ไกลโคคอนจูเกต
ในชีววิทยาโมเลกุลและชีวเคมีไกลโคคอนจูเกตเป็นกลุ่มย่อยของคาร์โบไฮเดรตที่แซคคาไรด์เชื่อมต่อกับโปรตีนเปปไทด์และลิปิด ด้วยพันธะโควาเลนต์ [ 1 ]ไกลโคคอนจูเกตเกิดขึ้นในกระบวนการที่เรียกว่าไกลโคซิเลชัน ไกลโคคอนจูเกตมีส่วนเกี่ยวข้องในปฏิสัมพันธ์ระหว่างเซลล์รวมถึงการจดจำระหว่างเซลล์ในปฏิสัมพันธ์ระหว่างเซลล์กับเมทริกซ์และในกระบวนการล้างพิษ
แม้ว่าโมเลกุลสำคัญอย่างDNA , RNA , ATP , cAMP , cGMP , NADH , NADPHและโคเอนไซม์ Aต่างก็มีส่วนประกอบของคาร์โบไฮเดรต แต่โดยทั่วไปแล้วโมเลกุลเหล่านี้ไม่ถือว่าเป็นไกลโคคอนจูเกต
ไกลแคนสามารถพบได้ในรูปของสารประกอบที่เชื่อมต่อกับโปรตีน เช่นไกลโคโปรตีนและโปรตีโอไกลแคนโดยทั่วไปแล้วจะพบอยู่บนพื้นผิวด้านนอกของเซลล์ ไกลแคนแบบ O -linked และN -linked พบได้ทั่วไปในยูคาริโอตแต่ก็อาจพบได้ในโปรคาริโอต เช่นกัน แม้ว่าจะพบได้น้อยกว่า ก็ตาม
ไกลแคนแบบ N -linked
ไกลแคนชนิด N -linked จะเชื่อมต่อกับไนโตรเจน (N) ในโซ่ข้างของแอสปาราจีน (Asn) ในซีควอน ที่เอนโด พลาสมิกเรติคูลัม ซีควอนเป็นลำดับ Asn-X-Ser หรือ Asn-X-Thr โดยที่ X คือกรดอะมิโน ใดๆ ก็ได้ ยกเว้นโพรลีนและไกลแคนอาจประกอบด้วยN -acetylgalactosamine , กาแลคโตส , กรดนิวรามินิก , N -acetylglucosamine , ฟูโคส , แมนโนสและโมโนแซ็กคาไรด์อื่นๆ
การประกอบ
ในยูคาริโอต ไกลแคน แบบN -linked ได้มาจากหน่วย น้ำตาลหลัก 14 โมเลกุลที่ประกอบขึ้นในไซโตพลาสม์และเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม ขั้นแรก โมเลกุล N -acetylglucosamineสองโมเลกุลจะถูกเชื่อมต่อกับโดลิโคลโมโนฟอสเฟตซึ่งเป็นลิปิด ที่ด้านนอกของเยื่อหุ้มเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม จากนั้นจะมีการเพิ่มโมเลกุลแมนโนสห้าโมเลกุลเข้าไปในโครงสร้างนี้ ในขั้นตอนนี้ ไกลแคนหลักที่ประกอบเสร็จบางส่วนจะถูกพลิกข้ามเยื่อหุ้มเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม เพื่อให้เข้าไปอยู่ในช่อง ว่างภายใน เรติคูลัม การประกอบจะดำเนินต่อไปภายในเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม โดยมีการเพิ่มโมเลกุลแมนโนสอีกสี่โมเลกุล สุดท้าย จะมีการเพิ่มโมเลกุลกลูโคสสามโมเลกุลเข้าไปในโครงสร้างนี้ หลังจากประกอบเสร็จสมบูรณ์ ไกลแคนจะถูกถ่ายโอนทั้งก้อนโดยเอนไซม์glycosyltransferase oligosaccharyltransferaseไปยังสายเปปไทด์ที่กำลังสร้างขึ้นภายในช่องว่างภายในเรติคูลัม โครงสร้างหลักของไกลแคนแบบ N -linked นี้จึงประกอบด้วยหน่วยย่อย 14 หน่วย (กลูโคส 3 หน่วย, แมนโนส 9 หน่วย และ N-อะเซทิลกลูโคซามี น 2 หน่วย ) [ 2 ]
การประมวลผล การดัดแปลง และความหลากหลาย
เมื่อถูกถ่ายโอนไปยังสายเปปไทด์ที่กำลังสร้างขึ้น ไกลแคนแบบ N -linked โดยทั่วไปจะผ่านปฏิกิริยาการประมวลผลอย่างกว้างขวาง ซึ่งจะมีการกำจัดกลูโคสสามโมเลกุลออกไป รวมถึงโมเลกุลแมนโนสอีกหลายโมเลกุล ขึ้นอยู่กับ ชนิดของไกลแคนแบบ N -linked นั้นๆ การกำจัดกลูโคสโมเลกุลนั้นขึ้นอยู่กับการพับตัวของโปรตีนที่ถูกต้อง ปฏิกิริยาการประมวลผลเหล่านี้เกิดขึ้นในเครื่องมือของกอลจิปฏิกิริยาการดัดแปลงอาจเกี่ยวข้องกับการเพิ่มหมู่ฟอสเฟตหรือหมู่แอซิทิลลงบนน้ำตาล หรือการเพิ่มน้ำตาลใหม่ เช่นกรดนิวรามินิกการประมวลผลและการดัดแปลง ไกลแคน แบบ N -linked ภายในกอลจิไม่ได้เป็นไปตามเส้นทางเชิงเส้นตรง ดังนั้นจึง สามารถเกิดโครงสร้างไกลแคนแบบ N -linked ที่แตกต่างกันได้หลายแบบ ขึ้นอยู่กับกิจกรรมของเอนไซม์ในกอลจิ
ฟังก์ชัน
ไกลแคนชนิด N -linked มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการพับตัวของโปรตีนอย่างถูกต้องในเซลล์ยูคาริโอติก โปรตีนช่วยพับ (Chaperone proteins) ในเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม เช่นแคลเน็กซินและแคลเรติคูลินจะจับกับหมู่กลูโคส 3 หมู่ที่อยู่บนแกนกลางของ ไกลแคนชนิด N -linked จากนั้นโปรตีนช่วยพับเหล่านี้จะช่วยในการพับตัวของโปรตีนที่ไกลแคนนั้นจับอยู่ หลังจากพับตัวอย่างถูกต้องแล้ว หมู่กลูโคส 3 หมู่จะถูกกำจัดออกไป และไกลแคนจะเข้าสู่กระบวนการต่อไป หากโปรตีนพับตัวไม่ถูกต้อง หมู่กลูโคส 3 หมู่จะถูกจับกลับเข้าไปใหม่ ทำให้โปรตีนสามารถกลับมารวมตัวกับโปรตีนช่วยพับอีกครั้ง วงจรนี้อาจเกิดขึ้นซ้ำหลายครั้งจนกว่าโปรตีนจะถึงโครงสร้างที่ถูกต้อง หากโปรตีนพับตัวไม่ถูกต้องซ้ำๆ มันจะถูกขับออกจากเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมและถูกย่อยสลายโดยเอนไซม์โปรตีเอสในไซโตพลาสซึม
ไกลแคนชนิด N -linked ยังมีส่วนช่วยในการพับตัวของโปรตีนด้วยผลกระทบเชิงพื้นที่ ตัวอย่างเช่น หมู่ ซิสเทอีนในเปปไทด์อาจถูกปิดกั้นชั่วคราวไม่ให้สร้างพันธะไดซัลไฟด์กับหมู่ซิสเทอีนอื่น ๆ เนื่องจากขนาดของไกลแคนที่อยู่ใกล้เคียง ดังนั้น การมีอยู่ของ ไกลแคนชนิด N -linked ช่วยให้เซลล์สามารถควบคุมได้ว่าหมู่ซิสเทอีนใดจะสร้างพันธะไดซัลไฟด์
ไกลแคนชนิด N -linked ยังมีบทบาทสำคัญในการโต้ตอบระหว่างเซลล์ ตัวอย่างเช่น เซลล์มะเร็งสร้าง ไกลแคนชนิด N -linked ที่ผิดปกติ ซึ่ง ตัวรับ CD337บนเซลล์นักฆ่าธรรมชาติ จะจดจำไกลแคนเหล่านี้ ได้ว่าเป็นสัญญาณบ่งชี้ว่าเซลล์นั้นเป็นเซลล์มะเร็ง
ภายในระบบภูมิคุ้มกัน ไกลแคนแบบN -linked บนพื้นผิวของเซลล์ภูมิคุ้มกันจะช่วยกำหนดรูปแบบการเคลื่อนย้ายของเซลล์ เช่น เซลล์ภูมิคุ้มกันที่เคลื่อนย้ายไปยังผิวหนังจะมีไกลโคซิเลชันเฉพาะที่เอื้อต่อการไปยังบริเวณนั้น[ 3 ]รูปแบบไกลโคซิเลชันบนอิมมูโนโกลบูลินต่างๆ รวมถึง IgE, IgM, IgD, IgE, IgA และ IgG ทำให้พวกมันมีหน้าที่การทำงานเฉพาะตัวโดยการเปลี่ยนแปลงความสัมพันธ์กับFcและตัวรับภูมิคุ้มกันอื่นๆ[ 3 ] ไกลแคนอาจเกี่ยวข้องกับการแยกแยะ "ตนเอง" และ "ไม่ใช่ตนเอง" ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับพยาธิสรีรวิทยาของโรคภูมิต้านตนเอง ต่างๆ [ 3 ]รวมถึงโรคข้ออักเสบรูมาตอยด์[ 4 ]และโรคเบาหวานชนิดที่1 [ 5 ]
การกำหนดเป้าหมายของ เอนไซม์ ไลโซโซม ที่ทำหน้าที่ย่อยสลาย นั้นยังเกิดขึ้นได้ด้วยไกลแคนแบบN- linked การดัดแปลงไกลแคนแบบ N- linked ด้วย หมู่ แมนโนส-6-ฟอสเฟตทำหน้าที่เป็นสัญญาณว่าโปรตีนที่ไกลแคนนี้ติดอยู่ควรถูกเคลื่อนย้ายไปยังไลโซโซม การจดจำและการเคลื่อนย้ายเอนไซม์ไลโซโซมโดยการมีอยู่ของแมนโนส-6-ฟอสเฟตนั้นเกิดขึ้นได้ด้วยโปรตีนสองชนิด ได้แก่ CI-MPR ( ตัวรับแมนโนส-6-ฟอสเฟต ที่ไม่ขึ้นกับไอออนบวก ) และ CD-MPR (ตัวรับแมนโนส-6-ฟอสเฟตที่ขึ้นกับไอออนบวก)
ไกลแคนแบบO -linked
ในยูคาริโอ ต ไกลแคนแบบ O -linked จะถูกประกอบขึ้นทีละโมเลกุลน้ำตาลบน หมู่ เซรินหรือทรีโอนีนของสายเปปไทด์ในเครื่องมือของกอลจิ แตกต่างจาก ไกลแคนแบบ N -linked ตรงที่ยังไม่มีลำดับคอนเซนซัส ที่ทราบแน่ชัด อย่างไรก็ตาม การวางตำแหน่งของ หมู่ โพรลีนที่ตำแหน่ง -1 หรือ +3 เมื่อเทียบกับเซรินหรือทรีโอนีนนั้นเอื้อต่อการเกิดไกลโคซิเลชันแบบ O-linked โมโนแซ็กคาไรด์ตัวแรกที่ถูกเชื่อมต่อในการสังเคราะห์ ไกลแคนแบบ O -linked คือ N-acetyl-galactosamine หลังจากนั้นจะมีเส้นทางการสังเคราะห์ที่แตกต่างกันหลายเส้นทาง โครงสร้าง Core 1 เกิดจากการเติมกาแลคโตส โครงสร้าง Core 2 เกิดจากการเติม N-acetyl-glucosamine เข้ากับ N-acetyl-galactosamine ในโครงสร้าง Core 1 และโครงสร้าง Core 3 เกิดจากการเติม N-acetyl-glucosamine เพียงหนึ่งโมเลกุลเข้ากับ N-acetyl-galactosamine เดิม โครงสร้างหลัก 4 เกิดจากการเพิ่ม N-acetyl-glucosamine ตัวที่สองเข้าไปในโครงสร้างหลัก 3 โครงสร้างหลักอื่นๆ ก็เป็นไปได้เช่นกัน แต่พบได้น้อยกว่า
รูปภาพ:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK20721/figure/A561/ : รุ่นที่ 1 และรุ่นที่ 2 สี่เหลี่ยมสีขาว = เอ็น-อะเซทิล-กาแลคโตซามีน; วงกลมสีดำ = กาแลคโตส; สี่เหลี่ยมสีดำ = เอ็น-อะเซทิล-กลูโคซามีน หมายเหตุ: มีข้อผิดพลาดในแผนภาพนี้ สี่เหลี่ยมด้านล่างควรเป็นสีขาวในทุกภาพ ไม่ใช่สีดำ
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK20721/figure/A562/ : โปรเซสเซอร์ Core 3 และ Core 4
โครงสร้างทั่วไปของไกลแคนแบบ O-linked คือการเติม หน่วย โพลีแลคโตซามีนเข้าไปในโครงสร้างหลักต่างๆ ซึ่งเกิดจากการเติมหน่วยกาแลคโตสและเอ็น-อะเซทิลกลูโคซามีนซ้ำๆ สายโซ่โพลีแลคโตซามีนบนไกลแคนแบบ O-linked มักจะปิดท้ายด้วยการเติม กรด ไซอะลิก (คล้ายกับกรดนิวรามินิก) หาก มีการเติม ฟูโคสเข้าไปในตำแหน่งรองสุดท้ายจะเกิดโครงสร้างไซอะลิล-ลูอิส เอ็กซ์ (SLex) ขึ้น
ฟังก์ชัน
ไซอะลิล ลูอิส เอ็กซ์มีความสำคัญในการกำหนดแอนติเจนหมู่เลือดABO
SLex ยังมีความสำคัญต่อการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันที่เหมาะสม การปลดปล่อย P- selectinจากWeibel-Palade bodiesบนเซลล์เยื่อบุผนังหลอดเลือด สามารถถูกกระตุ้นได้ด้วยปัจจัยหลายประการ หนึ่งในปัจจัยเหล่านั้นคือการตอบสนองของเซลล์เยื่อบุผนังหลอดเลือดต่อโมเลกุลของแบคทีเรียบางชนิด เช่นpeptidoglycan P-selectin จะจับกับโครงสร้าง SLex ที่มีอยู่บน นิ วโทรฟิลในกระแสเลือดและช่วยในการเคลื่อนย้ายของเซลล์เหล่านี้ออกไปยังเนื้อเยื่อรอบข้างระหว่างการติดเชื้อ
ไกลแคนชนิด O -linked โดยเฉพาะมิวซินพบว่ามีความสำคัญต่อการพัฒนาจุลินทรีย์ในลำไส้ให้เป็นปกติ แบคทีเรียในลำไส้บางสายพันธุ์จะจับกับมิวซินโดยเฉพาะ ทำให้พวกมันสามารถเข้ามาอาศัยอยู่ในลำไส้ได้
ตัวอย่างของไกลโคโปรตีนที่เชื่อมต่อด้วยOได้แก่:
- ไกลโคฟอรินโปรตีนในเยื่อหุ้มเซลล์เม็ดเลือดแดง
- มิวซิน คือโปรตีนในน้ำลายที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของคราบจุลินทรีย์ในฟัน
- น็อตช์ (Notch ) เป็นตัวรับแบบทรานส์เมมเบรนที่มีบทบาทในการพัฒนาและการตัดสินใจเกี่ยวกับชะตากรรมของเซลล์
- ธรอมโบสปอนดิน
- แฟกเตอร์ VII
- แฟคเตอร์ IX
- ตัวกระตุ้นพลาสมีโนเจนชนิดปัสสาวะ
ไกลโคซามิโนไกลแคน
ไกลแคนอีกประเภทหนึ่งในเซลล์คือไกลโคซามิโนไกลแคน (GAGs) ซึ่งประกอบด้วย 2-อะมิโนซูการ์ที่เชื่อมต่อกันสลับกับกรดยูโรนิกและรวมถึงพอลิเมอร์ เช่นเฮพาริน เฮ พารานซัลเฟต คอน ดรอยตินเคราแทนและเดอร์มา แทน ไกลโค ซามิโนไกลแคนบางชนิด เช่น เฮพารานซัลเฟต พบว่าเกาะติดอยู่กับผิวเซลล์ โดยเชื่อมต่อกับโปรตีนผ่านตัวเชื่อมเตตระแซคคาไรด์โดยผ่าน หมู่ ไซโลซิล (ก่อให้เกิดไกลโคโปรตีนหรือโปรตีโอไกลแคน )