Glicoproteína
Proteína con modificaciones de oligosacáridos

Glicosilación de proteínas ligadas a N ( N -glicosilación de N -glicanos) en residuos de Asn (motivos Asn-x-Ser/Thr) en glicoproteínas. [1]

Las glicoproteínas son proteínas que contienen cadenas de oligosacáridos (azúcares) unidas covalentemente a cadenas laterales de aminoácidos . El carbohidrato se une a la proteína en una modificación cotraduccional o postraduccional . Este proceso se conoce como glicosilación . Las proteínas extracelulares secretadas suelen estar glicosiladas.

En las proteínas que tienen segmentos que se extienden extracelularmente, los segmentos extracelulares también suelen estar glicosilados. Las glicoproteínas también suelen ser proteínas integrales de membrana importantes , donde desempeñan un papel en las interacciones célula-célula. Es importante distinguir la glicosilación basada en el retículo endoplásmico del sistema secretor de la glicosilación citosólica-nuclear reversible. Las glicoproteínas del citosol y del núcleo se pueden modificar mediante la adición reversible de un solo residuo de GlcNAc que se considera recíproco a la fosforilación y es probable que las funciones de estos sean un mecanismo regulador adicional que controle la señalización basada en la fosforilación. [2] Por el contrario, la glicosilación secretora clásica puede ser estructuralmente esencial. Por ejemplo, la inhibición de la glicosilación ligada a la asparagina, es decir, ligada a N, puede impedir el plegamiento adecuado de la glicoproteína y la inhibición total puede ser tóxica para una célula individual. Por el contrario, la perturbación del procesamiento de los glucanos (eliminación/adición enzimática de residuos de carbohidratos al glucano), que ocurre tanto en el retículo endoplasmático como en el aparato de Golgi , es prescindible para las células aisladas (como lo demuestra la supervivencia con inhibidores de glucósidos), pero puede conducir a enfermedades humanas (trastornos congénitos de la glicosilación) y puede ser letal en modelos animales. Por lo tanto, es probable que el procesamiento fino de los glucanos sea importante para la funcionalidad endógena, como el tráfico celular, pero que esto probablemente haya sido secundario a su papel en las interacciones huésped-patógeno. Un ejemplo famoso de este último efecto es el sistema de grupos sanguíneos ABO .

Aunque existen distintos tipos de glicoproteínas, las más comunes son las glicoproteínas ligadas a N y las ligadas a O. [3] Estos dos tipos de glicoproteínas se distinguen por diferencias estructurales que les dan su nombre. Las glicoproteínas varían mucho en composición, dando lugar a muchos compuestos diferentes, como anticuerpos u hormonas. [4] Debido a la amplia gama de funciones dentro del cuerpo, ha aumentado el interés en la síntesis de glicoproteínas para uso médico. [5] En la actualidad existen varios métodos para sintetizar glicoproteínas, incluida la recombinación y la glicosilación de proteínas. [5]

También se sabe que la glicosilación ocurre en las proteínas nucleocitoplasmáticas en forma de O -GlcNAc . [6]

Tipos de glicosilación

Existen varios tipos de glicosilación, aunque los dos primeros son los más comunes.

Monosacáridos

Ocho azúcares que se encuentran comúnmente en las glicoproteínas.

Los monosacáridos que se encuentran comúnmente en las glicoproteínas eucariotas incluyen: [8] : 526 

Los principales azúcares que se encuentran en las glicoproteínas humanas [9]
AzúcarTipoAbreviatura
β-D-glucosaHexosaGlc
β-D-galactosaHexosaGalón
β-D-ManosaHexosaHombre
α-L-fucosaDesoxihexosaMierda
N-acetilgalactosaminaAminohexosaGalNAc
N-acetilglucosaminaAminohexosaGlcNAc
Ácido N-acetilneuramínicoÁcido aminononulosónico
( ácido siálico )		NeuNAc
XilosaPentosaXilo

Los grupos de azúcar pueden ayudar en el plegamiento de proteínas , mejorar la estabilidad de las proteínas y están involucrados en la señalización celular.

Estructura

Glicoproteínas ligadas a N y ligadas a O

El elemento estructural crítico de todas las glicoproteínas es tener oligosacáridos unidos covalentemente a una proteína. [4] Hay 10 monosacáridos comunes en los glicanos de mamíferos , incluidos: glucosa (Glc), fucosa (Fuc), xilosa (Xyl), manosa (Man), galactosa (Gal), N- acetilglucosamina (GlcNAc), ácido glucurónico (GlcA), ácido idurónico (IdoA), N-acetilgalactosamina (GalNAc), ácido siálico y ácido 5-N-acetilneuramínico (Neu5Ac). [3] Estos glicanos se unen a áreas específicas de la cadena de aminoácidos de la proteína .

Los dos enlaces más comunes en las glicoproteínas son las glicoproteínas N -ligadas y las glicoproteínas O -ligadas. [3] Una glicoproteína N -ligada tiene enlaces de glicano al nitrógeno que contiene un aminoácido asparagina dentro de la secuencia de la proteína. [4] Una glicoproteína O -ligada tiene el azúcar unido a un átomo de oxígeno de un aminoácido serina o treonina en la proteína. [4]

El tamaño y la composición de las glicoproteínas pueden variar en gran medida, y la composición de carbohidratos varía entre el 1% y el 70% de la masa total de la glicoproteína. [4] Dentro de la célula, aparecen en la sangre, la matriz extracelular o en la superficie externa de la membrana plasmática, y constituyen una gran parte de las proteínas secretadas por las células eucariotas. [4] Tienen aplicaciones muy amplias y pueden funcionar como una variedad de sustancias químicas, desde anticuerpos hasta hormonas. [4]

Glicómica

La glicómica es el estudio de los componentes de carbohidratos de las células. [4] Aunque no es exclusiva de las glicoproteínas, puede revelar más información sobre diferentes glicoproteínas y su estructura. [4] Uno de los propósitos de este campo de estudio es determinar qué proteínas están glicosiladas y en qué parte de la secuencia de aminoácidos ocurre la glicosilación. [4] Históricamente, la espectrometría de masas se ha utilizado para identificar la estructura de las glicoproteínas y caracterizar las cadenas de carbohidratos unidas a ellas. [4] [10]

Ejemplos

La interacción única entre las cadenas de oligosacáridos tiene diferentes aplicaciones. En primer lugar, ayuda en el control de calidad al identificar proteínas mal plegadas. [4] Las cadenas de oligosacáridos también cambian la solubilidad y la polaridad de las proteínas a las que están unidas. [4] Por ejemplo, si las cadenas de oligosacáridos están cargadas negativamente, con suficiente densidad alrededor de la proteína, pueden repeler las enzimas proteolíticas y alejarlas de la proteína unida. [4] La diversidad de interacciones se presta a diferentes tipos de glicoproteínas con diferentes estructuras y funciones. [5]

Un ejemplo de glucoproteínas que se encuentran en el cuerpo son las mucinas , que se secretan en la mucosidad de los tractos respiratorio y digestivo. Los azúcares, cuando se unen a las mucinas, les otorgan una capacidad considerable de retención de agua y también las hacen resistentes a la proteólisis por enzimas digestivas.

Las glicoproteínas son importantes para el reconocimiento de los glóbulos blancos . [ cita requerida ] Algunos ejemplos de glicoproteínas en el sistema inmunológico son:

Antígeno H de los antígenos de compatibilidad sanguínea ABO. Otros ejemplos de glicoproteínas incluyen:

  • Gonadotropinas (hormona luteinizante y hormona folículo estimulante)
  • glicoproteína IIb/IIIa , una integrina que se encuentra en las plaquetas y que es necesaria para la agregación plaquetaria normal y la adherencia al endotelio .
  • componentes de la zona pelúcida , que rodea al ovocito y es importante para la interacción espermatozoide -óvulo.
  • Glicoproteínas estructurales, que se encuentran en el tejido conectivo . Estas ayudan a unir las fibras, las células y la sustancia fundamental del tejido conectivo . También pueden ayudar a que los componentes del tejido se unan a sustancias inorgánicas, como el calcio en los huesos .
  • La glicoproteína-41 ( gp41 ) y la glicoproteína-120 ( gp120 ) son proteínas de la cubierta viral del VIH.

Las glicoproteínas solubles a menudo muestran una alta viscosidad , por ejemplo, en la clara de huevo y el plasma sanguíneo .

Las glicoproteínas de superficie variables permiten que el parásito Trypanosoma de la enfermedad del sueño escape a la respuesta inmune del huésped.

La espícula viral del virus de la inmunodeficiencia humana está muy glicosilada. [12] Aproximadamente la mitad de la masa de la espícula es glicosilada y los glicanos actúan para limitar el reconocimiento de anticuerpos, ya que los glicanos son ensamblados por la célula huésped y, por lo tanto, son en gran medida "propios". Con el tiempo, algunos pacientes pueden desarrollar anticuerpos para reconocer los glicanos del VIH y casi todos los llamados "anticuerpos ampliamente neutralizantes" (bnAbs) reconocen algunos glicanos. Esto es posible principalmente porque la densidad inusualmente alta de glicanos impide la maduración normal de los glicanos y, por lo tanto, quedan atrapados en el estado prematuro de alta manosa. [13] [14] Esto proporciona una ventana para el reconocimiento inmunológico. Además, como estos glicanos son mucho menos variables que la proteína subyacente, han surgido como objetivos prometedores para el diseño de vacunas. [15]

Las glicoproteínas P son fundamentales para la investigación antitumoral debido a su capacidad de bloquear los efectos de los fármacos antitumorales. [4] [16] La glicoproteína P, o transportador de múltiples fármacos (MDR1), es un tipo de transportador ABC que transporta compuestos fuera de las células. [4] Este transporte de compuestos fuera de las células incluye fármacos diseñados para ser administrados a la célula, lo que provoca una disminución de la eficacia del fármaco. [4] Por lo tanto, ser capaz de inhibir este comportamiento disminuiría la interferencia de la glicoproteína P en la administración de fármacos, lo que lo convierte en un tema importante en el descubrimiento de fármacos. [4] Por ejemplo, la glicoproteína P provoca una disminución de la acumulación de fármacos contra el cáncer dentro de las células tumorales, lo que limita la eficacia de las quimioterapias utilizadas para tratar el cáncer. [16]

Hormonas

Las hormonas que son glicoproteínas incluyen:

Distinción entre glicoproteínas yproteoglicanos

Citando recomendaciones de la IUPAC: [17]

Una glicoproteína es un compuesto que contiene carbohidratos (o glicanos) unidos covalentemente a una proteína. Los carbohidratos pueden estar en forma de monosacáridos, disacáridos, oligosacáridos, polisacáridos o sus derivados (por ejemplo, sulfosustituidos o fosfosustituidos). Pueden estar presentes una, varias o muchas unidades de carbohidratos. Los proteoglicanos son una subclase de glicoproteínas en las que las unidades de carbohidratos son polisacáridos que contienen aminoazúcares. Dichos polisacáridos también se conocen como glicosaminoglicanos.

Funciones

Algunas funciones que cumplen las glicoproteínas [8] : 524 
FunciónGlicoproteínas
Molécula estructuralColágenos
Lubricante y agente protectorMucinas
Molécula de transporteTransferrina , ceruloplasmina
Molécula inmunológicaInmunoglobulinas , [18] antígenos de histocompatibilidad
HormonaGonadotropina coriónica humana (HCG), hormona estimulante de la tiroides (TSH)
EnzimaVarios, por ejemplo, fosfatasa alcalina , patatina.
Sitio de reconocimiento de unión celularDiversas proteínas implicadas en interacciones célula-célula (p. ej., espermatozoide - ovocito ), virus-célula, bacteria-célula y hormona-célula.
Proteína anticongelanteCiertas proteínas plasmáticas de peces de agua fría
Interactúa con carbohidratos específicosLectinas , selectinas (lectinas de adhesión celular), anticuerpos
ReceptorDiversas proteínas implicadas en la acción de hormonas y fármacos
Afecta el plegamiento de ciertas proteínas.Calnexina , calreticulina
Regulación del desarrolloNotch y sus análogos, proteínas clave en el desarrollo
Hemostasia (y trombosis )Glicoproteínas específicas en las membranas superficiales de las plaquetas

Análisis

Se utilizan diversos métodos para la detección, purificación y análisis estructural de las glicoproteínas: [8] : 525  [18] [10]

Algunos métodos importantes utilizados para estudiar las glicoproteínas
MétodoUsar
Tinción de ácido peryódico-SchiffDetecta glicoproteínas como bandas rosas después de la separación electroforética .
Incubación de células cultivadas con glicoproteínas como bandas de desintegración radiactivaConduce a la detección de un azúcar radiactivo después de la separación electroforética.
Tratamiento con endo- o exoglucosidasas o fosfolipasas adecuadasLos cambios resultantes en la migración electroforética ayudan a distinguir entre proteínas con enlaces N-glicano, O-glicano o GPI y también entre N-glicanos complejos y con alto contenido de manosa .
Cromatografía en columna de agarosa - lectina , cromatografía de afinidad de lectinaPara purificar glicoproteínas o glicopéptidos que se unen a la lectina particular utilizada.
Electroforesis de afinidad de lectinasLos cambios resultantes en la migración electroforética ayudan a distinguir y caracterizar las glicoformas , es decir, variantes de una glicoproteína que difieren en carbohidratos.
Análisis de la composición tras hidrólisis ácidaIdentifica los azúcares que contiene la glicoproteína y su estequiometría.
Espectrometría de masasProporciona información sobre la masa molecular , la composición, la secuencia y, en ocasiones, la ramificación de una cadena de glicano. También se puede utilizar para la elaboración de perfiles de glicosilación específicos del sitio. [18]
Espectroscopia de RMNIdentificar azúcares específicos, su secuencia, enlaces y la naturaleza anómera de la cadena glucosídica.
Dispersión de luz multiánguloEn combinación con la cromatografía de exclusión por tamaño, la absorción UV/Vis y la refractometría diferencial, proporciona información sobre la masa molecular , la relación proteína-carbohidrato, el estado de agregación, el tamaño y, a veces, la ramificación de una cadena de glicano. En combinación con el análisis de gradiente de composición, analiza la autoasociación y la heteroasociación para determinar la afinidad de unión y la estequiometría con proteínas o carbohidratos en solución sin etiquetar.
Interferometría de polarización dualMide los mecanismos subyacentes a las interacciones biomoleculares, incluidas las velocidades de reacción, las afinidades y los cambios conformacionales asociados .
Análisis de metilación (enlace)Para determinar la unión entre azúcares.
Secuenciación de aminoácidos o ADNcDeterminación de la secuencia de aminoácidos.

Síntesis

La glicosilación de proteínas tiene una variedad de aplicaciones diferentes, desde influir en la comunicación entre células hasta cambiar la estabilidad térmica y el plegamiento de las proteínas. [4] [19] Debido a las capacidades únicas de las glicoproteínas, se pueden utilizar en muchas terapias. [19] Al comprender las glicoproteínas y su síntesis, se pueden usar para tratar el cáncer, la enfermedad de Crohn , el colesterol alto y más. [3]

El proceso de glicosilación (unión de un carbohidrato a una proteína) es una modificación postraduccional , lo que significa que ocurre después de la producción de la proteína. [3] La glicosilación es un proceso al que se someten aproximadamente la mitad de todas las proteínas humanas y que influye en gran medida en las propiedades y funciones de la proteína. [3] Dentro de la célula, la glicosilación ocurre en el retículo endoplásmico . [3]

Recombinación

Representación de las diferencias en los glicanos entre diferentes animales.

Existen varias técnicas para el ensamblaje de glicoproteínas. Una técnica utiliza la recombinación . [3] La primera consideración para este método es la elección del huésped, ya que hay muchos factores diferentes que pueden influir en el éxito de la recombinación de glicoproteínas, como el costo, el entorno del huésped, la eficacia del proceso y otras consideraciones. [3] Algunos ejemplos de células huésped incluyen E. coli, levadura, células vegetales, células de insectos y células de mamíferos. [3] De estas opciones, las células de mamíferos son las más comunes porque su uso no enfrenta los mismos desafíos que otras células huésped, como diferentes estructuras de glicanos, vida media más corta y posibles respuestas inmunes no deseadas en humanos. [3] De las células de mamíferos, la línea celular más común utilizada para la producción de glicoproteínas recombinantes es la línea de ovario de hámster chino . [3] Sin embargo, a medida que se desarrollan las tecnologías, las líneas celulares más prometedoras para la producción de glicoproteínas recombinantes son las líneas celulares humanas. [3]

Glicosilación

La formación del enlace entre el glicano y la proteína es un elemento clave de la síntesis de glicoproteínas. [5] El método más común de glicosilación de glicoproteínas ligadas a N es a través de la reacción entre un glicano protegido y una asparagina protegida. [5] De manera similar, una glicoproteína ligada a O se puede formar mediante la adición de un donante de glicosilo con una serina o treonina protegida . [5] Estos dos métodos son ejemplos de enlace natural. [5] Sin embargo, también existen métodos de enlaces no naturales. [5] Algunos métodos incluyen la ligadura y una reacción entre un sulfamidato derivado de serina y tiohexosas en agua. [5] Una vez que se completa este enlace, la secuencia de aminoácidos se puede expandir mediante el uso de la síntesis de péptidos en fase sólida. [5]

Véase también

Notas y referencias

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Lectura adicional

  • Maverakis E, Kim K, Shimoda M, Gershwin ME, Patel F, Wilken R, Raychaudhuri S, Ruhaak LR, Lebrilla CB (febrero de 2015). "Glicanos en el sistema inmunológico y la teoría de los glicanos alterados de la autoinmunidad: una revisión crítica". Journal of Autoimmunity . 57 : 1–13. doi :10.1016/j.jaut.2014.12.002. PMC  4340844 . PMID  25578468.
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