Glykoproteiinin määritelmä ja toiminta

Glykoproteiini on proteiinityyppi molekyyli, jolla on ollut hiilihydraatti kiinni siihen. Prosessi tapahtuu joko proteiinin translaation aikana tai translaation jälkeisenä modifikaationa glykosylaatioksi kutsutussa prosessissa.

Hiilihydraatti on oligosakkaridiketju (glykaani), joka on kovalenttisesti sidottu proteiinin polypeptidisivuketjuihin. Sokerien -OH-ryhmien takia glykoproteiinit ovat hydrofiilisempiä kuin yksinkertaiset proteiinit. Tämä tarkoittaa, että glykoproteiinit vetoavat enemmän vettä kuin tavalliset proteiinit. Molekyylin hydrofiilinen luonne johtaa myös proteiinin tertiäärisen rakenteen ominaiseen laskostumiseen.

Hiilihydraatti on lyhyt molekyyli, usein haarautuneita, ja voivat koostua:

• yksinkertaiset sokerit (esim. glukoosi, galaktoosi, mannoosi, ksyloosi)
• aminosokerit (sokerit, joissa on aminoryhmä, kuten N-asetyyliglukosamiini tai N-asetyyligalaktoosamiini)
• happamat sokerit (sokerit, joissa on karboksyyliryhmä, kuten sialihappo tai N-asetyyliamiamiinihappo)

Glykoproteiinit luokitellaan hiilihydraatin kiinnittymiskohdan mukaan aminohappo proteiinissa.

• O-kytketyt glykoproteiinit ovat sellaisia, joissa hiilihydraatit sitoutuvat joko treoniinin tai seriinin aminohapon R-ryhmän hydroksyyliryhmän (-OH) happiatomiin (O). O-kytketyt hiilihydraatit voivat myös sitoutua hydroksylysiiniin tai hydroksiproliiniin. Prosessia kutsutaan O-glykosylaatioksi. O-kytketyt glykoproteiinit ovat sitoutuneet sokeriin Golgi-kompleksissa.
• N-kytketyissä glykoproteiineissa on hiilihydraatti sitoutuneena aminoryhmän (-NH) typpeen (N)₂) aminohapon asparagiinin R-ryhmästä. R-ryhmä on yleensä asparagiinin amidin sivuketju. Sidosprosessia kutsutaan N-glykosylaatioksi. N-kytketyt glykoproteiinit saavat sokerin endoplasmisesta retikulumin membraanista ja kuljetetaan sitten Golgi-kompleksiin modifiointia varten.

Vaikka O- ja N-kytketyt glykoproteiinit ovat yleisimpiä muotoja, myös muut yhteydet ovat mahdollisia:

• P-glykosylaatio tapahtuu, kun sokeri kiinnittyy fosfoseriinin fosforiin.
• C-glykosylaatio tapahtuu, kun sokeri kiinnittyy aminohapon hiiliatomiin. Esimerkki on, kun sokerimannoosi sitoutuu tryptofaanin hiileen.
• Glypiaatio tapahtuu, kun glyfofosfatidyylinositol (GPI) glykolipidi kiinnittyy polypeptidin hiiliterminaaliin.

Glykoproteiinit toimivat solujen ja organismien rakenteessa, lisääntymisessä, immuunijärjestelmässä, hormoneissa ja suojauksessa.

Glykoproteiineja löytyy lipidikaksoiskerroksen pinnalta solukalvoja. Niiden hydrofiilinen luonne antaa heille mahdollisuuden toimia vesipitoisessa ympäristössä, missä ne toimivat solujen tunnistamisessa ja muiden molekyylien sitoutumisessa. Solujen pinnan glykoproteiinit ovat tärkeitä myös solujen ja proteiinien (esimerkiksi kollageenin) silloittamisessa kudoksen lujuuden ja stabiilisuuden lisäämiseksi. Kasvisolujen glykoproteiinit antavat kasveille mahdollisuuden seistä pystyssä painovoimaa vastaan.

Glykosyloidut proteiinit eivät ole vain kriittisiä solujen välisessä viestinnässä. Ne auttavat myös elinjärjestelmiä kommunikoimaan keskenään. Glykoproteiineja löytyy aivojen harmaasta aineesta, missä ne toimivat yhdessä aksonien ja synaptosomien kanssa.

hormonit voivat olla glykoproteiineja. Esimerkkejä ovat ihmisen kooriongonadotropiini (HCG) ja erytropoietiini (EPO).

Veren hyytyminen riippuu glykoproteiineista protrombiinista, trombiinista ja fibrinogeenistä.

Solumarkkerit voivat olla glykoproteiineja. MN-veriryhmät johtuvat glykoproteiiniglykophoriini A: n kahdesta polymorfisesta muodosta. Nämä kaksi muotoa eroavat vain kahdesta aminohappotähteestä, mutta se riittää aiheuttamaan ongelmia henkilöille, jotka saavat jonkun toisen veriryhmän luovuttaman elimen. ABO-veriryhmän päähistoyhteensopivuuskompleksi (MHC) ja H-antigeeni erotetaan glykosyloiduilla proteiineilla.

Glycophorin A on myös tärkeä, koska se on kiinnittymiskohta Plasmodium falciparum, ihmisveren loinen.

Glykoproteiinit ovat tärkeitä lisääntymiselle, koska ne mahdollistavat siittiösolun sitoutumisen munan pintaan.

Musiinit ovat glykosroteiineja, joita löytyy limasta. Molekyylit suojaavat herkkiä epiteelipintoja, mukaan lukien hengityselimet, virtsa-, ruuansulatus- ja lisääntymispisteet.

Immuunivaste perustuu glykoproteiineihin. Vasta-aineiden (jotka ovat glykoproteiineja) hiilihydraatti määrää spesifisen antigeenin, jonka se voi sitoa. B-solut ja T-solut niissä on myös pinta-glykoproteiineja, jotka sitovat myös antigeenejä.

Glykoproteiinit saavat sokerinsa entsymaattisesta prosessista, joka muodostaa molekyylin, joka ei toimisi muuten. Toinen prosessi, nimeltään glykaatio, sitoutuu sokereihin kovalenttisesti proteiineihin ja lipideihin. Glykaatio ei ole entsymaattinen prosessi. Usein glykaatio vähentää tai kielteisesti vaikutuksen kohteena olevan molekyylin toimintaa. Glykaatio tapahtuu luonnollisesti ikääntymisen aikana ja kiihtyy diabeetikoilla, joiden verensokeritasot ovat korkeat.

• Berg, Jeremy M., et ai. Biokemia. 5. painos, W.H. Freeman and Company, 2002, ss. 306-309.
• Ivatt, Raymond J. Glykoproteiinien biologia. Plenum Press, 1984.