Ορισμός και λειτουργία της γλυκοπρωτεΐνης

Μία γλυκοπρωτεΐνη είναι α τύπου πρωτεΐνης μόριο που είχε α υδατάνθρακας συνημμένο σε αυτό. Η διαδικασία είτε εμφανίζεται κατά τη διάρκεια της μετάφρασης πρωτεΐνης είτε ως μετα-μεταφραστική τροποποίηση σε μια διαδικασία που ονομάζεται γλυκοζυλίωση.

Ο υδατάνθρακας είναι μια αλυσίδα ολιγοσακχαριτών (γλυκάνη) που είναι ομοιοπολικά συνδεδεμένα προς τις πλευρικές αλυσίδες πολυπεπτιδίου της πρωτεΐνης. Λόγω των ομάδων -ΟΗ σακχάρων, οι γλυκοπρωτεΐνες είναι πιο υδρόφιλες από τις απλές πρωτεΐνες. Αυτό σημαίνει ότι οι γλυκοπρωτεΐνες προσελκύονται περισσότερο από το νερό από τις συνηθισμένες πρωτεΐνες. Η υδρόφιλη φύση του μορίου οδηγεί επίσης στη χαρακτηριστική αναδίπλωση της τριτοταγούς δομής της πρωτεΐνης.

Ο υδατάνθρακας είναι σύντομος μόριο, συχνά διακλαδισμένο και μπορεί να αποτελείται από:

• απλά σάκχαρα (π.χ., γλυκόζη, γαλακτόζη, μαννόζη, ξυλόζη)
• αμινο σάκχαρα (σάκχαρα που έχουν μια αμινομάδα, όπως Ν-ακετυλογλυκοζαμίνη ή Ν-ακετυλογαλακτοζαμίνη)
• όξινα σάκχαρα (σάκχαρα που έχουν καρβοξυλική ομάδα, όπως σιαλικό οξύ ή Ν-ακετυλονευραμινικό οξύ)

Οι γλυκοπρωτεΐνες κατηγοριοποιούνται σύμφωνα με τη θέση προσκόλλησης του υδατάνθρακα σε ένα αμινοξέων στην πρωτεΐνη.

• Οι Ο-συνδεδεμένες γλυκοπρωτεΐνες είναι εκείνες στις οποίες ο δεσμός υδατάνθρακα στο άτομο οξυγόνου (Ο) της υδροξυλομάδας (-ΟΗ) της ομάδας R είτε του αμινοξέος θρεονίνης είτε της σερίνης. Οι Ο-συνδεδεμένοι υδατάνθρακες μπορούν επίσης να συνδεθούν με υδροξυλυσίνη ή υδροξυπρολίνη. Η διαδικασία ονομάζεται Ο-γλυκοζυλίωση. Οι Ο-συνδεδεμένες γλυκοπρωτεΐνες συνδέονται με τη ζάχαρη στο σύμπλεγμα Golgi.
• Οι Ν-συνδεδεμένες γλυκοπρωτεΐνες έχουν έναν υδατάνθρακα δεσμευμένο στο άζωτο (Ν) της αμινομάδας (-ΝΗ₂) της ομάδας R του αμινοξέος ασπαραγίνη. Η ομάδα R είναι συνήθως η πλευρική αλυσίδα αμιδίου της ασπαραγίνης. Η διαδικασία σύνδεσης ονομάζεται Ν-γλυκοζυλίωση. Οι Ν-συνδεδεμένες γλυκοπρωτεΐνες αποκτούν το σάκχαρό τους από την ενδοπλασματική δικτυωτή μεμβράνη και μετά μεταφέρονται στο σύμπλεγμα Golgi για τροποποίηση.

Ενώ οι Ο-συνδεδεμένες και Ν-συνδεδεμένες γλυκοπρωτεΐνες είναι οι πιο κοινές μορφές, είναι επίσης δυνατές και άλλες συνδέσεις:

• Η Ρ-γλυκοζυλίωση εμφανίζεται όταν το σάκχαρο προσκολλάται στον φωσφόρο της φωσφοσερίνης.
• Η γλυκοσυλίωση C είναι όταν το σάκχαρο προσκολλάται στο άτομο άνθρακα ενός αμινοξέος. Ένα παράδειγμα είναι όταν η μαννόζη σακχάρου συνδέεται με τον άνθρακα στην τρυπτοφάνη.
• Η γλύπωση είναι όταν ένα γλυκολιπίδιο γλυκοφωσφατιδυλινοσιτόλης (GPI) προσκολλάται στο άκρο άνθρακα ενός πολυπεπτιδίου.

Οι γλυκοπρωτεϊνες λειτουργούν στη δομή, την αναπαραγωγή, το ανοσοποιητικό σύστημα, τις ορμόνες και την προστασία των κυττάρων και των οργανισμών.

Οι γλυκοπρωτεΐνες βρίσκονται στην επιφάνεια της λιπιδικής διπλοστοιβάδας του κυτταρικές μεμβράνες. Η υδρόφιλη φύση τους επιτρέπει να λειτουργούν στο υδατικό περιβάλλον, όπου δρουν στην αναγνώριση των κυττάρων και στη δέσμευση άλλων μορίων. Οι γλυκοπρωτεΐνες κυτταρικής επιφάνειας είναι επίσης σημαντικές για την διασταυρούμενη σύνδεση κυττάρων και πρωτεϊνών (π.χ., κολλαγόνου) για την προσθήκη ισχύος και σταθερότητας σε έναν ιστό. Οι γλυκοπρωτεΐνες στα φυτικά κύτταρα είναι που επιτρέπουν στα φυτά να στέκονται όρθια ενάντια στη δύναμη της βαρύτητας.

Οι γλυκοσυλιωμένες πρωτεΐνες δεν είναι μόνο κρίσιμες για τη διακυτταρική επικοινωνία. Βοηθούν επίσης τα συστήματα οργάνων να επικοινωνούν μεταξύ τους. Οι γλυκοπρωτεΐνες βρίσκονται στη γκρίζα ύλη του εγκεφάλου, όπου συνεργάζονται με τους νευρώνες και τα συναπτοσώματα.

Ορμόνες μπορεί να είναι γλυκοπρωτεΐνες. Παραδείγματα περιλαμβάνουν ανθρώπινη χοριακή γοναδοτροπίνη (HCG) και ερυθροποιητίνη (ΕΡΟ).

Η πήξη του αίματος εξαρτάται από τις γλυκοπρωτεΐνες προθρομβίνη, θρομβίνη και ινωδογόνο.

Οι δείκτες κυττάρων μπορεί να είναι γλυκοπρωτεΐνες. Οι ομάδες αίματος ΜΝ οφείλονται σε δύο πολυμορφικές μορφές της γλυκοπρωίνης Α γλυκοπωρίνης Α. Οι δύο μορφές διαφέρουν μόνο από δύο υπολείμματα αμινοξέων, όμως αυτό αρκεί για να προκαλέσει προβλήματα σε άτομα που λαμβάνουν όργανο δωρεά από κάποιον με διαφορετική ομάδα αίματος. Το κύριο σύμπλεγμα ιστοσυμβατότητας (MHC) και το αντιγόνο Η της ομάδας αίματος ΑΒΟ διακρίνονται από γλυκοζυλιωμένες πρωτεΐνες.

Η γλυκοπωρίνη Α είναι επίσης σημαντική επειδή είναι η θέση προσάρτησης για Plasmodium falciparum, ένα παράσιτο ανθρώπινου αίματος.

Οι γλυκοπρωτεΐνες είναι σημαντικές για την αναπαραγωγή επειδή επιτρέπουν τη δέσμευση του σπερματικού κυττάρου στην επιφάνεια του αυγού.

Οι μουκίνες είναι γλυκοπρωτεΐνες που βρίσκονται στην βλέννα. Τα μόρια προστατεύουν ευαίσθητες επιθηλιακές επιφάνειες, συμπεριλαμβανομένων των αναπνευστικών, ουρολογικών, πεπτικών και αναπαραγωγικών οδών.

Η ανοσοαπόκριση βασίζεται σε γλυκοπρωτεΐνες. Ο υδατάνθρακας των αντισωμάτων (οι οποίοι είναι γλυκοπρωτεΐνες) καθορίζει το ειδικό αντιγόνο που μπορεί να δεσμεύσει. Β κύτταρα και Τ κυττάρων έχουν επιφανειακές γλυκοπρωτεΐνες οι οποίες δεσμεύουν αντιγόνα, επίσης.

Οι γλυκοπρωτεΐνες παίρνουν τη ζάχαρη τους από μια ενζυματική διαδικασία που σχηματίζει ένα μόριο που δεν θα λειτουργούσε διαφορετικά. Μια άλλη διαδικασία, που ονομάζεται γλυκοποίηση, ομοιοπολικά συνδέει τα σάκχαρα με τις πρωτεΐνες και τα λιπίδια. Η γλυκίωση δεν είναι μια ενζυματική διαδικασία. Συχνά, η γλυκοζυλίωση μειώνει ή αναιρεί τη λειτουργία του προσβεβλημένου μορίου. Η γλυκίαση εμφανίζεται φυσιολογικά κατά τη διάρκεια της γήρανσης και επιταχύνεται σε διαβητικούς ασθενείς με υψηλά επίπεδα γλυκόζης στο αίμα τους.

• Berg, Jeremy Μ., Et αϊ. Βιοχημεία. 5η έκδ., W.H. Freeman and Company, 2002, σελ. 306-309.
• Ivatt, Raymond J. Η βιολογία των γλυκοπρωτεϊνών. Plenum Press, 1984.