Введение
Сегодня разберёмся с темой, которая будет на экзамене по биохимии. Гликозилирование белков — ферментативное присоединение углеводов (сахаров) к органическим молекулам, в частности к белкам.
Представьте, что белок — это оголенный провод. Он выполняет свою функцию, но легко может быть повреждён, неправильно понят соседними клетками или быстро разрушен. А теперь представьте, что этот провод покрыли изоляцией. Она защищает, помогает другим клеткам узнать провод, определяет, куда его направить. Эта "изоляция" для белков — углеводные цепи (гликаны). Процесс их присоединения к белку называется гликозилированием. Это самый распространенный тип посттрансляционной модификации белков. Более 50% всех белков человека гликозилированы.
Если вы не поймете гликозилирование, вы не поймете:
- Как работают антитела (иммуноглобулины)
- Почему у людей разные группы крови
- Как вирусы (включая ВИЧ и грипп) проникают в клетки
- Что происходит при сахарном диабете (гликирование — близкий, но другой процесс)
Ключевые функции гликозилирования
|
Функция |
Что она дает |
Пример |
|
Стабильность |
Защищает белок от протеаз (ферментов, которые режут белки) |
Белки слизистых оболочек |
|
Узнавание |
Позволяет клеткам "видеть" друг друга |
Антигены групп крови |
|
Нацеливание |
Помогает белку попасть туда, куда нужно |
Манноза-6-фосфатный путь в лизосомы |
|
Сигналинг |
Участвует в передаче сигналов |
Рецепторы гормонов |
Два главных типа гликозилирования
В клетках человека есть два основных способа "пришить" сахар к белку: N-гликозилирование и O-гликозилирование
Первый способ: N-гликозилирование
|
Характеристика |
Описание |
|
Куда пришиваем? |
К амидной группе аспарагина (Asn, N) |
|
Сигнальная последовательность |
Asn-X-Ser/Thr (где X — любая аминокислота, кроме пролина) |
|
Где происходит? |
В шероховатом эндоплазматическом ретикулуме (шЭПР) и аппарате Гольджи (АГ) |
|
Что пришиваем? |
Предварительно собранный "блок" из 14 сахаров (два N-ацетилглюкозамина, 9 манноз, 3 глюкозы) |
|
Примеры белков |
Антитела, рецепторы, многие мембранные белки |
Как это просиходит в клетке:
- В шЭПР синтезируется полипептид.
- Как только появляется мотив Asn-X-Ser/Thr, фермент олигосахарилтрансфераза "прилепляет" готовый гликановый блок из 14 сахаров.
- В шЭПР и АГ этот блок "дозревает" — отрезаются лишние сахара (обычно 3 глюкозы и некоторые маннозы) и добавляются новые (фукоза, сиаловая кислота).
Запомните: N-гликозилирование происходит на растущем полипептиде, еще до того, как белок свернулся.
Второй способ: O-гликозилирование
|
Характеристика |
Описание |
|
Куда пришиваем? |
К гидроксильной группе (OH) серина (Ser) или треонина (Thr) |
|
Сигнальная последовательность |
Нет строгого мотива, но часто участки, богатые Ser/Thr |
|
Где происходит? |
Только в АГ (после сворачивания белка) |
|
Что пришиваем? |
Сахара добавляются по одному, а не блоком. Первый сахар — N-ацетилгалактозамин (GalNAc) |
|
Примеры белков |
Муцины (главный компонент слизи), белки внеклеточного матрикса |
Ключевое отличие: При O-гликозилировании нет готового блока. Сахар пришивается по одному ферментами, которые называются полипептид-GalNAc-трансферазами. Их у человека около 20 штук, и они по-разному работают в разных тканях.
Сравнительная таблица
|
|
N-связанное |
O-связанное |
|
Куда пришиваем? |
К аспарагину (Asn) |
К серину или треонину(Ser/Thr) |
|
Где в клетке? |
В шЭПР |
В АГ |
|
Как пришиваем? |
Сразу целым блоком из ~14 сахаров |
По одному сахару |
|
Примеры белков |
Антитела, рецепторы |
Слизь (муцины) |
Резюме и клинические примеры
1. Гликозилирование — это ферментативное присоединение углеводов к белкам. Более 50% белков человека гликозилированы.
2. Два главных типа:
- N-гликозилирование (к аспарагину) — происходит в шЭПР, пришивается блоком из 14 сахаров.
- O-гликозилирование (к серину/треонину) — происходит в АГ, сахара добавляются по одному.
3. Функции: стабильность, узнавание, нацеливание, сигналинг, растворимость.
4. Клинические примеры:
- Врожденные нарушения гликозилирования (CDG) — редкие, но тяжелые болезни.
- Группы крови AB0 — определяются терминальными сахарами на эритроцитах.
- Раковые антигены (CA-125, CA-19-9) — это гликопротеины.
- Вирус гриппа использует сиаловую кислоту для входа в клетку.
5. Не путать гликозилирование с гликированием:
- Гликозилирование — ферментативное, нормальное.
- Гликирование — неферментативное, патологическое при диабете (HbA1c, AGEs).
6. Гликоинженерия позволяет создавать более эффективные лекарства (афукозилированные антитела).
Более подробно про этот процесс можно узнать в нашем курсе по биохимии
Читайте также про липопротеины.
Похожие статьи
