Glicosilación

Este artigo trata sobre a glicosilación encimática en bioloxía. Ver tamén glicosilación química e glicación.

A glicosilación é a reacción na cal un carbohidrato, que funciona como doante de glicosilo, únese a un grupo hidroxilo ou outro grupo funcional doutra molécula, que é o aceptor de glicosilo. En bioloxía a glicosilación refírese en particular ao proceso encimático que une glicanos a proteínas, lípidos, ou outras moléculas orgánicas (ver glicósido). A glicosilación é unha forma de modificación postraducional e cotraducional. Os glicanos realizan varios papeis estruturais e funcionais nas proteínas segregadas e de membrana.^[1] A maioría das proteínas sintetizadas no retículo endoplasmático rugoso (RER) sofren glicosilación. É un proceso específico de sitio dirixido por encimas, que se diferencia da reacción química non encimática chamada glicación. A glicosilación está tamén presente no citoplasma e núcleo como unha modificación O-GlcNAc. A aglicosilación, é unha característica dos antibióticos obtidos por enxeñaría para saltarse a glicosilación.^[2]^[3] Poden orixinarse cinco clases de glicanos:

Glicanos ligados a N (N-ligados) unidos a un átomo de nitróxeno das cadeas laterais dos aminoácidos asparaxina ou arxinina. A glicosilación N-ligada require a participación dun lípido especial chamado dolicol fosfato.
Glicanos ligados a O (O-ligados) unidos ao átomo de oxíxeno do grupo hidroxilo das cadeas laterais dunha serina, treonina, tirosina, hidroxilisina, ou hidroxiprolina, ou a oxíxenos de lípidos como as ceramidas.
Fosfo-glicanos ligados por medio do fosfato á fosfoserina.
Glicanos ligados a C (C-ligados), unha rara forma de glicosilación na que se engade un azucre a un carbono da cadea lateral do triptófano.
Glipiación, que é a adición dunha áncora GPI que enlaza proteínas a lípidos por medio de enlaces glicano.

Funcións

A glicosilación é o proceso polo cal un azucre está unido covalentemente a unha proteína diana. Esta modificación desempeña varias funcións.^[4] Por exemplo, algunhas proteínas non se pregan correctamente a non ser que sexan glicosiladas.^[1] Noutros casos, as proteínas non son estables a menos que conteñan polisacáridos unidos a un nitróxeno da amida de certas asparaxinas. Neste caso a glicosilación non é estritamente necesaria para o correcto pregamenteo, pero a proteína non glicosilada degrádase rapidamente. A glicosilación tamén xoga un papel na adhesión célula-célula (un mecanismo empregado polas células do sistema inmunitario) que se fai por medio de proteínas que se unen a azucres chamadas lectinas, que recoñecen restos de carbohidratos específicos.^[1]

Diversidade das glicoproteínas

A glicosilación incrementa a diversidade das proteínas no proteoma, porque case todos os aspectos da glicosilación poden ser modificados, incluíndo:

Enlace glicosídico: o sitio de ligazón do glicano.
Composición do glicano: os tipos de azucres que se ligan a unha proteína determinada.
Estrutura do glicano: poden ser cadeas de azucres ramificadas ou non ramificadas.
Lonxitude do glicano: poden ser oligosacáridos de cadea curta ou de cadea longa.

Mecanismos

Hai varios mecanismos de glicosilación, aínda que a maioría comparten varias características. Son:^[1]

A glicosilación, a diferenza da glicación, é un proceso encimático. A glicosilación considérase a modificación postraducional máis complexa debido o gran número de reaccións encimáticas que están implicadas.^[5]
A molécula doante é a miúdo un nucleótido azucre activado.
O proceso non utiliza molde (a diferenza da transcrición do ADN ou da tradución de proteínas), senón que as células utilizan encimas segregados en diferentes compartimentos celulares, como o retículo endoplasmático, ou as cisternas do aparato de Golgi. Por tanto, a glicosilación é unha modificación específica de sitio.

Tipos de glicosilación

N-glicosilación

A glicosilación ligada a N ou N-glicosilación é o tipo máis común de enlace glicosídico nas proteínas e é importante para o pregamento dalgunhas proteínas eucarióticas e para a unión célula-célula e célula-matriz extracelular. A N-glicosilación ocorre en eucariotas no lume do retículo endoplasmático e tamén é común en arqueas, pero é moi rara en bacterias.

O-glicosilación

A glicosilación ligada a O ou O-glicosilación é unha forma de glicosilación que ocorre en eucariotas no aparato de Golgi,^[6] pero tamén se dá en arqueas e bacterias.

Glicosilación de fosfoserina

Coñécese glicanos de fosfoserina con xilosa, fucosa, manosa, e N-acetilglicosamina (GlcNAc). A fucosa e N-acetilglicosamina atopáronse só en Dictyostelium discoideum, a manosa en Leishmania mexicana, e a xilosa en Trypanosoma cruzi. A manosa atopouse tamén recentemente nun vertebrado, o rato Mus musculus, no receptor da laminina da superficie celular alfa distroglicano⁴. Suxeriuse que este raro descubrimento podería estar ligado ao feito de que o alfa distroglicano está moi conservado desde os vertebrados inferiores aos mamíferos.^[7]

C-manosilación

A C-manosilación prodúcese cando se engade un azucre manosa ao primeiro residuo de triptófano na secuencia W-X-X-W (onde W indica triptófano e X é calquera aminoácido). As trombospondinas son unhas das proteínas máis comunmente modificadas en átomos de carbono, aínda que esta forma de glicosilación aparece noutras moléculas tamén. A C-manosilación é pouco usual porque o azucre está ligado a un carbono en vez de a un átomo máis reactivo como o nitróxeno ou ao oxíxeno. Recentemente, determinouse a primeira estrutura cristalina dunha proteína que contén este tipo de glicosilación, o compoñente 8 do complemento humano (PDB 3OJY).

Formación de áncoras GPI (glipiación)

Unha forma especial de glicosilación é a formación dunha áncora GPI. Neste tipo de glicosilación únese unha proteína a unha áncora lipídica por medio dunha cadea de glicano. (Ver tamén prenilación.)

Aspectos clínicos

Coñécense uns 40 trastornos de glicosilación en humanos.^[8] Poden dividirse en catro grupos: trastornos de N-glicosilación de proteínas, trastornos de O-glicosilación de proteínas, trastornos de glicosilación de lípidos, e trastornos doutras vías de glicosilación e de múltiples vías de glicosilación. Non se coñecen tratamentos efectivos para ningún destes trastornos. O 80% deles afectan ao sistema nervioso.

Notas

↑ ^1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 Essentials of. Ajit Varki (ed.) (2nd ed.). Cold Spring Harbor Laboratories Press. ISBN 978-0-87969-770-9.
↑ Jung ST, Kang TH, Kelton W, Georgiou G (2011). "Bypassing glycosylation: engineering aglycosylated full-length IgG antibodies for human therapy". Curr Opin Biotechnol. PMID 21420850. doi:10.1016/j.copbio.2011.03.002.
↑ "Transgenic plants of Nicotiana tabacum L. express aglycosylated monoclonal antibody with antitumor activity". Biotecnologia Aplicada. 2013.
↑ Drickamer, K; M.E. Taylor (2006). Introduction to Glycobiology (2nd ed.). Oxford University Press, USA. ISBN 978-0-19-928278-4.
↑ Walsh, Christopher (2006). Posttranslational modification of proteins: Expanding nature's inventory. Roberts and Co. Publishers, Englewood, CO. ISBN 0974707732.
↑ William G. Flynne (2008). Biotechnology and Bioengineering. Nova Publishers. pp. 45–. ISBN 978-1-60456-067-1. Consultado o 13 November 2010.
↑ Yoshida-Moriguchi, T., et al (2010). Science. 327(5961):88-92.
↑ Jaeken J (2013) Congenital disorders of glycosylation. Handb Clin Neurol. 2013;113:1737-43. doi: 10.1016/B978-0-444-59565-2.00044-7

Véxase tamén

Outros artigos

Ligazóns externas

GlycoEP : Plataforma in silico para a predición de N-, O- e C-glicositios en secuencias proteicas eucarióticas PLoS ONE 8(6): e67008 (en inglés)
Libro en liña de glicobioloxía con capítulos sobre glicosilación (en inglés)
GlyProt: N-glicosilación in silico de proteínas(en inglés)
NetNGlyc: O servidor NetNglyc predí sitios de N-glicosilación en proteínas humanas usando redes neurais artificiais que examinan o contexto de secuencia de secuóns Asn-Xaa-Ser/Thr. (en inglés)
Material suplementario do libro "The Sugar Code" ("O código dos azucres")(en inglés)
Información adicional sobre glicosilación e imaxes(en inglés)

[varki-1] 1,0 ^1,1 ^1,2 ^1,3 Essentials of. Ajit Varki (ed.) (2nd ed.). Cold Spring Harbor Laboratories Press. ISBN 978-0-87969-770-9.

[2] Jung ST, Kang TH, Kelton W, Georgiou G (2011). "Bypassing glycosylation: engineering aglycosylated full-length IgG antibodies for human therapy". Curr Opin Biotechnol. PMID 21420850. doi:10.1016/j.copbio.2011.03.002.

[3] "Transgenic plants of Nicotiana tabacum L. express aglycosylated monoclonal antibody with antitumor activity". Biotecnologia Aplicada. 2013.

[taylor-4] Drickamer, K; M.E. Taylor (2006). Introduction to Glycobiology (2nd ed.). Oxford University Press, USA. ISBN 978-0-19-928278-4.

[walsh-5] Walsh, Christopher (2006). Posttranslational modification of proteins: Expanding nature's inventory. Roberts and Co. Publishers, Englewood, CO. ISBN 0974707732.

[Flynne2008-6] William G. Flynne (2008). Biotechnology and Bioengineering. Nova Publishers. pp. 45–. ISBN 978-1-60456-067-1. Consultado o 13 November 2010.

[7] Yoshida-Moriguchi, T., et al (2010). Science. 327(5961):88-92.

[Jaeken2013-8] Jaeken J (2013) Congenital disorders of glycosylation. Handb Clin Neurol. 2013;113:1737-43. doi: 10.1016/B978-0-444-59565-2.00044-7

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]