Glikoprotein
Glikoproteinler, amino asit yan zincirlerine kovalent olarak bağlanmış oligosakkarit zincirleri (glikanlar) içeren proteinlerdir. Karbonhidrat proteine kotranslasyonel veya posttranslasyonel bir modifikasyonla bağlanır. Bu süreç glikozilasyon olarak bilinir. Salgılanan ekstraselüler proteinler genellikle glikozillenir. ⓘ
Hücre dışına uzanan segmentleri olan proteinlerde, hücre dışı segmentler de genellikle glikozillenir. Glikoproteinler aynı zamanda hücre-hücre etkileşimlerinde rol oynadıkları önemli integral membran proteinleridir. Salgı sisteminin endoplazmik retikulum bazlı glikozilasyonunu geri dönüşümlü sitozolik-nükleer glikozilasyondan ayırmak önemlidir. Sitozol ve çekirdekteki glikoproteinler, fosforilasyonun karşılığı olarak kabul edilen tek bir GlcNAc kalıntısının geri dönüşümlü olarak eklenmesi yoluyla modifiye edilebilir ve bunların işlevlerinin fosforilasyon temelli sinyalleşmeyi kontrol eden ek bir düzenleyici mekanizma olması muhtemeldir. Bunun aksine, klasik salgısal glikozilasyon yapısal olarak gerekli olabilir. Örneğin, asparajin bağlantılı, yani N-bağlı glikozilasyonun inhibisyonu uygun glikoprotein katlanmasını önleyebilir ve tam inhibisyon tek bir hücre için toksik olabilir. Buna karşılık, hem endoplazmik retikulum hem de Golgi aygıtında meydana gelen glikan işlemenin (glikana karbonhidrat kalıntılarının enzimatik olarak çıkarılması/eklenmesi) bozulması, izole hücreler için gereksizdir (glikozit inhibitörleriyle hayatta kalmanın kanıtladığı gibi) ancak insan hastalığına (doğuştan glikozilasyon bozuklukları) yol açabilir ve hayvan modellerinde ölümcül olabilir. Bu nedenle, glikanların ince işlenmesinin hücre trafiği gibi endojen işlevsellik için önemli olması muhtemeldir, ancak bunun konakçı-patojen etkileşimlerindeki rolüne göre ikincil olması muhtemeldir. Bu ikinci etkinin ünlü bir örneği ABO kan grubu sistemidir. ⓘ
Farklı glikoprotein türleri olmasına rağmen, en yaygın olanları N-bağlı ve O-bağlı glikoproteinlerdir. Bu iki tip glikoprotein, kendilerine isimlerini veren yapısal farklılıklarla ayırt edilir. Glikoproteinler, antikorlar veya hormonlar gibi birçok farklı bileşik oluşturarak bileşim bakımından büyük farklılıklar gösterir. Vücuttaki geniş işlev yelpazesi nedeniyle, tıbbi kullanım için glikoprotein sentezine olan ilgi artmıştır. Artık glikoprotein sentezlemek için rekombinasyon ve proteinlerin glikozilasyonu da dahil olmak üzere çeşitli yöntemler bulunmaktadır. ⓘ
Glikozilasyonun nükleositoplazmik proteinler üzerinde O-GlcNAc şeklinde gerçekleştiği de bilinmektedir. ⓘ
Glikoprotein, şeker ve aminoasitlerden oluşmuş organik moleküller için kullanılan genel tanım. Canlı organizmalarda bulunan pek çok molekül glikoprotein yapısındadır. Ayrıca protein ve karbonhidratlar glikoproteinleri oluşturur. Canlı organizmalarda birçok fonksiyonu tamamlayabilirler. Ayrıca bazı hormonlar ve immun sisteminin (bağışıklık sistemi) bazı kısımları glikoproteinlere dahildir. Karbonhidratlar proteinlerle birleşerek glikoproteini oluştururlar. Oluşan bu bileşik hücre zarının yapısına katılır. Hücreye antijenlik özelliği kazandırır. Hücrelerin birbiri ile iletişimini ve hücrelerin birbirini tanımasını sağlar. Virüs, bakteri ve ilaçlar için reseptör olurlar. N bağlı glikoproteinlerde asparajin ve glutamin bulunurken O bağlı proteinlerde serin,tirozin ve treonin bulunur.Oligosakkarit kısmı proteine dolikol fosfat taşır.
 | Protein ile ilgili bu madde bir taslaktır. İçeriğini geliştirerek Vikipedi'ye katkıda bulunabilirsiniz. ⓘ |
Glikozilasyon türleri
İlk ikisi en yaygın olanları olmakla birlikte, çeşitli glikozilasyon türleri vardır.
- N-glikozilasyonda şekerler nitrojene, tipik olarak asparajinin amid yan zincirine bağlanır.
- O-glikozilasyonda şekerler oksijene, tipik olarak serin veya treonine, aynı zamanda tirozine veya hidroksilizin ve hidroksiprolin gibi kanonik olmayan amino asitlere bağlanır.
- P-glikozilasyonda, şekerler bir fosfoserin üzerindeki fosfora bağlanır.
- C-glikozilasyonda şekerler, triptofana mannoz eklenmesinde olduğu gibi doğrudan karbona bağlanır.
- S-glikozilasyonda, bir beta-GlcNAc bir sistein kalıntısının sülfür atomuna bağlanır.
- Glikasyonda, bir GPI glikolipidi bir polipeptidin C-terminusuna bağlanır ve bir membran çapası görevi görür.
- Enzimatik olmayan glikozilasyon olarak da bilinen glikasyonda şekerler, bir enzimin kontrol edici etkisi olmadan, ancak Maillard reaksiyonu yoluyla bir protein veya lipid molekülüne kovalent olarak bağlanır. ⓘ
Monosakkaritler
Ökaryotik glikoproteinlerde yaygın olarak bulunan monosakkaritler şunları içerir:
| Şeker | Tip | Kısaltma |
|---|---|---|
| β-D-Glikoz | Heksoz | Glc |
| β-D-Galaktoz | Heksoz | Gal |
| β-D-Mannoz | Heksoz | Adam |
| α-L-Fukoz | Deoksiheksoz | Fuc |
| N-Asetilgalaktozamin | Aminoheksoz | GalNAc |
| N-Asetilglukozamin | Aminoheksoz | GlcNAc |
| N-Asetilnöraminik asit | Aminononülosonik asit (Sialik asit) |
NeuNAc |
| Ksiloz | Pentoz | Xyl |
Şeker grupları proteinlerin katlanmasına yardımcı olabilir, proteinlerin stabilitesini artırabilir ve hücre sinyalizasyonunda rol oynayabilir. ⓘ
Yapı
Tüm glikoproteinlerin kritik yapısal unsuru, bir proteine kovalent olarak bağlanmış oligosakkaritlere sahip olmasıdır. Memeli glikanlarında 10 yaygın monosakkarit bulunmaktadır: glikoz (Glc), fukoz (Fuc), ksiloz (Xyl), mannoz (Man), galaktoz (Gal), N-asetilglukozamin (GlcNAc), glukuronik asit (GlcA), iduronik asit (IdoA), N-asetilgalaktozamin (GalNAc), sialik asit ve 5-N-asetilnöraminik asit (Neu5Ac). Bu glikanlar kendilerini protein amino asit zincirinin belirli bölgelerine bağlar. ⓘ
Glikoproteinlerdeki en yaygın iki bağlantı N-bağlı ve O-bağlı glikoproteinlerdir. N-bağlı bir glikoprotein, protein dizisi içinde bir asparajin amino asidi içeren nitrojene glikan bağlarına sahiptir. O-bağlı bir glikoprotein ise şekerin proteindeki bir serin veya treonin amino asidinin oksijen atomuna bağlandığı yerdir. ⓘ
Glikoprotein boyutu ve bileşimi büyük ölçüde değişebilir, karbonhidrat bileşimi glikoproteinin toplam kütlesinin %1'i ile %70'i arasında değişir. Hücre içinde, kanda, hücre dışı matrikste veya plazma zarının dış yüzeyinde görülürler ve ökaryotik hücreler tarafından salgılanan proteinlerin büyük bir bölümünü oluştururlar. Uygulama alanları çok geniştir ve antikorlardan hormonlara kadar çeşitli kimyasallar olarak işlev görebilirler. ⓘ
Glikomiks
Glikomik, hücrelerin karbonhidrat bileşenlerinin incelenmesidir. Glikoproteinlere özel olmamakla birlikte, farklı glikoproteinler ve yapıları hakkında daha fazla bilgi ortaya çıkarabilir. Bu çalışma alanının amaçlarından biri, hangi proteinlerin glikozile olduğunu ve glikozilasyonun amino asit dizisinin neresinde gerçekleştiğini belirlemektir. Tarihsel olarak, kütle spektrometrisi glikoproteinlerin yapısını tanımlamak ve bağlı karbonhidrat zincirlerini karakterize etmek için kullanılmıştır. ⓘ
Örnekler
Oligosakkarit zincirleri arasındaki benzersiz etkileşimin farklı uygulamaları vardır. İlk olarak, yanlış katlanmış proteinleri tanımlayarak kalite kontrolüne yardımcı olur. Oligosakkarit zincirleri ayrıca bağlandıkları proteinlerin çözünürlüğünü ve polaritesini de değiştirir. Örneğin, oligosakkarit zincirleri negatif yüklüyse, protein etrafında yeterli yoğunluğa sahipse, proteolitik enzimleri bağlı proteinden uzaklaştırabilirler. Etkileşimlerdeki çeşitlilik, farklı yapı ve işlevlere sahip farklı glikoprotein türlerinin ortaya çıkmasını sağlar. ⓘ
Vücutta bulunan glikoproteinlere bir örnek, solunum ve sindirim yollarının mukusunda salgılanan müsinlerdir. Müsinlere bağlanan şekerler onlara önemli ölçüde su tutma kapasitesi kazandırır ve ayrıca onları sindirim enzimleri tarafından proteolize karşı dirençli hale getirir. ⓘ
Glikoproteinler beyaz kan hücrelerinin tanınması için önemlidir. Bağışıklık sistemindeki glikoprotein örnekleri şunlardır:
- antijenlerle doğrudan etkileşime giren antikorlar (immünoglobulinler) gibi moleküller.
- Hücrelerin yüzeyinde ifade edilen ve adaptif bağışıklık yanıtının bir parçası olarak T hücreleri ile etkileşime giren majör histo-uyumluluk kompleksi (veya MHC) molekülleri.
- Lökositlerin yüzeyindeki sialil Lewis X antijeni.
ABO kan uyumluluk antijenlerinin H antijeni. Glikoproteinlerin diğer örnekleri şunlardır:
- gonadotropinler (lüteinizan hormon, folikül uyarıcı hormon)
- glikoprotein IIb/IIIa, trombositler üzerinde bulunan ve normal trombosit agregasyonu ve endotele yapışma için gerekli olan bir integrin.
- Oositi çevreleyen ve sperm-yumurta etkileşimi için önemli olan zona pellucida bileşenleri.
- Bağ dokusunda bulunan yapısal glikoproteinler. Bunlar bağ dokusunun liflerini, hücrelerini ve zemin maddesini birbirine bağlamaya yardımcı olur. Ayrıca doku bileşenlerinin kemikteki kalsiyum gibi inorganik maddelere bağlanmasına da yardımcı olabilirler.
- Glikoprotein-41 (gp41) ve glikoprotein-120 (gp120) HIV viral kaplama proteinleridir.
Çözünür glikoproteinler, örneğin yumurta akı ve kan plazmasında genellikle yüksek viskozite gösterir. ⓘ
- Miraculin, Synsepalum dulcificum adlı meyveden elde edilen bir glikoproteindir ve insan dilindeki reseptörleri değiştirerek ekşi yiyecekleri tatlı olarak algılamasını sağlar. ⓘ
Değişken yüzey glikoproteinleri uyku hastalığı Trypanosoma parazitinin konakçının bağışıklık tepkisinden kaçmasını sağlar. ⓘ
İnsan immün yetmezlik virüsünün viral spike'ı yoğun bir şekilde glikozillenmiştir. Spike'ın kütlesinin yaklaşık yarısı glikozilasyondur ve glikanlar konak hücre tarafından bir araya getirildiği ve bu nedenle büyük ölçüde 'kendinden' olduğu için antikor tanınmasını sınırlama işlevi görür. Zaman içinde bazı hastalarda HIV glikanlarını tanıyacak antikorlar gelişebilir ve 'geniş ölçüde nötralize edici antikorlar (bnAb)' olarak adlandırılan antikorların neredeyse tamamı bazı glikanları tanır. Bunun başlıca nedeni, alışılmadık derecede yüksek glikan yoğunluğunun normal glikan olgunlaşmasını engellemesi ve bu nedenle erken, yüksek manozlu durumda sıkışıp kalmalarıdır. Bu da bağışıklık sisteminin tanınması için bir pencere açmaktadır. Buna ek olarak, bu glikanlar altta yatan proteinden çok daha az değişken olduğundan, aşı tasarımı için umut verici hedefler olarak ortaya çıkmıştır. ⓘ
P-glikoproteinler, antitümör ilaçların etkilerini bloke etme kabiliyetleri nedeniyle antitümör araştırmaları için kritik öneme sahiptir. P-glikoprotein veya çoklu ilaç taşıyıcı (MDR1), bileşikleri hücrelerin dışına taşıyan bir ABC taşıyıcı türüdür. Bileşiklerin hücre dışına bu şekilde taşınması, hücreye ulaştırılmak üzere yapılan ilaçları içerir ve ilaç etkinliğinin azalmasına neden olur. Bu nedenle, bu davranışı inhibe edebilmek, ilaç dağıtımında P-glikoprotein girişimini azaltacak ve bu da ilaç keşfinde önemli bir konu haline gelecektir. Örneğin, P-Glikoprotein tümör hücrelerinde anti-kanser ilaç birikiminde azalmaya neden olarak kanseri tedavi etmek için kullanılan kemoterapilerin etkinliğini sınırlar. ⓘ
Hormonlar
Glikoprotein olan hormonlar şunları içerir:
- Folikül uyarıcı hormon
- Luteinizan hormon
- Tiroid uyarıcı hormon
- İnsan koryonik gonadotropini
- Alfa-fetoprotein
- Eritropoietin (EPO) ⓘ
Glikoproteinler ve proteoglikanlar arasındaki ayrım
IUPAC için önerilerden alıntı:
Bir glikoprotein, proteine kovalent olarak bağlı karbonhidrat (veya glikan) içeren bir bileşiktir. Karbonhidrat monosakkarit, disakkarit(ler), oligosakkarit(ler), polisakkarit(ler) veya bunların türevleri (örneğin sülfo veya fosfo sübstitüe) şeklinde olabilir. Bir, birkaç veya çok sayıda karbonhidrat birimi mevcut olabilir. Proteoglikanlar, karbonhidrat birimlerinin amino şekerler içeren polisakkaritler olduğu bir glikoprotein alt sınıfıdır. Bu tür polisakkaritler glikozaminoglikanlar olarak da bilinir. ⓘ
İşlevleri
| Fonksiyon | Glikoproteinler |
|---|---|
| Yapısal molekül | Kolajenler |
| Yağlayıcı ve koruyucu madde | Müsinler |
| Taşıma molekülü | Transferrin, seruloplazmin |
| İmmünolojik molekül | İmmünoglobulinler, histokompatibilite antijenleri |
| Hormon | İnsan koryonik gonadotropini (HCG), tiroid uyarıcı hormon (TSH) |
| Enzim | Çeşitli, örn. alkalin fosfataz, patatin |
| Hücre bağlanma-tanıma bölgesi | Hücre-hücre (örn. sperm-oosit), virüs-hücre, bakteri-hücre ve hormon-hücre etkileşimlerinde yer alan çeşitli proteinler |
| Antifriz proteini | Soğuk su balıklarının bazı plazma proteinleri |
| Spesifik karbonhidratlar ile etkileşim | Lektinler, selektinler (hücre adezyon lektinleri), antikorlar |
| Reseptör | Hormon ve ilaç etkisinde yer alan çeşitli proteinler |
| Belirli proteinlerin katlanmasını etkiler | Calnexin, calreticulin |
| Gelişimin düzenlenmesi | Notch ve analogları, gelişimde anahtar proteinler |
| Hemostaz (ve tromboz) | Trombositlerin yüzey membranlarındaki spesifik glikoproteinler |
Analiz
Glikoproteinlerin tespiti, saflaştırılması ve yapısal analizinde kullanılan çeşitli yöntemler şunlardır ⓘ
| Yöntem | Kullanım |
|---|---|
| Periyodik asit-Schiff boyası | Elektroforetik ayırmadan sonra glikoproteinleri pembe bantlar olarak tespit eder. |
| Kültürlenmiş hücrelerin radyoaktif bozunma bantları olarak glikoproteinlerle inkübasyonu | Elektroforetik ayırmadan sonra radyoaktif bir şekerin tespit edilmesine yol açar. |
| Uygun endo veya ekzoglikozidaz veya fosfolipazlar ile tedavi | Elektroforetik göçte ortaya çıkan kaymalar, N-glikan, O-glikan veya GPI bağlantıları olan proteinler arasında ve ayrıca yüksek mannoz ve kompleks N-glikanlar arasında ayrım yapılmasına yardımcı olur. |
| Agaroz-lektin kolon kromatografisi, lektin afinite kromatografisi | Kullanılan özel lektini bağlayan glikoproteinleri veya glikopeptitleri saflaştırmak için. |
| Lektin afinite elektroforezi | Elektroforetik göçte ortaya çıkan kaymalar, glikoformların, yani bir glikoproteinin karbonhidrat bakımından farklılık gösteren varyantlarının ayırt edilmesine ve karakterize edilmesine yardımcı olur. |
| Asit hidrolizini takiben bileşim analizi | Glikoproteinin içerdiği şekerleri ve bunların stokiyometrisini tanımlar. |
| Kütle spektrometrisi | Bir glikan zincirinin moleküler kütlesi, bileşimi, dizisi ve bazen dallanması hakkında bilgi sağlar. Ayrıca bölgeye özgü glikozilasyon profili oluşturmak için de kullanılabilir. |
| NMR spektroskopisi | Spesifik şekerleri, bunların dizilimini, bağlantılarını ve glikozidik zincirin anomerik yapısını tanımlamak. |
| Çok açılı ışık saçılımı | Boyut dışlama kromatografisi, UV/Vis absorpsiyonu ve diferansiyel refraktometri ile birlikte moleküler kütle, protein-karbonhidrat oranı, agregasyon durumu, boyut ve bazen bir glikan zincirinin dallanması hakkında bilgi sağlar. Bileşim-gradyan analizi ile birlikte, etiketleme olmadan çözeltideki proteinler veya karbonhidratlarla bağlanma afinitesini ve stokiyometrisini belirlemek için kendi kendine ve hetero-ilişkiyi analiz eder. |
| Çift Polarizasyon İnterferometrisi | Reaksiyon hızları, afiniteler ve ilişkili konformasyonel değişiklikler dahil olmak üzere biyomoleküler etkileşimlerin altında yatan mekanizmaları ölçer. |
| Metilasyon (bağlantı) analizi | Şekerler arasındaki bağlantıyı belirlemek için. |
| Amino asit veya cDNA dizilimi | Amino asit dizisinin belirlenmesi. |
Sentez
Proteinlerin glikozilasyonu, hücreden hücreye iletişimi etkilemekten termal stabiliteyi ve proteinlerin katlanmasını değiştirmeye kadar bir dizi farklı uygulamaya sahiptir. Glikoproteinlerin benzersiz yetenekleri nedeniyle, birçok tedavide kullanılabilirler. Glikoproteinleri ve sentezlerini anlayarak kanser, Crohn Hastalığı, yüksek kolesterol ve daha fazlasını tedavi etmek için kullanılabilirler. ⓘ
Glikozilasyon (bir karbonhidratı bir proteine bağlama) süreci post-translasyonel bir modifikasyondur, yani proteinin üretiminden sonra gerçekleşir. Glikozilasyon, tüm insan proteinlerinin yaklaşık yarısının geçirdiği bir süreçtir ve proteinin özelliklerini ve işlevlerini büyük ölçüde etkiler. Hücre içinde glikozilasyon endoplazmik retikulumda gerçekleşir. ⓘ
Rekombinasyon
Glikoproteinlerin bir araya getirilmesi için çeşitli teknikler vardır. Tekniklerden biri rekombinasyonu kullanır. Bu yöntem için göz önünde bulundurulması gereken ilk husus, maliyet, konakçı ortamı, sürecin etkinliği ve diğer hususlar gibi glikoprotein rekombinasyonunun başarısını etkileyebilecek birçok farklı faktör olduğundan konakçı seçimidir. Bazı konak hücre örnekleri arasında E. coli, maya, bitki hücreleri, böcek hücreleri ve memeli hücreleri bulunmaktadır. Bu seçenekler arasında memeli hücreleri en yaygın olanıdır çünkü kullanımları, farklı glikan yapıları, daha kısa yarı ömür ve insanlarda potansiyel istenmeyen bağışıklık tepkileri gibi diğer konak hücrelerle aynı zorluklarla karşılaşmaz. Memeli hücreleri arasında rekombinant glikoprotein üretimi için kullanılan en yaygın hücre hattı Çin hamster yumurtalık hattıdır. Ancak, teknolojiler geliştikçe, rekombinant glikoprotein üretimi için en umut verici hücre hatları insan hücre hatlarıdır. ⓘ
Glikozilasyon
Glikan ve protein arasındaki bağlantının oluşumu, glikoproteinlerin sentezinin kilit unsurudur. N-bağlı glikoproteinlerin en yaygın glikozilasyon yöntemi, korunan bir glikan ile korunan bir Asparajin arasındaki reaksiyon yoluyla gerçekleşir. Benzer şekilde, O-bağlı bir glikoprotein, korumalı bir Serin veya Treonin ile bir glikozil donörünün eklenmesi yoluyla oluşturulabilir. Bu iki yöntem doğal bağlanma örnekleridir. Bununla birlikte, doğal olmayan bağlantı yöntemleri de vardır. Bazı yöntemler arasında ligasyon ve serin türevi bir sülfamidat ile tiyoheksozlar arasında su içinde gerçekleşen bir reaksiyon yer almaktadır. Bu bağlantı tamamlandıktan sonra, amino asit dizisi katı faz peptit sentezi kullanılarak genişletilebilir. ⓘ