و بروتينات سكرية أو بروتينات سكرية هي بروتينات الغشاء التي هي جزء من عائلة كبيرة من غليكوكونجوغاتيس الغشاء وتكون موجودة في الحيوانات والنباتات والكائنات الدقيقة مثل البكتيريا والخميرة ، والعتائق.
تم تحديدها لأول مرة في عام 1908 من قبل لجنة تسمية البروتين التابعة للجمعية الأمريكية للكيميائيين الحيوية وهي نتيجة اتحاد الجليكوسيد لبروتين مع جزء كربوهيدرات يسمى جلوكان.
هيكل مونومر ليكتين للبقوليات (المصدر: المستخدم: Tomixdf عبر ويكيميديا كومنز)
وهي بروتينات تتواجد بكثرة بشكل خاص على سطح غشاء البلازما للعديد من الخلايا وتشكل جزءًا مهمًا من طبقة الكربوهيدرات التي تغطيها ، والتي تسمى في كثير من الحالات glycocalyx.
يتم تعديل البروتينات الأولية للبروتينات السكرية تساهميًا في الشبكة الإندوبلازمية ومجمع جولجي للعديد من حقيقيات النوى بعد ترجمتها ، على الرغم من وجود حالات ارتباط بالجليكوزيل في العصارة الخلوية ، إلا أنها أقل شيوعًا وتحدث مع نوع واحد فقط من السكر.
غالبًا ما يكون لربط البروتين بالجليكوزيل تأثيرات وظيفية مهمة على نشاطهم ، حيث يمكن أن يشارك في الطي ، وبالتالي في إنشاء هيكلهم الثالث.
تحتوي الجليكانات على وظائف متعددة مهمة بيولوجيًا للخلية ، حيث يمكنها إضفاء الخصوصية على الخلايا والمشاركة في عمليات إرسال الإشارات داخل الخلايا وبين الخلايا ، نظرًا لأنها عبارة عن روابط للمستقبلات الداخلية والخارجية.
تعتبر البروتينات السكرية ، بالإضافة إلى باقي مركبات الجليكوكونات ، مهمة جدًا لدرجة أن الخلية تخصص ما يصل إلى 1٪ من جينومها لآلية الارتباط بالجليكوزيل ، وفي البشر ، يتم تعديل أكثر من 70٪ من البروتينات عن طريق الارتباط بالجليكوزيل.
بناء
تتم دراسة بنية البروتينات السكرية بناءً على تسلسل الأحماض الأمينية الخاصة بها ، ومواقع الارتباط بالجليكوزيل ضمن التسلسل ، وهياكل أجزاء الجليكان التي ترتبط في هذه المواقع.
إن سلاسل السكاريد قليلة السكاريد المرتبطة بهذه البروتينات عن طريق الارتباط بالجليكوزيل متنوعة للغاية بشكل عام ، ولكنها قصيرة ، حيث لا تتجاوز 15 بقايا سكر. تحتوي بعض البروتينات على سلسلة واحدة قليلة السكريات ، لكن البعض الآخر قد يحتوي على أكثر من واحد وقد تكون متفرعة.
يحدث الاتحاد بين السكريات قليلة التعدد والبروتينات من خلال الكربون غير المألوف للكربوهيدرات ومجموعة الهيدروكسيل (-OH) من بقايا سيرين أو ثريونين ، في حالة O- غليكوزيل ، أو من خلال نيتروجين أميد من بقايا الأسباراجين ، في حالة N- glycosylation.
يمكن أن تمثل الكربوهيدرات المرتبطة بذلك ما يصل إلى 70٪ من الوزن الجزيئي للبروتين السكري ويمكن أن تحمي خصائص جزء الكربوهيدرات (الحجم والشحنة ، على سبيل المثال) بعض البروتينات من التحلل الإنزيمي للبروتين.
يمكن أن يحتوي نفس البروتين ، في الأنسجة المختلفة ، على أنماط مختلفة من الارتباط بالجليكوزيل تجعله بروتينًا سكريًا مختلفًا ، نظرًا لأن الهيكل الكامل لا يشمل فقط بقايا الأحماض الأمينية وترتيباتها المكانية ، ولكن أيضًا السكريات القليلة المرتبطة بها.
من بين بقايا السكر التي توجد بشكل متكرر في البروتينات السكرية: D-galactose و D-mannose و D-glucose و L-fucose و D-xylose و L-arabinofuranose و N-acetyl-D-glucosamine و N-acetyl - د-جالاكتوزامين وبعض أحماض السياليك وتعديلات كل هذه.
المميزات
الهيكلي
من وجهة نظر هيكلية ، توفر البروتينات السكرية سلاسل كربوهيدراتية تشارك في حماية الخلايا وتزييتها ، لأنها قادرة على ترطيب وتشكيل مادة لزجة تقاوم الاعتداءات الميكانيكية والكيميائية.
توجد بعض البروتينات السكرية أيضًا في البكتيريا والعتائق ، وهي مكونات مهمة للطبقة S ، وهي الطبقة الخارجية لمغلف الخلية.
بالإضافة إلى ذلك ، تم العثور عليها أيضًا كمكونات لبروتينات فلاجيلين ، والتي تعد جزءًا من الخيوط السوطية المستخدمة كأعضاء حركية.
تمتلك النباتات أيضًا بروتينات سكرية هيكلية تتميز بأنماط معقدة من الارتباط بالجليكوزيل والتي يمكن العثور عليها كجزء من بنية جدار الخلية أو في المصفوفة خارج الخلية.
تمييز الخلية
تؤدي البروتينات السكرية وظائف مهمة كمواقع التعرف بين الخلايا ، نظرًا لأن العديد من المستقبلات الموجودة على سطح الخلية قادرة على التعرف على متواليات معينة من السكريات قليلة السكاريد.
مثال على الاعترافات بين الخلايا التي تحدث عن طريق سلاسل قليلة السكريد على سطح الخلية هي حالة التعرف بين البويضة والحيوانات المنوية ، وهو أمر ضروري لظاهرة الإخصاب في الكائنات متعددة الخلايا مع التكاثر الجنسي.
يتم تحديد فصائل الدم في البشر من خلال هوية السكريات المرتبطة بالبروتينات السكرية التي تحددها. الأجسام المضادة والعديد من الهرمونات هي أيضًا بروتينات سكرية ووظائفها ضرورية لإشارات الجسم والدفاع عنه.
التصاق الخلية
تمتلك الخلايا التائية في الجهاز المناعي للثدييات بروتينًا سكريًا مع مجالات الالتصاق المعروفة باسم CD2 ، وهو مكون رئيسي لتحفيز المناعة لأنه يتوسط في الارتباط بين الخلايا الليمفاوية والخلايا العارضة للمستضد من خلال مستقبله ، CD58 بروتين سكري.
تمتلك بعض الفيروسات التي لها وظائف ممرضة مهمة للعديد من الثدييات ، بما في ذلك البشر ، بروتينات سكرية سطحية تعمل في عمليات التصاق الجسيم الفيروسي بالخلايا التي تتطفل عليها.
هذا هو الحال بالنسبة لبروتين GP120 لفيروس نقص المناعة المكتسب البشري أو فيروس نقص المناعة البشرية ، والذي يتفاعل مع بروتين سطح من الخلايا البشرية يعرف باسم GP41 والذي يتعاون مع دخول الفيروس إلى الخلية.
وبنفس الطريقة ، تشارك العديد من البروتينات الغليكوزيلاتية في عمليات التصاق الخلايا المهمة التي تحدث في الحياة العادية للخلايا الموجودة في العديد من أنسجة الكائنات متعددة الخلايا.
البروتينات السكرية كأهداف علاجية
تعتبر مجمعات البروتين والكربوهيدرات أهدافًا مفضلة للعديد من مسببات الأمراض مثل الطفيليات والفيروسات ، والعديد من البروتينات السكرية ذات أنماط الارتباط بالجليكوزيل الشاذة لها أدوار مهمة في أمراض المناعة الذاتية والسرطانات.
لهذه الأسباب ، تولى العديد من الباحثين مهمة اقتراح هذه البروتينات كأهداف علاجية محتملة ولتصميم طرق التشخيص وعلاجات الجيل الجديد وحتى لتصميم اللقاحات.
الدروس
يعتمد تصنيف البروتينات السكرية في المقام الأول على طبيعة الرابطة الجليكوسيدية التي تربط بين شظايا البروتين والكربوهيدرات وعلى خصائص الجليكانات المرفقة.
وفقًا لبقايا السكر ، يمكن الحصول على البروتينات السكرية مع السكريات الأحادية ، والسكريات الثنائية ، والسكريات قليلة السكرية ، والسكريات المتعددة ومشتقاتها. يعتبر بعض المؤلفين تصنيفًا للبروتينات السكرية في:
- البروتيوغليكان ، وهي فئة فرعية ضمن مجموعة البروتينات السكرية التي تحتوي ، في جزء الكربوهيدرات ، على السكريات المتعددة المكونة أساسًا من السكريات الأمينية (جليكوزامينوجليكان).
- Glycopeptides ، وهي جزيئات تتكون من كربوهيدرات مرتبطة بقلة الببتيدات المكونة من الأحماض الأمينية في تركيباتها L و / أو D.
- الأحماض الأمينية الجليكو ، وهي أحماض أمينية مرتبطة بالسكاريد من خلال أي نوع من أنواع الرابطة التساهمية.
- الأحماض الأمينية الجليكوزيل ، وهي أحماض أمينية مرتبطة بجزء من السكريد من خلال روابط O- أو N- أو S-glycosidic.
في تسمية هذه البروتينات المرتبطة بالكربوهيدرات ، يتم استخدام البادئات O- و N- و S- لتحديد الروابط التي يتم من خلالها ربط السكريات بسلسلة البولي ببتيد.
أمثلة
- الجليكوفرين أ هو أحد أفضل البروتينات السكرية التي تمت دراستها: إنه بروتين متكامل لغشاء كريات الدم الحمراء (الخلايا أو خلايا الدم الحمراء) وله 15 سلسلة من السكريات قليلة السكاريد مرتبطة تساهميًا ببقايا الأحماض الأمينية في المنطقة الطرفية N. من خلال روابط O-glycosidic وسلسلة مرتبطة برابطة N-glycosidic.
- معظم البروتينات في الدم هي بروتينات سكرية وتشمل هذه المجموعة الغلوبولين المناعي والعديد من الهرمونات.
- لاكتالبومين ، وهو بروتين موجود في الحليب ، وهو جليكوزيلاتي ، وكذلك العديد من بروتينات البنكرياس والليزوزومات.
- الليكتين عبارة عن بروتينات مرتبطة بالكربوهيدرات ، وبالتالي لها وظائف متعددة في التعرف عليها.
- من الضروري أيضًا إبراز العديد من الهرمونات الحيوانية التي هي بروتينات سكرية ؛ من بينها ، يمكن ذكر اللوتروبين (LH) ، والفوليتروبين (FSH) والثيروتروبين (TSH) ، التي يتم تصنيعها في الغدة النخامية الأمامية ، والغدد التناسلية المشيمية التي يتم إنتاجها في مشيمة البشر والرئيسيات و الخيول.
هذه الهرمونات لها وظائف تناسلية حيث يحفز LH تكوين الستيرويد في المبيض وخلايا Leydig الخصية.
- يمثل الكولاجين ، وهو بروتين وفير موجود بشكل أساسي في الأنسجة الضامة للحيوانات ، عائلة ضخمة من البروتينات السكرية تتكون من أكثر من 15 نوعًا من البروتينات ، على الرغم من أن لها العديد من الخصائص المشتركة ، إلا أنها مختلفة تمامًا.
تحتوي هذه البروتينات على أجزاء "غير كولاجينية" ، وبعضها يتكون من الكربوهيدرات.
- Extensins هي بروتينات نباتية تتكون من شبكة من البروتينات السكرية غير القابلة للذوبان والغنية بمخلفات الهيدروكسي برولين والسيرين. توجد في جدار الخلايا النباتية ويعتقد أنها تعمل كدفاع ضد أنواع مختلفة من الإجهاد ومسببات الأمراض.
- تحتوي النباتات أيضًا على بروتينات شبيهة بالليكتين ومن الأمثلة الخاصة على هذه البروتينات البطاطس ، والتي يبدو أن لديها القدرة على تراص خلايا الدم مثل كريات الدم الحمراء.
- أخيرًا وليس آخرًا ، يمكن تسمية الميوسين ، وهي بروتينات سكرية تفرز في الغشاء المخاطي وتشكل جزءًا من لعاب الحيوانات ، وتقوم بشكل أساسي بوظائف التشحيم والإشارة.
المراجع
- مونتروي ، ج. ، فليجينثارت ، ج. ، وشاتشتر ، هـ. (1995). البروتينات السكرية. (A. Neuberger & L. Deenen، Eds.). إلسفير.
- نيلسون ، DL ، & Cox ، MM (2009). مبادئ Lehninger للكيمياء الحيوية. إصدارات أوميغا (الطبعة الخامسة).
- Struwe ، W. ، & Cosgrave ، E. (2011). البروتينات الوظيفية والهيكلية للبروتينات السكرية. (ر.أوينز وجي نيتليشيب ، محرران). لندن: سبرينغر.
- Voet، D.، & Voet، J. (2006). الكيمياء الحيوية (الطبعة الثالثة). افتتاحية Médica Panamericana.
- ويتمان ، ف. (2007). جليكوببتيدات وبروتينات سكرية. التوليف والبنية والتطبيق. (V. Balzani ، J.-M. Lehn ، A. de Meijere ، S. Ley ، K. Houk ، S. Schreiber ، J. Thiem ، Eds.). لايبزيغ: Springer Science + Business Media ، LLC.