GLYCOPROTEÏNEN: STRUCTUUR, FUNCTIES, KLASSEN EN VOORBEELDEN - BIOLOGIE - 2025

De glycoproteïnen of glycoproteïnen zijn transmembraaneiwitten die deel uitmaken van de grote familie van membraanglycoconjugaten en aanwezig zijn in dieren, planten en micro-organismen zoals bacteriën, gisten en archaea.

Ze werden voor het eerst gedefinieerd in 1908 door de Protein Nomenclature Committee van de American Society of Biochemists en zijn het resultaat van de glycosidische vereniging van een eiwit met een koolhydraatgedeelte genaamd glucaan.

Structuur van het Lectine-monomeer van een peulvrucht (Bron: Gebruiker: Tomixdf via Wikimedia Commons)

Het zijn eiwitten die bijzonder overvloedig aanwezig zijn op het oppervlak van het plasmamembraan van veel cellen en een belangrijk onderdeel vormen van de koolhydraatlaag die hen bedekt, die in veel gevallen de glycocalyx wordt genoemd.

De voorlopereiwitten van de glycoproteïnen worden covalent gemodificeerd in het endoplasmatisch reticulum en het Golgi-complex van veel eukaryoten na hun translatie, hoewel er ook gevallen zijn van glycosylering in het cytosol, maar ze komen minder vaak voor en komen voor met slechts één soort suiker .

Eiwitglycosylering heeft vaak belangrijke functionele effecten op zijn activiteit, omdat het kan deelnemen aan de vouwing en dus aan het tot stand brengen van zijn tertiaire structuur.

Glycanen hebben meerdere biologisch belangrijke functies voor de cel, aangezien ze specificiteit kunnen verlenen aan cellen en kunnen deelnemen aan intracellulaire en intercellulaire signaalprocessen, aangezien ze liganden zijn voor endogene en exogene receptoren.

Glycoproteïnen, evenals de rest van de glycoconjugaten, zijn zo belangrijk dat een cel tot 1% van zijn genoom aan het glycosyleringsmechanisme wijdt en bij mensen meer dan 70% van de eiwitten wordt gemodificeerd door glycosylering.

Structuur

De structuur van glycoproteïnen wordt bestudeerd op basis van hun aminozuursequentie, de glycosyleringsplaatsen binnen de sequentie en de structuren van de glycaandelen die zich op die plaatsen binden.

De oligosaccharideketens die door glycosylering aan deze eiwitten zijn gekoppeld, zijn over het algemeen zeer divers, maar ze zijn kort omdat ze niet meer dan 15 suikerresiduen bevatten. Sommige eiwitten hebben een enkele oligosaccharideketen, maar andere kunnen er meer dan één hebben en deze kunnen vertakt zijn.

De vereniging tussen oligosacchariden en eiwitten vindt plaats via de anomere koolstof van het koolhydraat en de hydroxylgroep (-OH) van een serine- of treonineresidu, in het geval van O-glycosylering, of via de amidestikstof van een asparagineresidu, in het geval van N-glycosylering.

De aldus gebonden koolhydraten kunnen tot 70% van het molecuulgewicht van een glycoproteïne vertegenwoordigen en de kenmerken van het koolhydraatgedeelte (bijvoorbeeld grootte en lading) kunnen sommige eiwitten beschermen tegen enzymatische proteolyse.

Hetzelfde eiwit kan in verschillende weefsels verschillende glycosyleringspatronen hebben die het tot een ander glycoproteïne maken, aangezien de volledige structuur niet alleen de aminozuurresiduen en hun ruimtelijke ordening omvat, maar ook de oligosacchariden die eraan vastzitten.

Onder de suikerresiduen die herhaaldelijk in glycoproteïnen worden aangetroffen, zijn: D-galactose, D-mannose, D-glucose, L-fucose, D-xylose, L-arabinofuranose, N-acetyl-D-glucosamine, N-acetyl -D-galactosamine, sommige siaalzuren en modificaties hiervan.

Kenmerken

Structureel

Vanuit structureel oogpunt verschaffen glycoproteïnen koolhydraatketens die bijdragen aan de bescherming en smering van cellen, aangezien ze in staat zijn te hydrateren en een stroperige substantie te vormen die bestand is tegen mechanische en chemische agressie.

Sommige glycoproteïnen worden ook aangetroffen in bacteriën en archaea, en dit zijn belangrijke componenten van de S-laag, de buitenste laag van de celomhulling.

Bovendien worden ze ook aangetroffen als bestanddelen van flagelline-eiwitten, die deel uitmaken van de flagellaire filamenten die worden gebruikt als bewegingsorganen.

Planten bezitten ook structurele glycoproteïnen die worden gekenmerkt door complexe glycosylatiepatronen en die kunnen worden aangetroffen als onderdeel van de celwandstructuur of in de extracellulaire matrix.

Celherkenning

Glycoproteïnen hebben belangrijke functies als herkenningsplaatsen tussen cellen, aangezien veel receptoren op het celoppervlak specifieke oligosaccharidesequenties kunnen herkennen.

Een voorbeeld van de intercellulaire herkenning die optreedt door middel van de oligosaccharideketens op het celoppervlak is de herkenning tussen de zaadknop en het sperma, noodzakelijk om het verschijnsel van bevruchting te laten optreden bij meercellige organismen met seksuele voortplanting.

Bloedgroepen bij mensen worden bepaald door de identiteit van de suikers die zijn gekoppeld aan de glycoproteïnen die ze specificeren. Antilichamen en veel hormonen zijn ook glycoproteïnen en hun functies zijn essentieel voor de signalering en verdediging van het lichaam.

Celadhesie

De T-cellen van het immuunsysteem van zoogdieren bezitten een glycoproteïne met adhesiedomeinen bekend als CD2, dat een sleutelcomponent is voor immuunstimulatie, aangezien het de binding tussen de lymfocyt en antigeenpresenterende cellen bemiddelt via zijn receptor, de CD58 glycoproteïne.

Sommige virussen die belangrijke pathogene functies hebben voor veel zoogdieren, inclusief mensen, bezitten oppervlakte-glycoproteïnen die functioneren in de adhesieprocessen van het virale deeltje aan de cellen die ze parasiteren.

Dat is het geval met het GP120-eiwit van het Human Acquired Immunodeficiency Virus of HIV, dat een interactie aangaat met een oppervlakte-eiwit van menselijke cellen dat bekend staat als GP41 en dat samenwerkt met het binnendringen van het virus in de cel.

Op dezelfde manier nemen veel geglycosyleerde eiwitten deel aan belangrijke celadhesieprocessen die plaatsvinden in het gewone leven van cellen die aanwezig zijn in veel weefsels van meercellige organismen.

Glycoproteïnen als therapeutische doelen

Deze eiwit-koolhydraatcomplexen zijn de voorkeursdoelen voor veel pathogenen zoals parasieten en virussen, en veel glycoproteïnen met afwijkende glycosyleringspatronen spelen een cruciale rol bij auto-immuunziekten en kankers.

Om deze redenen hebben verschillende onderzoekers de taak op zich genomen om deze eiwitten als mogelijke therapeutische doelen te beschouwen en voor het ontwerpen van diagnostische methoden, nieuwe generatie therapieën en zelfs voor het ontwerpen van vaccins.

Lessen

De classificatie van glycoproteïnen is voornamelijk gebaseerd op de aard van de glycosidebinding die de eiwit- en koolhydraateenheden verbindt en op de kenmerken van de aangehechte glycanen.

Volgens de suikerresiduen kunnen glycoproteïnen met monosacchariden, disacchariden, oligosacchariden, polysacchariden en derivaten hiervan worden verkregen. Sommige auteurs beschouwen een classificatie van glycoproteïnen in:

- Proteoglycanen, een subklasse binnen de groep van glycoproteïnen die, in het koolhydraatgedeelte, polysacchariden bevatten die voornamelijk bestaan ​​uit aminosuikers (glycosaminoglycanen).

- Glycopeptiden, dit zijn moleculen die zijn samengesteld uit koolhydraten die zijn gekoppeld aan oligopeptiden, gevormd door aminozuren in hun L- en / of D-conformaties.

- Glyco-aminozuren, dit zijn aminozuren die via een covalente binding aan een saccharide zijn gekoppeld.

- Glycosylaminozuren, dit zijn aminozuren die zijn gekoppeld aan een saccharidegedeelte via O-, N- of S-glycosidebindingen.

In de nomenclatuur van deze eiwitten die aldus aan koolhydraten zijn gekoppeld, worden de voorvoegsels O-, N- en S- gebruikt om aan te geven via welke bindingen de suikers aan de polypeptideketen zijn gehecht.

Voorbeelden

- Glycophorine A is een van de best bestudeerde glycoproteïnen: het is een integraal eiwit van het membraan van erytrocyten (cellen of rode bloedcellen) en heeft 15 oligosaccharideketens die covalent zijn gekoppeld aan aminozuurresiduen in het N-terminale gebied a via O-glycosidebindingen en een ketting die is verbonden door een N-glycosidebinding.

- De meeste eiwitten in het bloed zijn glycoproteïnen en deze groep omvat immunoglobulinen en veel hormonen.

- Lactalbumine, een eiwit dat in melk aanwezig is, is geglycosyleerd, evenals veel pancreas- en lysosomale eiwitten.

- Lectines zijn koolhydraatbindende eiwitten en hebben daarom meerdere herkenningsfuncties.

- Het is ook nodig om veel dierlijke hormonen die glycoproteïnen zijn te benadrukken; Onder deze kunnen lutropine (LH), follitropine (FSH) en thyrotropine (TSH) worden genoemd, die worden gesynthetiseerd in de voorkwab van de hypofyse, en choriongonadotrofine dat wordt geproduceerd in de placenta van mensen, primaten en paardachtigen.

Deze hormonen hebben reproductieve functies aangezien LH steroïdogenese in de eierstokken en testiculaire Leydig-cellen stimuleert.

- Collageen, een overvloedig eiwit dat voornamelijk in het bindweefsel van dieren aanwezig is, vertegenwoordigt een enorme familie van glycoproteïnen die bestaat uit meer dan 15 soorten eiwitten die, hoewel ze veel gemeenschappelijke kenmerken hebben, behoorlijk verschillen.

Deze eiwitten bevatten "niet-collageen" delen, waarvan sommige uit koolhydraten bestaan.

- Extensines zijn plantaardige eiwitten die bestaan ​​uit een netwerk van onoplosbare glycoproteïnen die rijk zijn aan hydroxyproline- en serineresiduen. Ze worden aangetroffen in de wand van plantencellen en men denkt dat ze dienen als verdediging tegen verschillende soorten stress en ziekteverwekkers.

- Planten hebben ook lectine-achtige eiwitten en een bijzonder voorbeeld hiervan zijn aardappellectines, die blijkbaar het vermogen hebben om bloedcellen zoals erytrocyten te agglutineren.

- Last but not least kunnen mucines worden genoemd, dit zijn glycoproteïnen die worden uitgescheiden in het slijmvlies en die deel uitmaken van het speeksel bij dieren en voornamelijk smerings- en signaleringsfuncties vervullen.

Referenties

1. Montreuil, J., Vliegenthart, J., & Schachter, H. (1995). Glycoproteïnen. (A. Neuberger & L. Deenen, Eds.). Elsevier.
2. Nelson, DL en Cox, MM (2009). Lehninger Principles of Biochemistry. Omega Editions (5e ed.). https://doi.org/10.1007/s13398-014-0173-7.2
3. Struwe, W., en Cosgrave, E. (2011). Functionele en structurele proteomica van glycoproteïnen. (R. Owens & J. Nettleship, Eds.). Londen: Springer.
4. Voet, D., & Voet, J. (2006). Biochemie (3e ed.). Redactioneel Médica Panamericana.
5. Wittman, V. (2007). Glycopeptiden en glycoproteïnen. Synthese, structuur en toepassing. (V. Balzani, J.-M. Lehn, A. de Meijere, S. Ley, K. Houk, S. Schreiber, J. Thiem, Eds.). Leipzig: Springer Science + Business Media, LLC.