N-hez kötött glikoziláció

Az N-hez kötött glikoproteinek bioszintézisének útja: Az N-kötött glikán szintézise az endoplazmatikus retikulumban kezdődik, a Golgiban folytatódik és a plazmamembránban végződik, ahol az N-kötött glikoproteinek vagy kiválasztódnak, vagy beágyazódnak a plazmamembránba.

Az N-hez kötött glikánok bioszintézise 3 fő lépésen keresztül történik:

1. Doliholhoz kötött prekurzor oligoszacharid szintézise
2. A prekurzor oligoszacharid en bloc transzferje a fehérjére
3. Az oligoszacharid feldolgozása

A prekurzor oligoszacharid szintézise, en bloc transzferje és kezdeti trimmelése az endoplazmatikus retikulumban (ER) történik. Az oligoszacharidlánc későbbi feldolgozása és módosítása a Golgi-apparátusban történik.

A glikoproteinek szintézise tehát térben elkülönül a különböző sejtkompartmentekben. Ezért az N-glikánok szintézisének típusa attól függ, hogy a sejtkompartmentekben jelen lévő különböző enzimek számára hozzáférhető-e.

A sokféleség ellenére azonban minden N-glikán egy közös útvonalon keresztül szintetizálódik, közös glikánmagszerkezettel.A glikánmagszerkezet alapvetően két N-acetil-glükózamin- és három mannózmaradékból áll. Ezt a magglikánt ezután tovább dolgozzák ki és módosítják, ami az N-glikán szerkezetek változatos skáláját eredményezi.

A prekurzor oligoszacharid szintéziseSzerkesztés

Az N-kötött glikoziláció folyamata a dolihol-kötött GlcNAc cukor kialakulásával kezdődik. A dolichol egy ismétlődő izoprén egységekből álló lipidmolekula. Ez a molekula az ER membránjához kapcsolódva található. A cukormolekulák pirofoszfátkötéssel kapcsolódnak a dolicholhoz (az egyik foszfát eredetileg a dolicholhoz kapcsolódott, a második foszfát pedig a nukleotidcukorból származik). Az oligoszacharidlánc ezután különböző cukormolekulák lépésről lépésre történő hozzáadásával meghosszabbodik, hogy egy prekurzor oligoszacharidot képezzen.

A prekurzor oligoszacharid összeállítása két fázisban történik: I. és II. fázisban. Az I. fázis az ER citoplazmatikus oldalán, a II. fázis pedig az ER luminális oldalán zajlik.

A fehérjébe való átvitelre kész prekurzor molekula 2 GlcNAc, 9 mannóz és 3 glükóz molekulából áll.

A prekurzor oligoszacharid lépésről lépésre történő szintézise az ER lumenében az N-kötött glikoziláció során: az ábra az I. és a II. fázisban lezajló lépéseket szemlélteti a táblázatban leírtak szerint.

A glikán átvitele a fehérjéreEdit

Mihelyt a prekurzor oligoszacharid kialakul, a kész glikán ezután az ER-membrán lumenében lévő naszcens polipeptidre kerül. Ezt a reakciót a doligol-glikán molekula közötti pirofoszfátkötés hasadásából felszabaduló energia hajtja.Három feltételnek kell teljesülnie, mielőtt a glikán átkerül a naszcens polipeptidre:

• Asparaginnak az elsődleges szerkezetben egy meghatározott konszenzusos szekvenciában kell elhelyezkednie (Asn-X-Ser vagy Asn-X-Thr vagy ritka esetekben Asn-X-Cys).
• Asparaginnak megfelelően kell elhelyezkednie a fehérje háromdimenziós szerkezetében (A cukrok poláris molekulák, ezért a fehérje felszínén elhelyezkedő és nem a fehérjében eltemetett aszparaginhoz kell kapcsolódniuk)
• Asparaginnak az endoplazmatikus retikulum luminális oldalán kell elhelyezkednie ahhoz, hogy az N-hez kötött glikoziláció elinduljon. A célmaradványok vagy a szekretoros fehérjékben, vagy a transzmembrán fehérje lumen felé néző régióiban találhatók.

Az oligoszachariltranszferáz az az enzim, amely a konszenzus szekvencia felismeréséért és a prekurzor glikánnak az endoplazmatikus retikulum lumenében transzlálódó polipeptid akceptorra történő átviteléért felelős. Az N-hez kötött glikoziláció tehát ko-transzlációs esemény

A glikánok feldolgozásaSzerkesztés

Glikánfeldolgozás az ER-ben és a Golgiban.

Az N-glikánok feldolgozása az endoplazmatikus retikulumban és a Golgi-testben történik. A prekurzor molekula kezdeti trimmelése az ER-ben történik, a további feldolgozás pedig a Golgiban.

A kész glikánnak a naszcens polipeptidre történő átvitelekor két glükózmaradékot eltávolítanak a szerkezetből. A glikozidázok néven ismert enzimek eltávolítanak néhány cukormaradékot. Ezek az enzimek vízmolekula segítségével képesek a glikozidos kötéseket megbontani. Ezek az enzimek exoglikozidázok, mivel csak a glikán nem redukáló végén található monoszacharid-maradékokra hatnak. Úgy gondolják, hogy ez a kezdeti trimmelési lépés minőségellenőrző lépésként működik az ER-ben a fehérje hajtogatásának ellenőrzésére.

Amikor a fehérje megfelelően hajtogatott, két glükózmaradékot a glükozidáz I és II eltávolít. Az utolsó harmadik glükózmaradék eltávolítása jelzi, hogy a glikoprotein készen áll az ER-ből a cisz-Golgi felé történő tranzitra. Az ER mannozidáz katalizálja ennek az utolsó glükóznak az eltávolítását. Ha azonban a fehérje nem megfelelően van összehajtva, a glükózmaradványok nem kerülnek eltávolításra, és így a glikoprotein nem tudja elhagyni az endoplazmatikus retikulumot. Egy chaperon fehérje (calnexin/calreticulin) kötődik a kibontott vagy részlegesen összehajtott fehérjéhez, hogy segítse a fehérje összehajtását.

A következő lépésben a cisz-Golgiban további cukormaradványok hozzáadása és eltávolítása történik. Ezeket a módosításokat glikoziltranszferázok, illetve glikozidázok katalizálják. A cisz-Golgiban a mannozidázok egy sora távolítja el a négy mannózmaradék egy részét vagy mindegyikét az α-1,2-kötésekben. Míg a Golgi mediális részében a glikoziltranszferázok cukormaradékokat adnak hozzá a glikán magszerkezethez, így jön létre a glikánok három fő típusa: a magas mannóz tartalmú, a hibrid és a komplex glikánok.

A glikánok három fő típusa.

• A magas mannóz lényegében csak két N-acetilglükózamin sok mannózmaradvánnyal, gyakran majdnem annyi, mint amennyi a prekurzor oligoszacharidokban található, mielőtt a fehérjéhez kapcsolódna.
• A komplex oligoszacharidok azért kapták ezt a nevet, mert szinte bármennyi más típusú szacharidot tartalmazhatnak, beleértve az eredeti két N-acetilglükozaminnál többet is.
• A hibrid oligoszacharidok az elágazás egyik oldalán egy mannózmaradványt tartalmaznak, míg a másik oldalon egy N-acetilglükozamin indítja el a komplex elágazást.

A növekvő glikánláncokhoz történő cukoradagolás sorrendjét az enzimek szubsztrátspecifikussága és a szubsztráthoz való hozzáférésük határozza meg a szekréciós úton való mozgás során. Így ennek a gépezetnek a sejten belüli szerveződése fontos szerepet játszik abban, hogy milyen glikánok keletkeznek.

Enzimek a GolgibanSzerkesztés

A golgi enzimek kulcsszerepet játszanak a különböző típusú glikánok szintézisének meghatározásában. Az enzimek működési sorrendjét tükrözi a Golgi-halmazban elfoglalt helyük:

Archaea és prokariótákbanSzerkesztés

Hasonló N-glikán bioszintézis útvonalat találtak prokariótákban és archaea. Az eukariótákhoz képest azonban úgy tűnik, hogy az eubaktériumokban és az archaea-ban a végső glikánszerkezet nem sokban különbözik az endoplazmatikus retikulumban előállított kezdeti prekurzortól. Az eukariótákban az eredeti prekurzor oligoszacharidot a sejtfelszínre vezető úton nagymértékben módosítják.