GLYCOPROTEIN: CẤU TRÚC, CHỨC NĂNG, LỚP VÀ VÍ DỤ - SINH HỌC - 2026

Các glycoprotein hoặc glycoprotein là các protein xuyên màng là một phần của đại họ các glycoconjugate màng và có trong động vật, thực vật và vi sinh vật như vi khuẩn, nấm men và Archaea.

Chúng được xác định lần đầu tiên vào năm 1908 bởi Ủy ban Danh pháp Protein của Hiệp hội Các nhà Hóa sinh Hoa Kỳ và là kết quả của sự kết hợp glycosidic của một protein với một phần carbohydrate gọi là glucan.

Cấu trúc của monome Lectin của cây họ đậu (Nguồn: Người dùng: Tomixdf qua Wikimedia Commons)

Chúng là những protein đặc biệt có nhiều trên bề mặt màng sinh chất của nhiều tế bào và tạo thành một phần quan trọng của lớp carbohydrate bao phủ chúng, trong nhiều trường hợp được gọi là glycocalyx.

Các protein tiền thân của glycoprotein được biến đổi cộng hóa trị trong lưới nội chất và phức hợp Golgi của nhiều sinh vật nhân thực sau quá trình dịch mã, mặc dù cũng có trường hợp glycosyl hóa trong bào tương, nhưng chúng ít phổ biến hơn và chỉ xảy ra với một loại đường. .

Sự glycosyl hóa protein thường có những tác động chức năng quan trọng đối với hoạt động của nó, vì nó có thể tham gia vào quá trình gấp và do đó, trong việc thiết lập cấu trúc bậc ba của nó.

Glycans có nhiều chức năng sinh học quan trọng đối với tế bào, vì chúng có thể mang lại tính đặc hiệu cho tế bào và tham gia vào các quá trình truyền tín hiệu nội bào và gian bào, vì chúng là phối tử cho các thụ thể nội sinh và ngoại sinh.

Glycoprotein, cũng như phần còn lại của glycoconjugate, quan trọng đến mức một tế bào dành tới 1% bộ gen của nó cho bộ máy glycosyl hóa và ở người, hơn 70% protein được biến đổi bằng cách glycosyl hóa.

Kết cấu

Cấu trúc của glycoprotein được nghiên cứu dựa trên trình tự axit amin của chúng, các vị trí glycosyl hóa trong trình tự và cấu trúc của các phần glycan liên kết tại các vị trí đó.

Các chuỗi oligosaccharide được liên kết bằng quá trình glycosyl hóa với các protein này nói chung rất đa dạng, nhưng chúng ngắn, vì chúng không vượt quá 15 gốc đường. Một số protein có một chuỗi oligosaccharide duy nhất, nhưng những protein khác có thể có nhiều hơn một và chúng có thể phân nhánh.

Sự kết hợp giữa oligosaccharid và protein xảy ra thông qua cacbon anome của cacbohydrat và nhóm hydroxyl (-OH) của gốc serine hoặc threonine, trong trường hợp O-glycosyl hóa, hoặc thông qua nitơ amide của cặn asparagin, trong trường hợp N-glycosyl hóa.

Do đó, cacbohydrat liên kết có thể chiếm tới 70% trọng lượng phân tử của glycoprotein và các đặc điểm của phần cacbohydrat (ví dụ như kích thước và điện tích) có thể bảo vệ một số protein chống lại sự phân giải protein bằng enzym.

Trong cùng một loại protein, trong các mô khác nhau có thể có các kiểu glycosyl hóa khác nhau khiến nó trở thành một glycoprotein khác nhau, vì cấu trúc hoàn chỉnh không chỉ bao gồm các gốc axit amin và sự sắp xếp không gian của chúng, mà còn cả các oligosaccharid gắn vào chúng.

Trong số các dư lượng đường được tìm thấy nhiều lần trong glycoprotein là: D-galactose, D-mannose, D-glucose, L-fucose, D-xylose, L-arabinofuranose, N-acetyl-D-glucosamine, N-acetyl -D-galactosamine, một số axit sialic và các sửa đổi của tất cả những thứ này.

Đặc trưng

Cấu trúc

Từ quan điểm cấu trúc, glycoprotein cung cấp các chuỗi carbohydrate tham gia vào quá trình bảo vệ và bôi trơn tế bào, vì chúng có khả năng ngậm nước và tạo thành một chất nhớt chống lại các tác động cơ học và hóa học.

Một số glycoprotein cũng được tìm thấy trong vi khuẩn và vi khuẩn cổ, và đây là những thành phần quan trọng của lớp S, là lớp ngoài cùng của vỏ tế bào.

Ngoài ra, chúng cũng được tìm thấy như là thành phần cấu tạo của các protein trùng roi, là một phần của các sợi tơ trùng roi được sử dụng làm cơ quan vận động.

Thực vật cũng sở hữu các glycoprotein cấu trúc được đặc trưng bởi các mô hình glycosyl hóa phức tạp và có thể được tìm thấy như một phần của cấu trúc thành tế bào hoặc trong chất nền ngoại bào.

Nhận dạng tế bào

Glycoprotein phục vụ các chức năng quan trọng như các vị trí nhận dạng giữa các tế bào, vì nhiều thụ thể trên bề mặt tế bào có khả năng nhận biết các trình tự oligosaccharide cụ thể.

Một ví dụ về sự nhận biết gian bào xảy ra nhờ chuỗi oligosaccharide trên bề mặt tế bào là trường hợp nhận biết giữa noãn và tinh trùng, cần thiết cho hiện tượng thụ tinh xảy ra ở sinh vật đa bào sinh sản hữu tính.

Nhóm máu ở người được xác định bởi danh tính của các loại đường gắn với glycoprotein chỉ định chúng. Các kháng thể và nhiều hormone cũng là glycoprotein và các chức năng của chúng rất cần thiết cho việc truyền tín hiệu và bảo vệ cơ thể.

Kết dính tế bào

Các tế bào T của hệ thống miễn dịch động vật có vú sở hữu một glycoprotein với các vùng kết dính được gọi là CD2, là thành phần quan trọng để kích thích miễn dịch vì nó làm trung gian liên kết giữa tế bào lympho và các tế bào trình diện kháng nguyên thông qua thụ thể của nó, CD58 glycoprotein.

Một số vi rút có chức năng gây bệnh quan trọng cho nhiều loài động vật có vú, bao gồm cả con người, sở hữu các glycoprotein bề mặt có chức năng trong quá trình kết dính của hạt vi rút với các tế bào mà chúng ký sinh.

Đó là trường hợp của protein GP120 của Virus gây suy giảm miễn dịch mắc phải ở người hoặc HIV, protein này tương tác với một protein bề mặt của tế bào người được gọi là GP41 và cộng tác với sự xâm nhập của virus vào tế bào.

Theo cách tương tự, nhiều protein được glycosyl hóa tham gia vào các quá trình kết dính tế bào quan trọng diễn ra trong cuộc sống bình thường của tế bào hiện diện trong nhiều mô của sinh vật đa bào.

Glycoprotein làm mục tiêu điều trị

Các phức hợp protein-carbohydrate này là mục tiêu ưa thích của nhiều mầm bệnh như ký sinh trùng và vi rút, và nhiều glycoprotein với các mô hình glycosyl hóa không ổn định có vai trò quan trọng trong các bệnh tự miễn dịch và ung thư.

Vì những lý do này, các nhà nghiên cứu khác nhau đã nhận nhiệm vụ đề xuất những protein này như là mục tiêu điều trị có thể có và để thiết kế các phương pháp chẩn đoán, liệu pháp thế hệ mới và thậm chí là thiết kế vắc-xin.

Những bài học

Việc phân loại glycoprotein chủ yếu dựa trên bản chất của liên kết glycosidic tham gia vào các nguyên tố protein và carbohydrate cũng như các đặc điểm của các glycans gắn liền.

Theo phần bã đường, có thể có glycoprotein với monosaccharid, disaccharid, oligosaccharid, polysaccharid và các dẫn xuất của chúng. Một số tác giả xem xét phân loại glycoprotein trong:

- Proteoglycan, là một phân lớp trong nhóm glycoprotein có chứa polysaccharid trong phần carbohydrate chủ yếu bao gồm đường amin (glycosaminoglycans).

- Glycopeptide, là các phân tử bao gồm cacbohydrat liên kết với các oligopeptit được tạo thành bởi các axit amin trong cấu trúc L và / hoặc D của chúng.

- Axit amin glyco, là những axit amin liên kết với saccarit thông qua bất kỳ loại liên kết cộng hóa trị nào.

- Axit amin glycosyl, là axit amin liên kết với một phần saccharide thông qua liên kết O-, N- hoặc S-glycosidic.

Trong danh pháp của các protein này do đó liên kết với cacbohydrat, các tiền tố O-, N- và S- được sử dụng để xác định các liên kết mà đường được gắn vào chuỗi polypeptit.

Ví dụ

- Glycophorin A là một trong những glycoprotein được nghiên cứu tốt nhất: nó là một protein không thể thiếu của màng tế bào hồng cầu (tế bào hoặc tế bào hồng cầu) và có 15 chuỗi oligosaccharide liên kết cộng hóa trị với các gốc axit amin ở vùng tận cùng N a thông qua các liên kết O-glycosidic và một chuỗi được liên kết bởi một liên kết N-glycosidic.

- Hầu hết các protein trong máu là glycoprotein và nhóm này bao gồm các globulin miễn dịch và nhiều hormone.

- Lactalbumin, một loại protein có trong sữa được glycosyl hóa, cũng như nhiều protein của tụy và lysosome.

- Lectin là protein liên kết với carbohydrate và do đó có nhiều chức năng trong việc nhận biết.

- Cũng cần làm nổi bật nhiều kích thích tố động vật là glycoprotein; Trong số này, có thể kể đến lutropin (LH), follitropin (FSH) và thyrotropin (TSH), được tổng hợp ở tuyến yên trước và gonadotropin màng đệm được sản xuất trong nhau thai của người, động vật linh trưởng và ngựa.

Các hormone này có chức năng sinh sản vì LH kích thích sự hình thành steroid trong buồng trứng và tế bào Leydig tinh hoàn.

- Collagen, một loại protein dồi dào có mặt chủ yếu trong các mô liên kết của động vật, đại diện cho một họ glycoprotein khổng lồ được tạo thành từ hơn 15 loại protein, mặc dù chúng có nhiều đặc điểm chung nhưng lại khá khác nhau.

Những protein này chứa các phần "không cắt dán", một số được tạo thành từ cacbohydrat.

- Extensins là protein thực vật bao gồm một mạng lưới các glycoprotein không hòa tan rất giàu hydroxyproline và dư lượng serine. Chúng được tìm thấy trong thành tế bào thực vật và được cho là hoạt động như một lớp bảo vệ chống lại các loại căng thẳng và mầm bệnh.

- Thực vật cũng có các protein giống lectin và một ví dụ đặc biệt trong số đó là các lectin trong khoai tây, dường như có khả năng ngưng kết các tế bào máu như hồng cầu.

- Cuối cùng, nhưng không kém phần quan trọng, có thể kể tên mucin, là glycoprotein được tiết ra trong niêm mạc và là một phần của nước bọt ở động vật, chủ yếu thực hiện chức năng bôi trơn và truyền tín hiệu.

Người giới thiệu

1. Montreuil, J., Vliegenthart, J., & Schachter, H. (1995). Glycoprotein. (A. Neuberger & L. Deenen, Eds.). Elsevier.
2. Nelson, DL & Cox, MM (2009). Các nguyên tắc của Lehninger về Hóa sinh. Omega Editions (ấn bản thứ 5). https://doi.org/10.1007/s13398-014-0173-7.2
3. Struwe, W., & Cosgrave, E. (2011). Proteomics chức năng và cấu trúc của Glycoprotein. (R. Owens & J. Nettleship, Eds.). London: Springer.
4. Voet, D., & Voet, J. (2006). Hóa sinh (xuất bản lần thứ 3). Biên tập Médica Panamericana.
5. Wittman, V. (2007). Glycopeptides và Glycoprotein. Tổng hợp, Cấu trúc và Ứng dụng. (V. Balzani, J.-M. Lehn, A. de Meijere, S. Ley, K. Houk, S. Schreiber, J. Thiem, Eds.). Leipzig: Springer Science + Business Media, LLC.