Біосинтез глікопротеїнів

В даний час встановлено, що біосинтез вуглеводних ланцюгів глікопротеїнів відбувається за допомогою ряду глікозилтрансфераз. В якості донорів вуглеводних залишків можуть виступати як нуклеозид-дифосфатцукри, так і ліпідні переносники. Акцептором вуглеводних залишків є білки.

Молекулярний механізм ферментативних реакцій, в яких беруть участь нуклеозиддифосфатцукри, до кінця ще не відомий. Глікозилтрансферази, які забезпечують перенесення і включення вуглеводних залишків в молекули глікопротеїнів, що будуються, надзвичайно високоспецифічні не тільки по відношенню до нуклеозиддифосфатцукрів, але і до акцептора – термінальному редукуючому цукру вуглеводного ланцюга, що будується. На збирання вуглеводних залишків може впливати характер зв’язку термінального і близькорозташованого цукру, а також молекулярна маса і видоспецифічна будова білкової частини молекули глікопротеїну.

Важливий етап синтезу вуглеводних бічних ланцюгів глікопротеїнів – приєднання першого вуглеводного залишку до поліпептидного ланцюга. Показано, що ферменти, які беруть участь в утворенні глікопептидного зв’язку, потребують певної амінокислотної послідовності поблизу глікозилюючої ділянки поліпептидного ланцюга. Вивчення амінокислотної послідовності ізольованих глікопептидів привело до ідентифікації ділянки глікозилювання, загальної для багатьох глікопротеїнів. Це трипептид аспарагін-х-серин або аспарагін-х-треонін, де х – будь-яка амінокислота. До аспарагінового залишку цього трипептиду приєднується N-ацетилглюкозамін. Але в деяких пептидах глікозилюється залишок треоніну, який приєднаний до трипептиду проліну, в інших глікозилюванню піддаються треонінові або серинові залишки, з якими зв’язані зовсім інші амінокислоти. Це дає можливість припустити існування різних за специфічністю глікозилтрансфераз, які вибірково глікозилюють серинові або треонінові залишки з залежності від їх амінокислотного оточення.

Ряд дослідників вважають, що природа суміжної з аспарагіном амінокислоти в певній послідовності акцепторної ділянки ланцюга контролює розмір олігоцукрів, побудованих на аспарагіновому залишку під час біосинтезу. Якщо ця ділянка полярна ланцюг буде складатися із чотирьох або п’яти різних моноцукрів. Неполярний залишок (метіонін або лейцин) сприяє синтезу невеликого вуглеводного ланцюга більш простішої будови. Необхідно відмітити, що не до всих трипептидів ранше зазначеного амінокислотного складу приєднані вуглеводні ланцюги. Наприклад, РНКаза В містить вуглеводний бічний ланцюг, що зв’язаний з трипептидом аспарагін-лейцин-треонін; РНКаза А, у якої амінокислотна послідовність зовсім не містить вуглеводного компонента. Це свідчить про те, що крім певної амінокислотної послідовності в триплеті для приєднання до білка залишку цукру необхідні і інші, ще не відомі фактори. Звичайно, не можна виключити тої вірогідності, що ці аспарагінові залишки були від початку глікозильовані, а вуглеводні одиниці втрачені.

Але пряме перенесення єдиного залишку цукру від його активної форми – нуклеозиддифосфатцукриду до специфічного акцептора, що каталізується специфічною трансферазою, представляє тільки один тип біосинтезу вуглеводної частини глікопротеїнів. Ряд дослідників знайшли фосфоліпідні переносники з ізопреновою структурою, що здатні приєднувати до акцепторів не тільки моноцукри але і олігоцукри. Цей новий клас активованих похідних цукрів бів відкритий у бактерій, в яких моноцукрид зв’язувався через фосфатний або пірофосфатний зв’язок з поліізопреноїдним спиртом ундекапренолом з утворенням ундекапренилфосфату. На даний час чітко встановлена участь ундекапренилфосфату в якості носія активованих глікозильних груп в біосинтезі поліцукрів бактерій: пептидоглікану, О-антигену, капсульного поліцукриду, тейхоєвої кислоти. На противагу гідрофільним нуклеозидфосфатцукрам, ці активовані цукридні похідні гідрофобні, і їх синтез із нуклеозиддифосфатцукрів і ундекапренолу каталізується ферментом, який зв’язаний з клітинною мембраною.

Виявлення такого ліпідного носія свідчить про наявність іншого широко поширеного у мікроорганізмах шляху біосинтезу вуглеводної частини вуглевод-пептидного комплексу. Шульц і Елбейн показали, що ферментна фракція із Mycobacterium smegmatic каталізує включення в ендогенні ліпідні акцептори манози від ГДФ-манози з утворенням манозилфосфорилізопренолів – обов’язкових проміжних продуктів у синтезі манозильованого білка, тобто глікопротеїну. Так як ферментна система, яка здійснює вище вказані реакції, зв’язана з мембранними компонентами безклітинного препарату, можна припустити, що вона відіграє важливу роль в будові і функціонуванні мембранних глікопротеїнів у мікобактерій.

Гомогенат цілих клітин Н. salinarium каталізує перенесення цукру від УДФ-глюкози, ГДФ-манози і УДФ-N-ацетилглюкозаміну до ендогенних ліпідних акцепторів. Частково очищені ліпідні похідні цукрів проявляють ознаки, характерні для поліізопренілпірофосфо-N-ацетилглюкозаміну.

Лукас та ін. показали, що ГДФ-маноза є донором манози для синтезу манозилфосфорилізопренолу – частково охарактеризованого похідного, манозовмісного олігоцукриду і глікопротеїнів. Наведені докази того, що перші два компоненти – проміжні продукти при біосинтезі олігоцукридних ланцюгів глікопротеїнів.

Отже, необхідно відмітити, що за участю глікозилтрансфераз проходить приєднання до поліпептидного ланцюга першого вуглеводного залишку, з яким надалі можуть зв’язуватись не тільки окремі моноцукри, але і готовий вуглеводний білок, що синтезується при взаємній участі як нуклеозиддифосфатцукрів, так і ундекапренолу.