Glicoproteína
glucoproteínas son proteínas que contienen cadenas de oligosacáridos unidas covalentemente a cadenas laterales de aminoácidos. El carbohidrato se une a la proteína en una modificación cotraduccional o postraduccional. Este proceso se conoce como glicosilación. Las proteínas extracelulares secretadas a menudo están glicosiladas.
En las proteínas que tienen segmentos que se extienden extracelularmente, los segmentos extracelulares también suelen estar glicosilados. Las glicoproteínas también suelen ser importantes proteínas integrales de membrana, donde desempeñan un papel en las interacciones célula-célula. Es importante distinguir la glicosilación basada en el retículo endoplásmico del sistema secretor de la glicosilación nuclear citosólica reversible. Las glicoproteínas del citosol y el núcleo se pueden modificar mediante la adición reversible de un solo residuo de GlcNAc que se considera recíproco a la fosforilación y es probable que las funciones de estos sean un mecanismo regulador adicional que controla la señalización basada en la fosforilación. Por el contrario, la glicosilación secretora clásica puede ser estructuralmente esencial. Por ejemplo, la inhibición de la glicosilación ligada a la asparagina, es decir, ligada a N, puede impedir el plegamiento apropiado de la glicoproteína y la inhibición total puede ser tóxica para una célula individual. Por el contrario, la perturbación del procesamiento de glicanos (eliminación enzimática/adición de residuos de carbohidratos al glicano), que ocurre tanto en el retículo endoplásmico como en el aparato de Golgi, es prescindible para las células aisladas (como lo demuestra la supervivencia con inhibidores de glucósidos) pero puede conducir a humanos. (trastornos congénitos de la glicosilación) y puede ser letal en modelos animales. Por lo tanto, es probable que el procesamiento fino de los glucanos sea importante para la funcionalidad endógena, como el tráfico de células, pero es probable que esto haya sido secundario a su papel en las interacciones huésped-patógeno. Un ejemplo famoso de este último efecto es el sistema de grupos sanguíneos ABO.
Aunque existen diferentes tipos de glicoproteínas, las más comunes son las glicoproteínas ligadas a N y ligadas a O. Estos dos tipos de glicoproteínas se distinguen por diferencias estructurales que les dan sus nombres. Las glicoproteínas varían mucho en su composición, formando muchos compuestos diferentes, como anticuerpos u hormonas. Debido a la amplia gama de funciones dentro del cuerpo, ha aumentado el interés en la síntesis de glicoproteínas para uso médico. Ahora existen varios métodos para sintetizar glicoproteínas, incluida la recombinación y la glicosilación de proteínas.
También se sabe que ocurre glicosilación en proteínas nucleocitoplasmáticas en forma de O-GlcNAc.
Tipos de glicosilación
Existen varios tipos de glicosilación, aunque los dos primeros son los más comunes.
- En la glucosilación N, los azúcares se unen al nitrógeno, típicamente en la cadena lateral de la amida de la asparagina.
- En la o-glucosislación, los azúcares se unen al oxígeno, típicamente en la serina o la troonina, pero también en la tirosina o aminoácidos no canónicos como la hidroxilisina e hidroxiprolina.
- En la glucosilación P, los azúcares se unen al fósforo en una fosfoserina.
- En la glucosilación C, los azúcares se adjuntan directamente al carbono, como por ejemplo la adición de la manguera a triptófano.
- En la glucosilación S, un beta-GlcNAc se adjunta al átomo de azufre de un residuo de cisteína.
- En la glipación, un GPI glicolipide se adjunta a la C-terminus de un polipéptido, que sirve como ancla de membrana.
- En la glucocación, también conocida como glicosilación no-enzimática, los azúcares están covalentemente unidos a una molécula de proteína o lípido, sin la acción controladora de una enzima, pero a través de una reacción Maillard.
Monosacáridos
Los monosacáridos que se encuentran comúnmente en las glicoproteínas eucariotas incluyen:
| Azúcar | Tipo | Abreviatura |
|---|---|---|
| β-D-Glucose | Hexose | Glc |
| β-D-Galactose | Hexose | Gal |
| β-D-Mannose | Hexose | Hombre |
| α-L-Fucose | Deoxyhexose | Fuc |
| N-Acetylgalactosamine | Aminohexose | GalNAc |
| N-Acetylglucosamine | Aminohexose | GlcNAc |
| Ácido N-Acetilneuraminic | Ácido aminoonulosónico (Ácido silico) | NeuNAc |
| Xylose | Pentose | Xyl |
Los grupos de azúcar pueden ayudar en el plegamiento de proteínas, mejorar las proteínas & # 39; estabilidad y están involucrados en la señalización celular.
Estructura
El elemento estructural crítico de todas las glicoproteínas es tener oligosacáridos unidos covalentemente a una proteína. Hay 10 monosacáridos comunes en los glucanos de mamíferos, que incluyen: glucosa (Glc), fucosa (Fuc), xilosa (Xyl), manosa (Man), galactosa (Gal), N-acetilglucosamina (GlcNAc), ácido glucurónico (GlcA), ácido idurónico (IdoA), N-acetilgalactosamina (GalNAc), ácido siálico y ácido 5-N-acetilneuramínico (Neu5Ac). Estos glicanos se unen a áreas específicas de la cadena de aminoácidos de la proteína.
Los dos enlaces más comunes en las glicoproteínas son las glicoproteínas unidas a N y unidas a O. Una glicoproteína ligada a N tiene enlaces de glucano con el nitrógeno que contiene un aminoácido de asparagina dentro de la secuencia de la proteína. Una glicoproteína ligada a O es donde el azúcar se une a un átomo de oxígeno de un aminoácido serina o treonina en la proteína.
El tamaño y la composición de las glicoproteínas pueden variar en gran medida, con una composición de carbohidratos que oscila entre el 1 % y el 70 % de la masa total de la glicoproteína. Dentro de la célula, aparecen en la sangre, la matriz extracelular o en la superficie externa de la membrana plasmática y constituyen una gran parte de las proteínas secretadas por las células eucariotas. Son muy amplios en sus aplicaciones y pueden funcionar como una variedad de productos químicos, desde anticuerpos hasta hormonas.
Glucómica
La glucómica es el estudio de los componentes de carbohidratos de las células. Aunque no es exclusivo de las glicoproteínas, puede revelar más información sobre diferentes glicoproteínas y su estructura. Uno de los propósitos de este campo de estudio es determinar qué proteínas están glicosiladas y en qué lugar de la secuencia de aminoácidos se produce la glicosilación. Históricamente, la espectrometría de masas se ha utilizado para identificar la estructura de las glicoproteínas y caracterizar las cadenas de carbohidratos unidas.
Ejemplos
La interacción única entre las cadenas de oligosacáridos tiene diferentes aplicaciones. En primer lugar, ayuda en el control de calidad mediante la identificación de proteínas mal plegadas. Las cadenas de oligosacáridos también cambian la solubilidad y la polaridad de las proteínas a las que están unidas. Por ejemplo, si las cadenas de oligosacáridos están cargadas negativamente, con suficiente densidad alrededor de la proteína, pueden repeler las enzimas proteolíticas lejos de la proteína unida. La diversidad de interacciones se presta a diferentes tipos de glicoproteínas con diferentes estructuras y funciones.
Un ejemplo de glicoproteínas que se encuentran en el cuerpo son las mucinas, que se secretan en la mucosidad de los tractos respiratorio y digestivo. Los azúcares, cuando se unen a las mucinas, les otorgan una capacidad considerable de retención de agua y también las hacen resistentes a la proteólisis por parte de las enzimas digestivas.
Las glicoproteínas son importantes para el reconocimiento de glóbulos blancos. Ejemplos de glicoproteínas en el sistema inmunológico son:
- moléculas como anticuerpos (inmunoglobulinas), que interactúan directamente con los antígenos.
- moléculas de las importante complejo de histocompatibilidad (o MHC), que se expresan en la superficie de las células e interactúan con las células T como parte de la respuesta inmunitaria adaptativa.
- sialyl Lewis X antígeno en la superficie de los leucocitos.
Antígeno H de los antígenos de compatibilidad sanguínea ABO. Otros ejemplos de glicoproteínas incluyen:
- gonadotropinas (hormona luteinizante una hormona folículosa)
- glicoproteína IIb/IIIa, un integrino encontrado en plaquetas que se requiere para la agregación normal de plaquetas y adherencia al endotelio.
- componentes de la zona pellucida, que rodea el ovocito, y es importante para la interacción entre el esperma y el huevo.
- glicoproteínas estructurales, que ocurren en tejido conectivo. Estos ayudan a unir las fibras, las células y la sustancia subterránea del tejido conectivo. También pueden ayudar a componentes del tejido ligado a sustancias inorgánicas, como el calcio en el hueso.
- La glucoproteína-41 (gp41) y la glucoproteína-120 (gp120) son proteínas de la capa viral del VIH.
Las glicoproteínas solubles a menudo muestran una alta viscosidad, por ejemplo, en la clara de huevo y el plasma sanguíneo.
- Miraculin, es una glucoproteína extraída de Sinsepalum dulcificum una baya que altera los receptores de lengua humana para reconocer los alimentos amargos como dulces.
Las glicoproteínas de superficie variables permiten que el parásito de la enfermedad del sueño Trypanosoma escape a la respuesta inmunitaria del huésped.
El pico viral del virus de la inmunodeficiencia humana está muy glicosilado. Aproximadamente la mitad de la masa de la espiga es glicosilación y los glucanos actúan para limitar el reconocimiento de anticuerpos a medida que la célula huésped ensambla los glucanos y, por lo tanto, son en gran medida "propios". Con el tiempo, algunos pacientes pueden desarrollar anticuerpos para reconocer los glicanos del VIH y casi todos los llamados 'anticuerpos ampliamente neutralizantes (bnAbs) reconocen algunos glicanos. Esto es posible principalmente porque la densidad inusualmente alta de glicanos dificulta la maduración normal de los glicanos y, por lo tanto, quedan atrapados en el estado prematuro con alto contenido de manosa. Esto proporciona una ventana para el reconocimiento inmunológico. Además, como estos glucanos son mucho menos variables que la proteína subyacente, se han convertido en objetivos prometedores para el diseño de vacunas.
Las glicoproteínas P son fundamentales para la investigación antitumoral debido a su capacidad para bloquear los efectos de los fármacos antitumorales. La glicoproteína P, o transportador de múltiples fármacos (MDR1), es un tipo de transportador ABC que transporta compuestos fuera de las células. Este transporte de compuestos fuera de las células incluye fármacos fabricados para ser entregados a la célula, lo que provoca una disminución de la eficacia del fármaco. Por lo tanto, ser capaz de inhibir este comportamiento disminuiría la interferencia de la glicoproteína P en la administración de fármacos, lo que lo convierte en un tema importante en el descubrimiento de fármacos. Por ejemplo, la glicoproteína P provoca una disminución en la acumulación de fármacos contra el cáncer dentro de las células tumorales, lo que limita la eficacia de las quimioterapias utilizadas para tratar el cáncer.
Hormonas
Las hormonas que son glicoproteínas incluyen:
- Hormona estimulante del félice
- hormona luteinizante
- hormona tiroidea estimulante
- Gonadotropina coralina humana
- Alpha-fetoproteína
- Erythropoietin (EPO)
Distinción entre glicoproteínas y proteoglicanos
Citado de recomendaciones para IUPAC:
Una glucoproteína es un compuesto que contiene carbohidratos (o glucocano) covalentemente ligado a la proteína. El carbohidrato puede estar en forma de un monosacárido, disacárido (s). oligosaccharide(s), polisaccharide(s), o sus derivados (por ejemplo, sulfo- o fosfo-sustituted). Uno, algunos o muchas unidades de carbohidratos pueden estar presentes. Proteoglycans es una subclase de glicoproteínas en los que las unidades de carbohidratos son polisacáridos que contienen azúcares amino. Tales polisacáridos también se conocen como glicosaminoglicanos.
Funciones
| Función | Glycoproteínas |
|---|---|
| molécula estructural | Collagens |
| Agente lubricante y protector | Mucins |
| molécula de transporte | Transferrina, ceruloplasma |
| molécula inmunológica | Inmunoglobulinas, antígenos de histocompatibilidad |
| Hormona | Gonadotropina coriónica humana (HCG), hormona tiroidea estimulante (TSH) |
| Enzyme | Varios, por ejemplo, fosfatasa alcalina, patatina |
| Sitio de reconocimiento celular | Varias proteínas involucradas en las interacciones celulares (por ejemplo, espermatozoides–ocito), virus–celular, bacterium–celular y hormona–celular |
| Proteína anticongelante | Ciertas proteínas plasmáticas de peces de agua fría |
| Interactúa con carbohidratos específicos | Lectins, selectins (celular adhesion lectins), anticuerpos |
| Receptor | Diversas proteínas involucradas en la acción hormonal y farmacéutica |
| Afectar el plegamiento de ciertas proteínas | Calnexin, calreticulin |
| Regulación del desarrollo | Notch y sus análogos, proteínas clave en el desarrollo |
| Hemostasis (y trombosis) | Glicoproteínas específicas en las membranas superficiales de las plaquetas |
Análisis
Una variedad de métodos utilizados en la detección, purificación y análisis estructural de glicoproteínas son
| Método | Uso |
|---|---|
| Mancha de ácido periódico-Schiff | Detecta glicoproteínas como bandas rosadas después de la separación electroforetica. |
| Incubación de células cultivadas con glucoproteínas como bandas de decaimiento radioactivo | Lleva a la detección de un azúcar radiactivo después de la separación electroforética. |
| Tratamiento con endo- o exoglycosidase apropiada o fosfolipas | Los cambios resultantes en la migración electroforética ayudan a distinguir entre las proteínas con los vínculos N-glycan, O-glycan o GPI y también entre la manguera alta y los complejos N-glycans. |
| Cromatografía de columna de agarose-lectina, cromatografía de afinidad de lectina | Para purificar glicoproteínas o glcopeptides que unen la lectina particular utilizada. |
| Electroforesis de afinidad de lectina | Los cambios resultantes en la migración electroforética ayudan a distinguir y caracterizar los glucoformes, es decir, las variantes de una glucoproteína que difieren en el carbohidrato. |
| Análisis de composición tras hidrolisis ácido | Identifica azúcares que la glucoproteína contiene y su estoquiometría. |
| Espectrometría masiva | Proporciona información sobre la masa molecular, composición, secuencia y a veces ramificación de una cadena gliccana. También se puede utilizar para el perfil de glucosylation específico del sitio. |
| Espectroscopia NMR | Identificar azúcares específicos, su secuencia, vínculos y la naturaleza anomérica de la cadena glicosidica. |
| Multi-ángulo luz dispersión | En conjunto con la cromatografía de tamaño-exclusión, absorción UV/Vis y refractometría diferencial, proporciona información sobre masa molecular, ratio proteína-carbohidratos, estado de agregación, tamaño y a veces ramificación de una cadena gliccana. Junto con el análisis compositivo-gradiente, analiza auto-y hetero-asociación para determinar la afinidad vinculante y la estoichiometría con proteínas o carbohidratos en solución sin etiquetar. |
| Doble polarización Interferometría | Mide los mecanismos subyacentes a las interacciones biomoleculares, incluyendo las tasas de reacción, las afinidades y los cambios conformacionales asociados. |
| Análisis de la metilación (enlace) | Para determinar la vinculación entre azúcares. |
| Secuenciación de aminoácidos o cDNA | Determinación de la secuencia de aminoácidos. |
Síntesis
La glicosilación de proteínas tiene una variedad de aplicaciones diferentes, desde influir en la comunicación entre células hasta cambiar la estabilidad térmica y el plegamiento de las proteínas. Debido a las capacidades únicas de las glicoproteínas, se pueden usar en muchas terapias. Al comprender las glicoproteínas y su síntesis, se pueden hacer para tratar el cáncer, la enfermedad de Crohn, el colesterol alto y más.
El proceso de glicosilación (unión de un carbohidrato a una proteína) es una modificación postraduccional, lo que significa que ocurre después de la producción de la proteína. La glicosilación es un proceso al que se somete aproximadamente la mitad de todas las proteínas humanas e influye en gran medida en las propiedades y funciones de la proteína. Dentro de la célula, la glicosilación se produce en el retículo endoplásmico.
Recombinación
Existen varias técnicas para el ensamblaje de glicoproteínas. Una técnica utiliza la recombinación. La primera consideración para este método es la elección del huésped, ya que existen muchos factores diferentes que pueden influir en el éxito de la recombinación de glicoproteínas, como el costo, el entorno del huésped, la eficacia del proceso y otras consideraciones. Algunos ejemplos de células huésped incluyen E. coli, levadura, células vegetales, células de insectos y células de mamíferos. De estas opciones, las células de mamífero son las más comunes porque su uso no enfrenta los mismos desafíos que otras células huésped, como diferentes estructuras de glicano, vida media más corta y posibles respuestas inmunitarias no deseadas en humanos. De las células de mamífero, la línea celular más común utilizada para la producción de glicoproteínas recombinantes es la línea de ovario de hámster chino. Sin embargo, a medida que se desarrollan las tecnologías, las líneas celulares más prometedoras para la producción de glicoproteínas recombinantes son las líneas celulares humanas.
Glicosilación
La formación del enlace entre el glicano y la proteína es un elemento clave de la síntesis de glicoproteínas. El método más común de glicosilación de glicoproteínas unidas a N es a través de la reacción entre un glucano protegido y una asparagina protegida. De manera similar, se puede formar una glicoproteína ligada a O mediante la adición de un donante de glucosilo con una serina o treonina protegida. Estos dos métodos son ejemplos de enlace natural. Sin embargo, también hay métodos de enlaces no naturales. Algunos métodos incluyen la ligadura y una reacción entre un sulfamidato derivado de serina y tiohexosas en agua. Una vez que se completa este enlace, la secuencia de aminoácidos se puede expandir utilizando la síntesis de péptidos en fase sólida.
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