N-vázaná glykosylace

Dráha biosyntézy N-vázaných glykoproteinů: Syntéza N-vázaných glykanů začíná v endoplazmatickém retikulu, pokračuje v Golgiho dráze a končí v plazmatické membráně, kde se N-vázané glykoproteiny buď vylučují, nebo se zabudovávají do plazmatické membrány.

Biosyntéza N-vázaných glykanů probíhá prostřednictvím 3 hlavních kroků:

1. Syntéza dolichol-vázaného prekurzorového oligosacharidu
2. En bloc přenos prekurzorového oligosacharidu na protein
3. Zpracování oligosacharidu

Syntéza, en bloc přenos a počáteční ořezání prekurzorového oligosacharidu probíhá v endoplazmatickém retikulu (ER). Následné zpracování a modifikace oligosacharidového řetězce probíhá v Golgiho aparátu

Syntéza glykoproteinů je tedy prostorově oddělena v různých buněčných kompartmentech. Proto typ syntetizovaného N-glykanu závisí na jeho dostupnosti pro různé enzymy přítomné v těchto buněčných kompartmentech.

I přes tuto různorodost jsou však všechny N-glykany syntetizovány společnou cestou se společnou strukturou jádra glykanu. struktura jádra glykanu se v podstatě skládá ze dvou N-acetylglukosaminových a tří mannosových zbytků. Toto jádro glykanu se pak dále rozpracovává a modifikuje, čímž vzniká rozmanitá škála N-glykanových struktur.

Syntéza prekurzorového oligosachariduEdit

Proces N-vázané glykosylace začíná tvorbou dolichol-vázaného cukru GlcNAc. Dolichol je lipidová molekula složená z opakujících se isoprenových jednotek. Tato molekula se nachází navázaná na membránu ER. Molekuly cukru jsou k dolicholu připojeny prostřednictvím pyrofosfátové vazby (jeden fosfát byl původně navázán na dolichol a druhý fosfát pochází z nukleotidového cukru). Oligosacharidový řetězec se pak prodlužuje postupným přidáváním různých molekul cukru, čímž vzniká prekurzorový oligosacharid.

Sestavování tohoto prekurzorového oligosacharidu probíhá ve dvou fázích: Fáze I a II. Fáze I probíhá na cytoplazmatické straně ER a fáze II probíhá na luminální straně ER.

Molekula prekurzoru připravená k přenosu na protein se skládá ze 2 molekul GlcNAc, 9 molekul manózy a 3 molekul glukózy.

Syntéza prekurzorového oligosacharidu v lumen ER během N-vázané glykosylace krok za krokem: schéma znázorňuje kroky probíhající ve fázi I i ve fázi II, jak je popsáno v tabulce.

Přenos glykanu na proteinEdit

Po vytvoření prekurzoru oligosacharidu se hotový glykan přenese na vznikající polypeptid v lumenu membrány ER. Tato reakce je poháněna energií uvolněnou při štěpení pyrofosfátové vazby mezi molekulou dolichol-glykanu.před přenosem glykanu na vznikající polypeptid musí být splněny tři podmínky:

• Asparagin se musí nacházet ve specifické konsenzuální sekvenci v primární struktuře (Asn-X-Ser nebo Asn-X-Thr nebo ve vzácných případech Asn-X-Cys).
• Asparagin musí být vhodně umístěn v trojrozměrné struktuře proteinu (Cukry jsou polární molekuly, a proto musí být navázány na asparagin umístěný na povrchu proteinu a ne pohřbený uvnitř proteinu)
• Asparagin se musí nacházet na luminální straně endoplazmatického retikula, aby byla zahájena N-vázaná glykosylace. Cílové zbytky se nacházejí buď v sekrečních proteinech, nebo v oblastech transmembránových proteinů, které směřují do lumen.

Oligosacharyltransferáza je enzym odpovědný za rozpoznání konsenzuální sekvence a přenos prekurzorového glykanu na polypeptidový akceptor, který je překládán v lumen endoplazmatického retikula. N-vázaná glykosylace je tedy ko-translační událostí

Zpracování glykanůEdit

Zpracování glykanů v ER a Golgiho tělese.

Zpracování N-glykanů probíhá v endoplazmatickém retikulu a Golgiho tělese. Počáteční ořezání prekurzorové molekuly probíhá v ER a následné zpracování probíhá v Golgiho tělese.

Při přenosu hotového glykanu na vznikající polypeptid jsou ze struktury odstraněny dva glukosové zbytky. Enzymy známé jako glykosidázy odstraňují některé cukerné zbytky. Tyto enzymy mohou přerušit glykosidické vazby pomocí molekuly vody. Tyto enzymy jsou exoglykosidasy, protože působí pouze na monosacharidové zbytky nacházející se na neredukujícím konci glykanu. Předpokládá se, že tento počáteční krok ořezávání funguje jako krok kontroly kvality v ER, který monitoruje skládání bílkovin.

Jakmile je bílkovina správně složena, dva glukosové zbytky jsou odstraněny glukosidázou I a II. Odstranění posledního třetího glukózového zbytku signalizuje, že glykoprotein je připraven k přechodu z ER do cis-Golgiho. Odstranění posledního zbytku glukózy katalyzuje mannosidáza ER. Pokud však není protein správně složen, glukózové zbytky se neodstraní, a glykoprotein tak nemůže opustit endoplazmatické retikulum. Na rozložený nebo částečně složený protein se váže chaperonový protein (calnexin/kalretikulin), který pomáhá při skládání proteinu.

Další krok zahrnuje další přidávání a odstraňování cukerných zbytků v cis-Golgi. Tyto modifikace jsou katalyzovány glykosyltransferázami, respektive glykosidázami. V cis-Golgi odstraňuje řada mannosidáz některé nebo všechny čtyři manózové zbytky ve vazbách α-1,2. V případě, že se jedná o mannosidázu, dochází k jejímu odstranění. Zatímco ve střední části Golgiho glykosyltransferázy přidávají cukerné zbytky do struktury jádra glykanu, čímž vznikají tři hlavní typy glykanů: glykany s vysokým obsahem manózy, hybridní a komplexní glykany.

Tři hlavní typy glykanů.

• Vysoká manóza jsou v podstatě jen dva N-acetylglukosaminy s mnoha manózovými zbytky, často téměř tolika, kolik jich je v prekurzorových oligosacharidech před připojením k proteinu.
• Komplexní oligosacharidy se tak nazývají proto, že mohou obsahovat téměř libovolný počet jiných typů sacharidů, včetně více než původních dvou N-acetylglukosaminů.
• Hybridní oligosacharidy obsahují na jedné straně větve mannosové zbytky, zatímco na druhé straně N-acetylglukosamin iniciuje komplexní větev.

Pořadí přidávání cukrů do rostoucích glykanových řetězců je určeno substrátovou specifitou enzymů a jejich přístupem k substrátu při pohybu sekreční cestou. Organizace tohoto mechanismu v buňce tedy hraje důležitou roli při určování toho, které glykany se vytvoří.

Enzymy v Golgiho drázeEdit

Enzymy Golgiho dráhy hrají klíčovou roli při určování syntézy různých typů glykanů. Pořadí působení enzymů se odráží v jejich pozici v Golgiho zásobníku:

U archeí a prokaryotEdit

Podobná cesta biosyntézy N-glykanů byla nalezena u prokaryot a archeí. Ve srovnání s eukaryoty se však zdá, že konečná struktura glykanu u eubakterií a archeí se příliš neliší od počátečního prekurzoru vytvořeného v endoplazmatickém retikulu. U eukaryot je původní prekurzorový oligosacharid cestou na povrch buňky značně modifikován

.