Glican - Glycan

A nu se confunda cu Glucan .

Termenii glican și polizaharid sunt definiți de IUPAC ca sinonime care înseamnă „compuși constând dintr-un număr mare de monozaharide legate glicozidic”. Cu toate acestea, în practică, termenul glican poate fi folosit și pentru a se referi la porțiunea de carbohidrați a unui glicoconjugat , cum ar fi o glicoproteină , glicolipidă sau un proteoglican , chiar dacă carbohidratul este doar o oligozaharidă . Glicanii constau de obicei numai din legături O-glicozidice ale monozaharidelor. De exemplu, celuloza este un glican (sau, mai precis, un glucan ) compus din D- glucoză legată de β-1,4 , iar chitina este un glican compus din N- acetil- D legat de β-1,4 -glucozamina. Glicanii pot fi homo- sau heteropolimeri ai reziduurilor de monozaharide și pot fi liniari sau ramificați.

Glicanii și proteinele

Vezi și: Interacțiuni glican-proteină

Glicanii pot fi găsiți atașați de proteine ​​ca în glicoproteine ​​și proteoglicani. În general, acestea se găsesc pe suprafața exterioară a celulelor. Glicanii legați de O și N sunt foarte frecvenți la eucariote, dar pot fi găsiți, deși mai puțin frecvent, la procariote .

N -Glicani legați

Articol principal: glicozilare N-legată

Introducere

Glicanii N-legați sunt atașați în reticulul endoplasmatic la azotul (N) din lanțul lateral al asparaginei (Asn) din secvență . Secvența este o secvență Asn-X-Ser sau Asn-X-Thr, unde X este orice aminoacid cu excepția prolinei și glicanul poate fi compus din N- acetilgalactozamină , galactoză , acid neuraminic , N- acetilglucozamină , fucoză , manoză și alte monozaharide.

Asamblare

În eucariote, glicanii N-legați sunt derivați dintr-o unitate de bază de 14- zahăr asamblată în citoplasmă și reticul endoplasmatic . În primul rând, două reziduuri de N- acetilglucozamină sunt atașate la dolichol monofosfat , o lipidă, pe partea exterioară a membranei reticulului endoplasmatic. La această structură se adaugă apoi cinci reziduuri de manoză. În acest moment, glicanul nucleu parțial terminat este răsturnat peste membrana reticulului endoplasmatic, astfel încât este acum situat în lumenul reticular. Asamblarea continuă apoi în reticulul endoplasmatic, cu adăugarea a încă patru reziduuri de manoză. În cele din urmă, trei reziduuri de glucoză sunt adăugate la această structură. După asamblarea completă, glicanul este transferat în bloc de glicoziltransferază oligozahariltransferază într-un lanț peptidic născut, în lumenul reticular. Această structură de bază a glicanilor N-legați, astfel, constă din 14 reziduuri (3 glucoză, 9 manoză și 2 N- acetilglucozamină).

Imagine: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=glyco.figgrp.469

Pătratele întunecate sunt N- acetilglucozamina; cercurile luminoase sunt manoză; triunghiurile întunecate sunt glucoza.

Prelucrare, modificare și diversitate

Odată transferate în lanțul peptidic naștent, glicanii N-legați, în general, suferă reacții extinse de procesare, prin care cele trei reziduuri de glucoză sunt îndepărtate, precum și mai multe reziduuri de manoză, în funcție de glicanul N-legat în cauză. Îndepărtarea reziduurilor de glucoză depinde de plierea corespunzătoare a proteinelor. Aceste reacții de procesare apar în aparatul Golgi . Reacțiile de modificare pot implica adăugarea unei grupări fosfat sau acetil pe zaharuri sau adăugarea de zaharuri noi, cum ar fi acidul neuraminic . Prelucrarea și modificarea glicanilor N-legați din Golgi nu urmează o cale liniară. Ca urmare, sunt posibile multe variații diferite ale structurii glicanului legat de N, în funcție de activitatea enzimei din Golgi.

Funcții și importanță

Glicanii legați de N sunt extrem de importanți în plierea corectă a proteinelor în celulele eucariote. Proteinele chaperone din reticulul endoplasmatic, cum ar fi calnexina și calreticulina , se leagă de cele trei reziduuri de glucoză prezente pe glicanul N-legat al nucleului. Aceste proteine ​​chaperone servesc apoi pentru a ajuta la plierea proteinei de care este atașat glicanul. După plierea corespunzătoare, cele trei reziduuri de glucoză sunt îndepărtate, iar glicanul trece la reacții de procesare ulterioare. În cazul în care proteina nu reușește să se plieze corect, cele trei reziduuri de glucoză sunt reatașate, permițând proteinei să se asocieze din nou cu chaperonele. Acest ciclu se poate repeta de mai multe ori până când o proteină atinge conformația corectă. Dacă o proteină nu reușește să se plieze în mod repetat, aceasta este excretată din reticulul endoplasmatic și degradată de proteaze citoplasmatice.

Glicanii legați de N contribuie, de asemenea, la plierea proteinelor prin efecte sterice. De exemplu, reziduurile de cisteină din peptidă pot fi blocate temporar pentru a forma legături disulfidice cu alte reziduuri de cisteină, datorită dimensiunii unui glican din apropiere. Prin urmare, prezența unui glican legat de N permite celulei să controleze ce reziduuri de cisteină vor forma legături disulfură.

Glicanii N-legați joacă, de asemenea, un rol important în interacțiunile celulă-celulă. De exemplu, celulele tumorale produc glicani legați de N care sunt anormali. Acestea sunt recunoscute de receptorul CD337 de pe celulele Natural Killer ca un semn că celula în cauză este canceroasă.

În cadrul sistemului imunitar, glicanii N-legați de pe suprafața celulei imune vor ajuta la dictarea modelului de migrație al celulei, de exemplu, celulele imune care migrează către piele au glicozilații specifice care favorizează adăpostirea la locul respectiv. Modelele de glicozilare de pe diferitele imunoglobuline, inclusiv IgE, IgM, IgD, IgE, IgA și IgG le conferă funcții efectorice unice prin modificarea afinităților lor pentru Fc și alți receptori imuni. Glicanii pot fi, de asemenea, implicați în discriminarea „de sine” și „non-auto”, care pot fi relevante pentru fiziopatologia diferitelor boli autoimune; inclusiv artrita reumatoidă și diabetul de tip 1.

Direcționarea enzimelor lizozomale degradante este realizată și de glicanii N-legați. Modificarea unui glican legat de N cu un reziduu de manoză-6-fosfat servește drept semnal că proteina de care este atașat acest glican trebuie mutată în lizozom. Această recunoaștere și trafic de enzime lizozomale prin prezența de manoză-6-fosfat este realizată de două proteine: CI-MPR ( receptor de manoză-6-fosfat independent de catione ) și CD-MPR (receptor de manoză-6-fosfat dependent de catione) ).

O -Glicani legați

Articol principal: glicozilare legată de O

Introducere

În eucariote, glicanii legați de O sunt asamblați câte un zahăr pe un rest de serină sau treonină dintr-un lanț peptidic în aparatul Golgi. Spre deosebire de glicanii N- legați, nu există încă o secvență consens cunoscută. Cu toate acestea, plasarea unui reziduu de prolină la -1 sau +3 în raport cu serina sau treonina este favorabilă pentru glicozilarea O-legată.

Asamblare

Primul monozaharidă atașat în sinteza O -legat glicanilor este N-acetil-galactozamină. După aceasta, sunt posibile mai multe căi diferite. O structură Core 1 este generată prin adăugarea de galactoză. O structură Core 2 este generată prin adăugarea de N-acetil-glucozamină la N-acetil-galactozamină a structurii Core 1. Structurile nucleului 3 sunt generate prin adăugarea unei singure N-acetil-glucozamină la N-acetil-galactozamină originală. Structurile Core 4 sunt generate de adăugarea unei a doua N-acetil-glucozamină la structura Core 3. Alte structuri de bază sunt posibile, deși mai puțin frecvente.

Imagini:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=glyco.figgrp.561  : generația Core 1 și Core 2. Patrat alb = N-acetil-galactozamină; cerc negru = galactoză; Patrat negru = N-acetil-glucozamina. Notă: Există o greșeală în această diagramă. Pătratul inferior trebuie să fie întotdeauna alb în fiecare imagine, nu negru.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=glyco.figgrp.562  : generația Core 3 și Core 4.

O temă structurală comună în glicanii O-legați este adăugarea de unități de polilactozamină la diferitele structuri de bază. Acestea sunt formate prin adăugarea repetată de unități de galactoză și N-acetil-glucozamină. Lanțurile de polilactozamină pe glicanii legați de O sunt adesea acoperite de adăugarea unui reziduu de acid sialic (similar cu acidul neuraminic). Dacă se adaugă și un reziduu de fucoză , la următorul penultim reziduu, se formează o structură Sialyl-Lewis X (SLex).

Funcții și importanță

Sialyl Lewis x este important în determinarea antigenului sanguin ABO .

SLex este, de asemenea, important pentru un răspuns imun adecvat. Eliberarea de P- selectină din corpurile Weibel-Palade , pe celulele endoteliale ale vaselor de sânge, poate fi indusă de o serie de factori. Un astfel de factor este răspunsul celulei endoteliale la anumite molecule bacteriene, cum ar fi peptidoglicanul . P-selectina se leagă de structura SLex care este prezentă pe neutrofilele din sânge și ajută la medierea extravazării acestor celule în țesutul înconjurător în timpul infecției.

Glicanii legați de O , în special mucina , s-au dovedit a fi importanți în dezvoltarea microflorei intestinale normale. Anumite tulpini de bacterii intestinale se leagă în mod specific de mucină, permițându-le colonizarea intestinului.

Exemple de glicoproteine O- legate sunt:

Glicozaminoglicanii

Articol principal: Glicozaminoglican

Un alt tip de glican celular este glicozaminoglicanii (GAG). Acestea cuprind 2-aminosugari legați într-un mod alternativ cu acizii uronici și includ polimeri precum heparină , heparan sulfat , condroitină , keratan și dermatan . Unii glicozaminoglicanii, cum ar fi sulfatul de heparan, se găsesc atașați la suprafața celulei, unde sunt legați printr-un linker tetrasacharidic printr-un reziduu de xilozil la o proteină (formând o glicoproteină sau un proteoglican ).

Glicoștiință

Un raport din 2012 al Consiliului Național de Cercetare al SUA solicită o nouă concentrare pe glicosciență, un domeniu care explorează structurile și funcțiile glicanilor și promite mari progrese în domenii la fel de diverse precum medicina, generarea de energie și știința materialelor. Până acum, glicanii au primit puțină atenție din partea comunității de cercetare din cauza lipsei de instrumente pentru a le testa structurile și proprietățile adesea complexe. Raportul prezintă o foaie de parcurs pentru transformarea glicoștiinței dintr-un domeniu dominat de specialiști într-o disciplină larg studiată și integrată.

Glicanii și lipidele

Vezi glicolipide

GPI-Ancore

A se vedea glicofosfatidilinozitol

Vezi si

Instrumente utilizate pentru cercetarea glicanului

Următoarele sunt exemple de tehnici utilizate în mod obișnuit în analiza glicanului:

Spectrometrie de masă de înaltă rezoluție (MS) și cromatografie lichidă de înaltă performanță (HPLC)

Cele mai frecvent aplicate metode sunt MS și HPLC , în care partea glicanului este scindată enzimatic sau chimic de țintă și supusă analizei. În cazul glicolipidelor, acestea pot fi analizate direct fără separarea componentei lipidice.

N- glicanii din glicoproteine ​​sunt analizați de rutină prin cromatografie lichidă de înaltă performanță (fază inversă, fază normală și HPLC cu schimb de ioni) după marcarea capătului reducător al zaharurilor cu un compus fluorescent (marcare reductivă). O mare varietate de etichete diferite au fost introduse în ultimii ani, unde 2-aminobenzamida (AB), acidul antranilic (AA), 2-aminopiridina (PA), 2-aminoacridona (AMAC) și 3- (acetilamino) -6-aminoacridina (AA-Ac) sunt doar câteva dintre ele.

O- glicanii sunt de obicei analizați fără etichete, datorită condițiilor de eliberare chimică care împiedică etichetarea acestora.

Glicanii fracționați din instrumentele de cromatografie lichidă de înaltă performanță (HPLC) pot fi analizați în continuare prin MALDI -TOF-MS (MS) pentru a obține informații suplimentare despre structură și puritate. Uneori, bazinele de glican sunt analizate direct prin spectrometrie de masă fără prefracționare, deși o discriminare între structurile de glican izobarice este mai dificilă sau chiar nu este întotdeauna posibilă. Oricum, analiza directă MALDI -TOF-MS poate duce la o ilustrare rapidă și directă a bazei de glican.

În ultimii ani, cromatografia lichidă de înaltă performanță online cuplată cu spectrometria de masă a devenit foarte populară. Prin alegerea carbonului grafitic poros ca fază staționară pentru cromatografia lichidă, pot fi analizați chiar glicanii nederatizați. Detectarea se face aici prin spectrometrie de masă, dar în loc de MALDI -MS, ionizarea prin electrospray ( ESI ) este mai frecvent utilizată.

Monitorizarea reacțiilor multiple (MRM)

Deși MRM a fost utilizat pe scară largă în metabolomică și proteomică, sensibilitatea sa ridicată și răspunsul liniar într-un interval dinamic larg îl fac adecvat în special pentru cercetarea și descoperirea biomarkerilor glicanici. MRM se efectuează pe un instrument triplu quadrupol (QqQ), care este setat să detecteze un ion precursor predeterminat în primul quadrupol, un fragment fragmentat în quadrupolul de coliziune și un ion fragment predeterminat în al treilea quadrupol. Este o tehnică fără scanare, în care fiecare tranziție este detectată individual și detectarea mai multor tranziții are loc simultan în ciclurile de funcționare. Această tehnică este utilizată pentru a caracteriza glicemul imun.

Tabelul 1 : Avantajele și dezavantajele spectrometriei de masă în analiza glicanului

Avantaje Dezavantaje
  • Aplicabil pentru cantități mici de eșantioane (interval mai mic de fmol)
  • Util pentru amestecuri complexe de glican (generarea unei alte dimensiuni de analiză).
  • Laturile atașamentului pot fi analizate prin experimente în tandem MS (analiză glicană specifică lateral).
  • Secvențierea glicanului prin experimente în tandem cu MS.
  • Metoda distructivă.
  • Necesitatea unui proiect experimental adecvat.

Matrice

Matricele de lectină și anticorpi asigură screening-ul de mare randament al multor probe care conțin glican. Această metodă utilizează fie lectine naturale, fie anticorpi artificiali monoclonali , în care ambii sunt imobilizați pe un anumit cip și incubați cu o probă de glicoproteină fluorescentă.

Tablourile Glican, precum cele oferite de Consortium for Functional Glycomics și Z Biotech LLC , conțin compuși glucidici care pot fi examinați cu lectine sau anticorpi pentru a defini specificitatea carbohidraților și a identifica liganzii.

Marcarea metabolică și covalentă a glicanilor

Marcarea metabolică a glicanilor poate fi utilizată ca modalitate de detectare a structurilor glicanului. O strategie binecunoscută implică utilizarea zaharurilor marcate cu azidă care pot fi reacționate folosind ligatura Staudinger . Această metodă a fost utilizată pentru imagistica in vitro și in vivo a glicanilor.

Instrumente pentru glicoproteine

Cristografia cu raze X și spectroscopia cu rezonanță magnetică nucleară (RMN) pentru analiza structurală completă a glicanilor complexi este un câmp dificil și complex. Cu toate acestea, structura situsului de legare a numeroase lectine , enzime și alte proteine ​​care leagă carbohidrații au dezvăluit o mare varietate a bazei structurale pentru funcția glicemă. Puritatea probelor testate a fost obținută prin cromatografie ( cromatografie de afinitate etc.) și electroforeză analitică ( PAGE (electroforeză poliacrilamidică) , electroforeză capilară , electroforeză de afinitate etc.).

Resurse

Referințe

linkuri externe