10.4. Glikokonjugátumok

A cukor és egyéb biomolekulák között kovalens kötéssel létrejövő összetett polimereket nevezzük glikokonjugátumoknak.

Az eubaktériumok sejtfalát felépítő egyetlen „óriásmolekulában”, a peptidoglikánokban (régebbi neve murein) poliszacharid láncokat kötnek össze rövid peptidszakaszok. Az extracelluláris mátrix egyik fő komponense, a proteoglikánok esetében egy központi fehérjéhez (core protein) kapcsolódnak GAG láncok. A glikoproteineknél a polipeptidlánchoz változatos felépítésű oligoszacharidok kapcsolódnak. A sejtmembrán külső oldalán találhatók (integráns membránfehérjékben csak az extracelluláris oldalon lévő polipeptidlánc részhez kapcsolódnak!), az organellumoknál viszont a sejtkompartmentum belseje felé néznek. A cukorrészek változatossága teszi lehetővé, hogy mind a proteoglikánok, mind a glikoproteinek információhordozó makromolekulák lehessenek. A glikolipidekkel a 11.2.2. fejezet foglalkozik.

10.4.1. Peptidoglikánok

A peptidoglikán GAG láncaiban β1→4 glikozidos kötéssel összekapcsolt N-acetil-glükózamin (GlcNAc; vagy NAG) és N-acetil-neuraminsav (Mur2Ac vagy NAM) egységek váltakoznak. A Mur2Ac protomerekhez kapcsolódik egy fajspecifikus tetrapeptid lánc (például a Staphylococcus aureus-ban: L-Ala-D-Glu-L-Lys-D-Ala), amelyet egy pentaglicin kereszthíd kapcsol egy szomszédos lánchoz, ezzel térhálósítva a sejtfalat (lásd 10.8. ábra).

Megjegyzendő, hogy a murein szintézis utolsó lépését katalizáló transzpeptidáz enzimet gátolják a penicillin antibiotikum és származékai. (A transzpeptidáz a pentaglicin terminális Gly és a GAG láncra szintetizálódott tetrapeptid terminális D-Ala aminosav közötti peptidkötés létrejöttét katalizálja, létrehozva a kereszthidakat). Szintén érdemes megemlíteni, hogy a lizozim enzim (a nyál és a könny antibakteriális enzime) a sejtfal GAG láncát a NAG és NAM egységek közötti glikozidos kötés hidrolízisével teszi tönkre.

10.8. ábra: Egy peptidoglikán vázlatos szerkezete

10.8. ábra: Egy peptidoglikán vázlatos szerkezete

10.4.2. Proteoglikánok

A proteoglikánok jelentőségét mutatja, hogy emlősökben legalább 40-féle fordul elő, melyek a központi fehérjeegységben és a hozzá kapcsolódó GAG láncokban is különböznek. A GAG láncok általában tetraszacharid linkeren keresztül kapcsolódnak a polipeptidlánc egyik Ser oldalláncához (O-glikozidos kötéssel), mint azt a 10.9. ábra szemlélteti.

10.9. ábra: A szindekán és glipikán proteoglikánok. Az ábra felső részén a kondroitin-szulfát és a linker oligoszacharid szerkezete látható.

10.9. ábra: A szindekán és glipikán proteoglikánok. Az ábra felső részén a kondroitin-szulfát és a linker oligoszacharid szerkezete látható.

Az szindekán és a glipikán család core proteinjei membránfehérjeként szintetizálódnak, de miután az extracelluláris régiójukhoz 3-5 heparán-szulfát (vagy keratán-szulfát) kapcsolódott, az ún. ektodomén (extracelluláris domén) le is hasadhat (lásd 10.9. ábra). Az ábra tanúsága szerint a szindekán integráns memránfehérje, mely egy transzmembrán α-hélixszel, míg a glipikán ún. membránhorgonnyal kapcsolódik a membránhoz (a membránfehérjékre visszatérünk a 17.4. fejezetben). A cukorláncokon keresztül mindkét proteoglikán specifikusan kötődhet sejtfelszíni receptorokhoz, ún. ko-receptorként funkcionálhat, vagy az extracelluláris mátrix (ECM) egyes fehérjéihez kötődve tölthet be fontos szabályozó, „szövetorganizáló” szerepet.

A proteoglikánok hialuronsavhoz kapcsolódva szupramolekuláris komplexeket is képezhetnek. Az aggrekánban egy 250 kDa-os központi fehérjéhez számos kondroitin- és heparán-szulfát GAG lánc kapcsolódik. Ezek a „dekorált” fehérjeláncok kapcsolódnak a hosszú hialuronsav lánchoz, ~2 × 108 Da (200 MDa) molekulatömegű aggregátumokat létrehozva (lásd 10.10. ábra). Az aggrekán aggregátumok kapcsolódnak a kollagén fibrillumokhoz és más ECM komponensekhez, s főleg a porcszövetben töltenek be kiemelt szerepet.

10.10. ábra: Az aggregán (egy proteoglikán) vázlatok szerkezete

10.10. ábra: Az aggregán (egy proteoglikán) vázlatok szerkezete

10.4.3. Glikoproteinek

A glikoproteinekben egy vagy több oligoszacharid lánc (az anomer C-n keresztül) kovalensen kötődik a polipeptidlánchoz. A cukorrész a fehérje tömegének 1-70%-a lehet. Az oligoszacharidok kétféle módon kapcsolódhatnak: N-glikozidos kötéssel Asn oldallánchoz (N-kapcsolt), O-glikozidos kötéssel pedig Ser vagy Thr hidroxilcsoporthoz (O-kapcsolt) (lásd 10.11. ábra).

Az O-kapcsolt aminosav környéke sok Gly, Val, Pro aminosavat tartalmaz, míg az N-kapcsolt régió konszenzus szekvenciája: Asn-{Pro}-(Ser, Thr) (a kapcsos zárójel azt jelenti, hogy bármilyen aminosav lehet az adott a pozícióban, ebben az esetben Pro kivételével). Az előző két összetett szénhidrát csoporthoz képest a glikoproteinekben a cukorrészek ugyan kisebb mennyiségben vannak jelen, de ezek sokszor elágazóak és többféle monoszacharidot tartalmaznak (lásd „cukorkód”, 10.5. fejezet).

10.11. ábra: Glikoproteinek cukorrészének két kapcsolódási módja.

10.11. ábra: Glikoproteinek cukorrészének két kapcsolódási módja.

Az emlős fehérjék körülbelül fele glikoprotein! A humán genom 1%-a a glikoproteinek cukorrészeinek a kialakításában szerepet játszó enzimet kódol. A legnagyobb mennyiségben jelen levő glikoproteinek az állatokban a mucinok. Nagy mennyiségben (a teljes tömeg 70%-a) tartalmaznak elsősorban O-glikozidos kötésekkel kapcsolódó GalNAc egységeket. Az epitéliális sejtek sejtmembránjában helyezkednek el vagy szekretálódnak (a legtöbb szekrétumban jelen vannak). Erősen hidratálódnak, a szekrétumokat „nyúlóssá” teszik. Több betegégben megemelkedik az expressziós szintjük (cisztás fibrózis, egyes ráktípusok).

Példaként az eritropoetin (EPO; egy fehérjehormon) szerkezetét mutatjuk be, kiemelve az oligoszacharid csoportokat (az utóbbinál a biokémiában használt rövidítéssel megnevezve őket; lásd 10.12. ábra).

Az EPO három N-glikozidos és egy O-glikozidos glikán-csoportot tartalmaz. Megjegyzendő, hogy az N-glikozidos módosítások általában „magként” (core) tartalmazzák a 10.12. ábra feltüntetett öttagú oligoszacharid-csoportot. A vesesejtekben szintetizálódó EPO a vörösvérsejtek kialakulását serkenti a csontvelőben, azáltal, hogy az éretlen vörösvérsejtek membránjában lokalizált EPO-receptorhoz kötődik és fokozza a sejtosztódást és a differenciálódást. Az anémiát csökkentő szerep miatt a rekombináns EPO-t gyógyszerként is használják. „Hírhedtebb” szerepe, hogy sok sportoló is élt már vele, hiszen az extra oxigénnel a kitartást igénylő sportágakban lehet fokozni a teljesítményt (lásd a például a kerékpársport elhíresült eseteit). Az EPO, mint doppingszer kimutatása a rekombináns és a természetes fehérje közötti kismértékű glikozilációs mintázatbeli különbségen alapul (izoelektromos fókuszálással történik a kimutatás).

10.12. ábra: Az eritropoetin térszerkezete.Az oligoszacharid egységeket ikonokkal ábrázoltuk (PDB: 1BUY)

10.12. ábra: Az eritropoetin térszerkezete. Az oligoszacharid egységeket ikonokkal ábrázoltuk (PDB: 1BUY)

Röviden megemlítjük, hogy az ABO vércsoportok megkülönböztetése a vörösvértestek membránjában elhelyezkedő glikoprotein (és glikolipid) glikáncsoportján alapszik (lásd 10.13. ábra).

Az A- és B-antigén egy extra monoszacharid-csoportot tartalmaz, ami vagy GalNAc (A) vagy Gal (B). A genetikai hátteret egy glikoziltranszferáz enzim alléljei adják: a 0 vércsoport esetén egy időelőtti stop kodon miatt nem keletkezik aktív enzim. Az A- és B-izoenzim 4 aminosavban különbözik 354-ből, aminek eltérő szubsztrátspecifitás lesz a következménye.

10.13. ábra: Az AB0 vércsoport antigének

10.13. ábra: Az AB0 vércsoport antigének