糖基化修饰(蛋白质的糖基化修饰)

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糖基化润饰(蛋白质的糖基化润饰)

在蛋白质的多种翻译后润饰中,糖基化(glycosylation)是非常主要的一种。糖基在酶的催化下,与蛋白质上的某些残基形成共价衔接,通常是糖苷键。

须要与之差别的是糖化(glycation)。在糖尿病等情形下,葡糖糖可以与蛋白质中的赖氨酸自发反响,形成席夫碱再重排,发生糖化蛋白。此后还可以进一步反响,生成更庞杂的衍生物。

蛋白质的糖化反响。Clin Chim Acta. 2013 Oct 21; 0: 64–76.

所以糖化之后糖基已经成为一种衍生物,而糖基化之后糖基仍然是完全的。其实广义的糖化包含所有将糖衔接到蛋白质上的反响,即包含糖基化。不过现在一般特指上面所说的非酶促反响。

高度亲水的糖基,对于蛋白质的理化性质和生物功效都可以发生重大影响,单糖和糖链构造的多样性又很合适作为标签,所以糖基化在生物体中非常广泛。在所有的已知蛋白质中,约有50%是被糖基化的,而人类基因组中至少1%的基因参与聚糖生物合成。

据估量,哺乳动物中的糖链大约有七千多种构造,其构造单体约为10种单糖(包含糖衍生物):葡萄糖(Glc)、半乳糖(Gal)、甘露糖(MAN)、木糖(Xyl)、岩藻糖(Fuc)、N-乙酰氨基葡萄糖(GlcNAc)、N-乙酰半乳糖胺(GalNAc)、葡萄糖醛酸(GlcA)、艾杜糖醛酸(IDOA)、唾液酸(SA)。其中两种糖醛酸重要散布在蛋白聚糖中。

糖基化中的单糖构件及衔接方法。Annu Rev Pathol. 2015; 10: 473–510.

在根本氨基酸中,至少有9种氨基酸残基可以被糖基润饰。糖基可以通过多种方法与蛋白质相连,例如与Asn侧链的酰胺键相连(N-糖基化),通过糖苷键与Ser、Thr、羟基赖氨酸(胶原)或Tyr(糖原蛋白)的羟基相连(O-糖基化),或通过C-C键衔接到Trp的C2地位(C-甘露糖基化)。另外,还可以通过糖基磷脂酰肌醇(GPI)锚间接与蛋白质相连。

在真核生物中,细胞中的绝大多数蛋白质糖基化都沿着分泌门路产生,从内质网开端,在高尔基体中完成。润饰的成果可以影响其定位,例如高尔基体中对甘露糖的磷酸化将导致蛋白质从默认的分泌门路转移到溶酶体门路。

N-糖基化是真核生物中最广泛的糖基化情势,相干研讨也最为深刻。真核生物通常在内质网进行核心糖化,即用寡糖基转移酶(oligosaccharyltransferase,OST)催化,将一段预先合成好的糖链(核心糖链)转移到目标蛋白Asn-X-(Ser / Thr)序列中的Asn上,其中X代表除Pro外的任何氨基酸。

蛋白质N-糖基化及调控。Nat Rev Mol Cell Biol. 2012 Jun 22; 13(7): 448–462.

核心糖链由多萜醇(dolichol)运载,称为脂衔接寡糖(lipid-linked oligosaccharide,LLO)。多萜醇是以胆固醇合成的中间体IPP和FPP为原料合成的,被多萜醇激酶(DOLK)用CTP磷酸化,生成磷酸多萜醇(Dol-P)。

在内质网膜的胞质面上,磷酸多萜醇与UDP-GlcNAc反响,生成GlcNAc-PP-Dol构造。然后再依次与UDP-GlcNAc和5个GDP-Man反响,生成Man5 GlcNAc2-PP-Dol构造。此构造会翻转到内质网腔一侧,持续添加4个甘露糖和3个葡糖糖,形成LLO,构造为Glc3Man9GlcNAc2-PP-Dol。

LLO的合成与转移。themedicalbiochemistrypage

LLO的糖链被OST转移到新生肽链的Asn-X-(Ser / Thr)序列(也有少数情形下是ASN-X-Cys或其它非尺度序列)。严厉来说,这一步其实重要是共翻译糖基化(co-translational glycosylation),少数情形下才是翻译后糖基化。有文献以为,受体肽段为NXS时,糖基化效力比NXT低40倍,容易导致翻译后糖基化。

OST-易位体复合物模型。Nature. 2018 Mar 15; 555(7696): 328–333.

核心糖链转移后还须要进行一些润饰,重要是末端葡萄糖的去除。之后蛋白进入高尔基体,进行末端糖化,包含去除一些甘露糖、添加百思特网其它糖基等。末端糖化后,N-糖基化蛋白重要分为3种类型:含有全体9个甘露糖的高甘露糖型(high mannose)、含有其它糖基的杂合型(hybrid),以及含有唾液酸的复合型(complex)。

N-糖蛋白的重要糖链构造类型。themedicalbiochemistrypage

参考文献:

1. 王克夷, 糖基化(Glycosylation)和糖化(Glycation). 性命的化学(中国生物化学会通信), 1986, 6, 38.

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5. Lin Bai, et al. The atomic structure of a eukaryotic oligosaccharyl transferase complex. Nature. 2018 Mar 15; 555(7696): 328–333.

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