SỰ GLYCOSYL HÓA PROTEIN: CÁC LOẠI, QUÁ TRÌNH VÀ CHỨC NĂNG - SINH HỌC - 2025

Sự glycosyl hóa protein là một biến đổi sau chuyển dịch là việc bổ sung chuỗi oligosaccharide protein mạch thẳng hoặc phân nhánh. Các glycoprotein tạo thành nói chung là protein bề mặt và protein của con đường bài tiết.

Glycosyl hóa là một trong những biến đổi peptit phổ biến nhất ở các sinh vật nhân chuẩn, nhưng nó cũng đã được chứng minh là xảy ra ở một số loài vi khuẩn cổ và vi khuẩn.

Ví dụ về chuỗi oligosaccharide có thể liên kết với protein bằng quá trình glycosyl hóa (Dna 621, từ Wikimedia Commons)

Ở sinh vật nhân chuẩn, cơ chế này xảy ra giữa lưới nội chất (ER) và phức hợp Golgi, với sự can thiệp của các enzym khác nhau tham gia vào cả quá trình điều hòa và hình thành liên kết cộng hóa trị protein + oligosaccharide.

Các loại đường phân

Tùy thuộc vào vị trí liên kết của oligosaccharide với protein, quá trình glycosyl hóa có thể được phân thành 4 loại:

N-

Đây là nguyên nhân phổ biến nhất và xảy ra khi các oligosaccharid liên kết với nitơ của nhóm amit của gốc asparagin theo mô típ Asn-X-Ser / Thr, trong đó X có thể là bất kỳ axit amin nào ngoại trừ prolin.

HOẶC LÀ

Khi carbohydrate liên kết với nhóm hydroxyl của serine, threonine, hydroxylysine hoặc tyrosine. Đây là một biến đổi ít phổ biến hơn và ví dụ là các protein như collagen, glycophorin và mucin.

C-

Nó bao gồm việc bổ sung dư lượng mannose liên kết với protein bằng liên kết CC với C2 của nhóm indole trong dư lượng tryptophan.

Glipiation (từ tiếng Anh “

Một polysaccharide đóng vai trò như một cầu nối để gắn một protein vào một mỏ neo glycosylphosphatidylinositol (GPI) trên màng.

Quá trình

Ở sinh vật nhân chuẩn

N -glycosyl hóa là chất đã được nghiên cứu chi tiết nhất. Trong tế bào động vật có vú, quá trình này bắt đầu trong ER thô, nơi một polysaccharide đã được định hình sẵn liên kết với protein khi chúng xuất hiện từ ribosome.

Cho biết polysaccharide tiền chất bao gồm 14 gốc đường, cụ thể là: 3 glucose (Glc), 9 mannose (Man) và 2 N-acetyl glucosamine (GlcNAc).

Tiền chất này phổ biến ở thực vật, động vật và sinh vật nhân thực đơn bào. Nó được liên kết với màng nhờ liên kết với phân tử dolichol, một lipid isoprenoid được gắn trong màng ER.

Sau khi tổng hợp, oligosaccharide được phức hợp enzyme oligosacaryltransferase chuyển đến một gốc asparagin có trong trình tự tri-peptide Asn-X-Ser / Thr của một protein trong khi nó đang được dịch mã.

Ba phần dư Glc ở cuối oligosaccharide đóng vai trò là tín hiệu để tổng hợp oligosaccharide chính xác, và được phân cắt cùng với một phần dư Man trước khi protein được đưa vào bộ máy Golgi để xử lý tiếp.

Khi đã ở trong bộ máy Golgi, các phần oligosaccharide gắn với glycoprotein có thể được sửa đổi bằng cách bổ sung galactose, axit sialic, fucose và nhiều gốc khác, tạo ra các chuỗi đa dạng và phức tạp hơn nhiều.

Xử lý Oliosaccharide (Dna 621, từ Wikimedia Commons)

Bộ máy enzym cần thiết để thực hiện quá trình glycosyl hóa bao gồm nhiều glycosyltransferase để bổ sung đường, glycosidase để loại bỏ chúng, và các chất vận chuyển đường nucleotide khác nhau để đóng góp các chất cặn bã được sử dụng làm chất nền.

Ở sinh vật nhân sơ

Vi khuẩn không có hệ thống màng nội bào, do đó sự hình thành oligosaccharide ban đầu (chỉ có 7 phần dư) xảy ra ở phía tế bào của màng sinh chất.

Tiền chất cho biết được tổng hợp trên một lipid, sau đó được chuyển vị bởi một men flipase phụ thuộc ATP vào vùng quanh chất, nơi xảy ra quá trình glycosyl hóa.

Một điểm khác biệt quan trọng khác giữa quá trình glycosyl hóa ở sinh vật nhân thực và sinh vật nhân sơ là enzyme oligosaccharide transferase (oligosacaryltransferase) từ vi khuẩn có thể chuyển bã đường sang các phần tự do của protein đã gấp khúc, không phải khi chúng được dịch mã bởi ribosome.

Hơn nữa, mô-típ peptit được enzym này nhận ra không phải là trình tự tri-peptit giống như ở sinh vật nhân thực.

Đặc trưng

N-oligosaccharide gắn với glycoprotein phục vụ nhiều mục đích khác nhau. Ví dụ, một số protein yêu cầu sửa đổi sau dịch mã này để đạt được cấu trúc gấp nếp thích hợp của chúng.

Đối với những người khác, nó cung cấp sự ổn định, bằng cách tránh sự phân hủy protein hoặc vì phần này cần thiết để chúng thực hiện chức năng sinh học của mình.

Vì các oligosaccharide có đặc tính ưa nước mạnh, nên việc bổ sung cộng hóa trị của chúng vào protein nhất thiết phải điều chỉnh độ phân cực và độ hòa tan của nó, điều này có thể có liên quan theo quan điểm chức năng.

Sau khi gắn vào protein màng, oligosaccharide là chất mang thông tin có giá trị. Chúng tham gia vào các quá trình tín hiệu tế bào, giao tiếp, nhận biết, di chuyển và kết dính.

Chúng có vai trò quan trọng trong quá trình đông máu, chữa lành và đáp ứng miễn dịch, cũng như trong quá trình xử lý kiểm tra chất lượng protein, phụ thuộc vào glycan và không thể thiếu đối với tế bào.

Tầm quan trọng

Ít nhất 18 bệnh di truyền có liên quan đến quá trình glycosyl hóa protein ở người, một số bệnh liên quan đến sự phát triển thể chất và tinh thần kém, trong khi những bệnh khác có thể gây tử vong.

Ngày càng có nhiều khám phá liên quan đến các bệnh glycosyl hóa, đặc biệt là ở bệnh nhi. Nhiều rối loạn trong số này là bẩm sinh và liên quan đến các khiếm khuyết liên quan đến giai đoạn đầu của quá trình hình thành oligosaccharide hoặc với sự điều chỉnh của các enzym tham gia vào các quá trình này.

Vì một phần lớn các protein được glycosyl hóa tạo nên glycocalyx, ngày càng có nhiều mối quan tâm trong việc xác minh rằng các đột biến hoặc thay đổi trong quá trình glycosyl hóa có thể liên quan đến sự thay đổi vi môi trường của tế bào khối u và do đó thúc đẩy sự tiến triển của khối u và sự phát triển của di căn ở bệnh nhân ung thư.

Người giới thiệu

1. Aebi, M. (2013). Glycosyl hóa protein liên kết N trong ER. Biochimica và Biophysica Acta, 1833 (11), 2430–2437.
2. Dennis, JW, Granovsky, M., & Warren, CE (1999). Sự glycosyl hóa protein trong quá trình phát triển và bệnh tật. BioEssays, 21 (5), 412-421.
3. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., … Martin, K. (2003). Sinh học tế bào phân tử (xuất bản lần thứ 5). Freeman, WH & Công ty.
4. Luckey, M. (2008). Sinh học cấu trúc màng: với các cơ sở lý hóa và lý sinh. Nhà xuất bản Đại học Cambridge. Lấy từ www.cambrudge.org/9780521856553
5. Nelson, DL & Cox, MM (2009). Các nguyên tắc của Lehninger về Hóa sinh. Omega Editions (ấn bản thứ 5).
6. Nothaft, H., & Szymanski, CM (2010). Sự glycosyl hóa protein trong vi khuẩn: Ngọt ngào hơn bao giờ hết. Nature Reviews Microbiology, 8 (11), 765–778.
7. Ohtsubo, K., & Marth, JD (2006). Glycosyl hóa trong cơ chế tế bào của sức khỏe và bệnh tật. Ô, 126 (5), 855-867.
8. Spiro, RG (2002). Sự glycosyl hóa protein: bản chất, sự phân bố, sự hình thành enzym và tác động của bệnh tật của liên kết glycopeptide. Glycobiology, 12 (4), 43R-53R.
9. Stowell, SR, Ju, T., & Cummings, RD (2015). Glycosyl hóa protein trong ung thư. Đánh giá Hàng năm về Bệnh học: Cơ chế Bệnh tật, 10 (1), 473–510.
10. Strasser, R. (2016). Glycosyl hóa protein thực vật. Glycobiology, 26 (9), 926–939.
11. Xu, C., & Ng, DTW (2015). Kiểm tra chất lượng theo hướng glycosyl hóa của nếp gấp protein. Nhận xét Tự nhiên về Sinh học Tế bào Phân tử, 16 (12), 742–752.
12. Zhang, X., & Wang, Y. (2016). Kiểm tra chất lượng glycosyl hóa bởi Cấu trúc Golgi. Tạp chí Sinh học Phân tử, 428 (16), 3183–3193.