปลเพื่อให้เกิดการพับที่เหมาะสมของโครงสร้าง

สำหรับคนอื่น ๆ มันให้ความเสถียรไม่ว่าจะโดยหลีกเลี่ยงการย่อยสลายของโปรตีนหรือเนื่องจากส่วนนี้จำเป็นสำหรับพวกมันในการทำหน้าที่ทางชีวภาพ

เนื่องจากโอลิโกแซ็กคาไรด์มีลักษณะชอบน้ำที่แข็งแกร่งการเพิ่มโควาเลนต์ของโปรตีนเหล่านี้จึงจำเป็นต้องปรับเปลี่ยนขั้วและความสามารถในการละลายซึ่งอาจมีความเกี่ยวข้องจากมุมมองการทำงาน

เมื่อเชื่อมต่อกับโปรตีนเมมเบรนแล้วโอลิโกแซ็กคาไรด์เป็นตัวพาข้อมูลที่มีค่า พวกเขามีส่วนร่วมในกระบวนการส่งสัญญาณของเซลล์การสื่อสารการรับรู้การย้ายถิ่นและการยึดเกาะ

พวกมันมีหน้าที่สำคัญในการแข็งตัวของเลือดการรักษาและการตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกันตลอดจนการควบคุมคุณภาพโปรตีนซึ่งขึ้นอยู่กับไกลแคนและขาดไม่ได้สำหรับเซลล์

ความสำคัญ

โรคทางพันธุกรรมอย่างน้อย 18 โรคเชื่อมโยงกับโปรตีนไกลโคซิเลชันในมนุษย์ซึ่งบางโรคเกี่ยวข้องกับพัฒนาการทางร่างกายและจิตใจที่ไม่ดีในขณะที่โรคอื่น ๆ อาจถึงแก่ชีวิตได้

มีการค้นพบเกี่ยวกับโรคไกลโคซิเลชันเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ โดยเฉพาะในผู้ป่วยเด็ก ความผิดปกติหลายอย่างเหล่านี้มีมา แต่กำเนิดและเกี่ยวข้องกับข้อบกพร่องที่เกี่ยวข้องกับระยะเริ่มต้นของการสร้างโอลิโกแซ็กคาไรด์หรือการควบคุมของเอนไซม์ที่เข้าร่วมในกระบวนการเหล่านี้

เนื่องจากส่วนใหญ่ของโปรตีนไกลโคซิเลดประกอบเป็นไกลโคคาลิกซ์จึงมีความสนใจเพิ่มขึ้นในการตรวจสอบว่าการกลายพันธุ์หรือการเปลี่ยนแปลงในกระบวนการไกลโคซิเลชั่นอาจเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมจุลภาคของเซลล์เนื้องอกและทำให้เกิดการลุกลามของ เนื้องอกและพัฒนาการของการแพร่กระจายในผู้ป่วยมะเร็ง

อ้างอิง

เอบิ, M. (2013). N-linked protein glycosylation ใน ER Biochimica et Biophysica Acta, 1833 (11), 2430–2437
Dennis, JW, Granovsky, M. , & Warren, CE (1999) โปรตีนไกลโคซิเลชันในการพัฒนาและโรค BioEssays, 21 (5), 412-421.
Lodish, H. , Berk, A. , Kaiser, CA, Krieger, M. , Bretscher, A. , Ploegh, H. , … Martin, K. (2003) ชีววิทยาระดับโมเลกุล (ฉบับที่ 5). ฟรีแมน WH & Company
Luckey, M. (2008). ชีววิทยาโครงสร้างเมมเบรน: ด้วยพื้นฐานทางชีวเคมีและชีวฟิสิกส์ สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ สืบค้นจาก www.cambrudge.org/9780521856553
Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger หลักการทางชีวเคมี Omega Editions (ฉบับที่ 5)
Nothaft, H. , & Szymanski, CM (2010). โปรตีนไกลโคซิเลชันในแบคทีเรีย: หวานกว่าที่เคย Nature Reviews Microbiology, 8 (11), 765–778
Ohtsubo, K. , & Marth, JD (2006). Glycosylation ในกลไกของเซลล์สุขภาพและโรค. เซลล์, 126 (5), 855-867
สไปโร, RG (2002). โปรตีนไกลโคซิเลชัน: ธรรมชาติการกระจายการสร้างเอนไซม์และผลกระทบของโรคของพันธะไกลโคเปปไทด์ Glycobiology, 12 (4), 43R-53R.
Stowell, SR, Ju, T. , & Cummings, RD (2015). Glycosylation ของโปรตีนในมะเร็ง Annual Review of Pathology: Mechanisms of Disease, 10 (1), 473–510
Strasser, R. (2016). ไกลโคซิเลชันโปรตีนจากพืช Glycobiology, 26 (9), 926–939
Xu, C. , & Ng, DTW (2015). การควบคุมคุณภาพของการพับโปรตีนด้วย Glycosylation Nature Reviews Molecular Cell Biology, 16 (12), 742–752
Zhang, X. , & Wang, Y. (2016). การควบคุมคุณภาพไกลโคซิเลชันโดยโครงสร้างกอลจิ วารสารอณูชีววิทยา, 428 (16), 3183–3193.

โปรตีนไกลโคซิเลชัน: ประเภทกระบวนการและหน้าที่ - ชีววิทยา - 2026