GLICOPROTEÏNES: ESTRUCTURA, FUNCIONS, CLASSES I EXEMPLES - BIOLOGIA - 2025

Les glicoproteïnes o glucoproteïnes són proteïnes transmembranales que formen part de la gran família de glicoconjugats de membrana i són presents en animals, plantes i microorganismes com bacteris, llevats i arqueges.

Van ser definides per primera vegada l'any 1908 pel Comitè de Nomenclatura de Proteïnes de la Societat Americana de Bioquímics i són el resultat de la unió glicosídica d'una proteïna amb una porció carbohidratada anomenada glucans.

Estructura de l'monòmer de la lectina d'un llegum (Font: User: Tomixdf via Wikimedia Commons)

Són proteïnes particularment abundants a la superfície de la membrana plasmàtica de moltes cèl·lules i constitueixen part important de la capa de carbohidrats que recobreix a les mateixes i que en molts casos es denomina glucocálix.

Les proteïnes precursores de les glucoproteïnes són modificades covalentment al reticle endoplasmàtic i el complex de Golgi de molts eucariotes després de la seva traducció, tot i que també es donen casos de glicosilació en el citosol, però són menys comuns i es donen amb un sol tipus de sucre.

La glicosilació de proteïnes moltes vegades té efectes funcionals importants en la seva activitat, ja que pot participar en el plegament i, per tant, en l'establiment de la seva estructura terciària.

Els glucans tenen múltiples funcions biològicament importants per a la cèl·lula, ja que poden conferir especificitat a les cèl·lules i participar en processos de senyalització intra i intercel·lulars, ja que són lligands per a receptors endògens i exògens.

Les glicoproteïnes, així com la resta de glicoconjugats, són tan importants que una cèl·lula dedica fins a 1% del seu genoma a la maquinària de glicosilació i, en els humans, més de l'70% de les proteïnes estan modificades per glicosilació.

estructura

L'estructura de les glicoproteïnes s'estudia en base a la seva seqüència aminoacídica, als llocs de glicosilació dins la seqüència ia les estructures de les porcions glucans que s'uneixen en aquests llocs.

Les cadenes d'oligosacàrids que s'uneixen per glicosilació a aquestes proteïnes en general són molt diverses, però són curtes, ja que no superen els 15 residus de sucres. Algunes proteïnes posseeixen una sola cadena oligosacárida, però d'altres poden tenir més d'una i aquestes poden ser ramificades.

La unió entre oligosacàrids i proteïnes passa a través del carboni anomèric de l'carbohidrat i el grup hidroxil (-OH) d'un residu de serina o treonina, en el cas de l'O -glicosilación, o mitjançant el nitrogen amida d'un residu d'asparagina, en el cas de la N-glicosilació.

Els carbohidrats així units poden representar fins al 70% de l'pes molecular d'una glicoproteïna i les característiques de la porció carbohidratada (mida i càrrega, per exemple) poden protegir algunes proteïnes enfront de la proteòlisi enzimàtica.

Una mateixa proteïna pot tenir, en teixits diferents, patrons de glicosilació diferents que la converteixen en una glicoproteïna diferent, ja que l'estructura completa inclou no només als residus aminoacídics i als seus arranjaments espacials, sinó també als oligosacàrids units a aquests.

Entre els residus de sucres que es troben reiteradament en les glucoproteïnes es troben: D-galactosa, D-manosa, D-glucosa, L-fucosa, D-xilosa, L-arabinofuranosa, N-acetil-D-glucosamina, N-acetil -D-galactosamina, alguns àcids siálicos i modificacions de tots aquests.

funcions

Estructurals

Des del punt de vista estructural, les glicoproteïnes proporcionen cadenes de carbohidrats que participen en la protecció i lubricació de les cèl·lules, ja que aquestes són capaços de hidratar-se i formar una substància viscosa que resisteix agressions mecàniques i químiques.

En bacteris i arqueges també es troben algunes glicoproteïnes i aquestes són importants components de la capa S, que és la capa més externa de la coberta cel·lular.

A més, també es troben com a constituents de les proteïnes flagelinas, que formen part dels filaments flagel·lessis que empren com a òrgans locomotors.

Les plantes també posseeixen glicoproteïnes estructurals que es caracteritzen per complexos patrons de glicosilació i que poden trobar-se com a part de l'estructura de la paret cel·lular o en la matriu extracel·lular.

reconeixement cel·lular

Les glicoproteïnes exerceixen funcions transcendentals com llocs de reconeixement entre cèl·lules, ja que molts receptors a la superfície cel·lular són capaços de reconèixer seqüències específiques d'oligosacàrids.

Exemple dels reconeixements intercel·lulars que ocorren per mitjà de les cadenes d'oligosacàrids en la superfície cel·lular és el cas de el reconeixement entre l'òvul i l'espermatozoide, necessaris perquè es doni el fenomen de la fecundació en els organismes pluricel·lulars amb reproducció sexual.

Els grup sanguinis en els humans estan determinats per la identitat dels sucres units a les glicoproteïnes que els especifiquen. Els anticossos i moltes hormones també són glicoproteïnes i les seves funcions són primordials per a la senyalització i defensa de el cos.

adhesió cel·lular

Les cèl·lules T de el sistema immune dels mamífers posseeixen una glicoproteïna amb dominis d'adhesió coneguda com CD2, que és un component clau per a l'estimulació immunològica ja que hi ha la unió entre el limfòcit i les cèl·lules presentadores d'antigen a través del seu receptor, la glicoproteïna CD58.

Alguns virus que tenen funcions patogèniques importants per a molts mamífers, i entre ells els éssers humans, posseeixen glicoproteïnes de superfície que funcionen en els processos d'adhesió de la partícula viral a les cèl·lules que parasiten.

Tal és el cas de la proteïna GP120 d'el Virus Humà de immunodeficiència adquirida o VIH, que interactua amb una proteïna superficial de les cèl·lules humanes coneguda com gp41 i que col·labora amb l'entrada de virus a la cèl·lula.

De la mateixa manera, moltes proteïnes glicosilades participen en importants processos d'adhesió cel·lular que tenen lloc en la vida corrent de les cèl·lules presents en molts teixits dels organismes pluricel·lulars.

Glicoproteïnes com blancs terapèutics

Aquests complexos proteïna-carbohidrat són els blancs preferits per molts patògens com paràsits i virus, i moltes glicoproteïnes amb patrons de glicosilació aberrants tenen funcions determinants en malalties autoimmunes i càncers.

Per aquestes raons, diversos investigadors s'han donat a la tasca de plantejar aquestes proteïnes com a possibles blancs terapèutics i per al disseny de mètodes de diagnòstic, teràpies de nova generació i fins i tot per al disseny de vacunes.

classes

La classificació de les glucoproteïnes es basa principalment en la naturalesa de l'enllaç glicosídic que uneix les porcions proteiques i carbohidratadas i en les característiques dels glucans units.

D'acord als residus ensucrats, es poden tenir glucoproteïnes amb monosacàrids, disacàrids, oligosacàrids, polisacàrids i derivats d'aquests. Alguns autors consideren una classificació de glicoproteïnes a:

- Els proteoglicans, que són una subclasse dins el grup de les glicoproteïnes que conté, en la porció carbohidratada, polisacàrids compostos principalment per aminosucres (glicosaminoglicans).

- Els glicopèptids, que són molècules compostes per carbohidrats units a oligopéptidos formats per aminoàcids en les seves conformacions L i / o D.

- Els gluco aminoàcids, que són aminoàcids units a un sacàrid a través de qualsevol tipus d'enllaç covalent.

- Els glicosil aminoàcids, que són aminoàcids units a una porció sacárida a través d'enllaços O-, N-, o S-glicosídics.

En la nomenclatura d'aquestes proteïnes així unides a carbohidrats s'empren els prefixos O-, N- i S- per especificar a través de quin enllaços s'uneixen els sucres a la cadena polipeptídica.

exemples

- La glicoforina A és una de les glicoproteïnes millor estudiades: és una proteïna integral de la membrana dels eritròcits (cèl·lules o glòbuls vermells de la sang) i té 15 cadenes d'oligosacàrids unides covalentment als residus aminoacídics de la regió N-terminal a través d'enllaços O -glicosídicos i una cadena unida per un enllaç N- glicosídic.

- La major part de les proteïnes de la sang són glicoproteïnes i en aquest grup s'inclouen les immunoglobulines i moltes hormones.

- La lactoalbúmina, una proteïna present en la llet és glicosilada, així com moltes proteïnes pancreàtiques i lisosomals.

- Les lectines són proteïnes d'unió a carbohidrats i per ells tenen múltiples funcions en el reconeixement.

- Cal destacar, també, a moltes hormones animals que són glucoproteïnes; entre aquestes es pot fer esment de la Lutropina (LH), Folitropina (FSH) i la tirotropina (TSH), que són sintetitzades en la glàndula pituïtària anterior, i la gonadotropina coriònica que és produïda a la placenta dels humans, els primats i els equins.

Aquestes hormones tenen funcions reproductives ja que la LH estimula l'esteroidogénesis en els ovaris i les cèl·lules testiculars de Leydig.

- El col·lagen, abundant proteïna present prioritàriament en els teixits connectius dels animals, representa una enorme família de glicoproteïnes composta per més de 15 tipus de proteïnes que, encara que tenen moltes característiques en comú, són força diferents.

Aquestes proteïnes contenen porcions "no-col·lagèniques", algunes de les quals estan formades per carbohidrats.

- Les extensinas són proteïnes vegetals que consisteixen en una xarxa de glicoproteïnes insolubles que són riques en residus de hidroxiprolinas i serinas. Es troben a la paret de les cèl·lules vegetals i es pensa que exerceixen funcions en la defensa enfront de diferents tipus d'estrès i patògens.

- Les plantes també posseeixen proteïnes tipus lectines i un exemple especial d'aquestes són les lectines de patata, que aparentment tenen la capacitat d'aglutinar cèl·lules sanguínies com els eritròcits.

- Finalment, però no menys important poden nomenar-les mucines, que són glicoproteïnes secretades en les mucoses i formen part de la saliva en els animals, complint funcions de lubricació i senyalització, principalment.

referències

1. Montreuil, J., Vliegenthart, J., & Schachter, H. (1995). Glycoproteins. (A. Neuberger & L. Deenen, Eds.). Elsevier.
2. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger Principis de Bioquímica. Edicions Omega (5th ed.).
3. Struwe, W., & Cosgrave, I. (2011). Functional and Structural Proteomics of Glycoproteins. (R. Owens & J. Nettleship, Eds.). London: Springer.
4. Voet, D., & Voet, J. (2006). Bioquímica (3th ed.). Editorial Mèdica Panamericana.
5. Wittman, V. (2007). Glycopeptides and Glycoproteins. Synthesis, Structure, and Application. (V. Balzani, J.-M. Lehn, A. de Meijere, S. Llei, K. Houk, S. Schreiber, J. Thiem, Eds.). Leipzig: Springer Science + Business Media, LLC.