Углеводы белков клеточных поверхностей ответственны за клеточную специфичность

Семейство с высоким содержанием маннозы

2. Гибридный тип содержит кроме манозы другие гексозы и аминогексозы

3. Комплексный подобен гибридному, но кроме гексоз и аминогексоз содержит различные количества производных нейраминовой кислоты, присоединенных к концевым отделам олигосахаридных частей молекул.

Углеводы в белке могут быть сигналами в клеточной сортировке белков. Ферменты, которые предназначены для лизосом (лизосомные ферменты) направляются после синтеза на рибосомах в лизомы специфичной модификацией углеводного компонента фермента. Лизосомные ферменты относятся к семейству N связанных гликопротеинов и имеют базовый олигосахарид, содержащий маннозу. Во время прохождения через аппарат Гольджи к С6 одной из манноз присоединяется остаток a-N-ацетилглюкозамин-1-фосфата (Глюк N-Ац - 1 - Ф) при участии Глюк N-Ац-фосфотрансферазы. Образуется фосфодиэирная связь (Глюк N-Ац - 1 - Ф -6-Манноза- Белок). Вторая реакция (катализируемая Глюк N-Ац - 1-фосфодиэфир-N-ацетилглюкоминидазой) удаляет Глюк N-Ац, при этом остающийся остаток маннозы, связанной с белком фосфорилирован в 6 положении: Ман-6-Ф -Белок. В мембранах аппарата Гольджи имеется специфический рецептор к Ман- 6-Ф. Связывание Ман-6-Ф рецептором обеспечивает перенос ферментов в лизосомы.

Идентифицировано два различных рецептора к Ман- 6-Ф. Они являются интегральными мембранными белками. Один рецептор большой с молекулярной массой около 275 кДа, а другой рецептор с меньшей молекулярной массой (около 46 кДа). Большой рецептор связывает 2 молеклы Ман- 6-Ф, а меньший -1 молекулу на субъединицу. Больший рецептор не требует дивалентных катионов для связывания лиганда и назван катион независимым Ман-6-Ф рецептором (CI-MPR). У людей CI-MPR также связывает негликозилированный полипептидный гормон подобный инсулину фактор роста II (IGF -II) и поэтому называемый Ман-6-Ф/IGF-II рецептором. Участки, связывающие IGF –II и Ман-6-Ф, различаются друг от друга. Получены доказательства, что оба рецептора обеспечивают направление недавно синтезированных лизосомных ферментов к лизосомам.

Нарушение активности Глюк N-Ац-фосфотрансферазы, катализирующей присоединение Глюк N-Ац- 1-Ф к остаткам Ман (Глюк N-Ац-фосфотрансферазы) в лизосомных ферментах приводит к формированию плотных включений в фибробластах и нарушению правильного перемещения ферментов в лизосомы. Описаны два заболевания, связанные с нарушением транспорта лизосомных ферментов: I – клеточная болезнь (муколипидоз II) и полидистрофия (муколипидоз III), или муколипидоз -HI. I - Клеточная болезнь характеризуется тяжелыми психомоторными нарушениями, деформацией скелета, болезненной ограниченной подвижностью в суставах и ранней смертностью. В крови увеличивается активность ферментов лизосом. Муколипидоз III протекает менее тяжело; она прогрессирует более медленно, и больные доживают до взрослого состояния.

Антигены групп крови АВО - это углеводные половины гликолипидов на поверхности клеток или углеводные части гликопротеинов сыворотки. Углеводная часть поверхностных антигенов эритроцитов связана со сфинголипидами, формируя класс гликосфинголипидов. Те же углеводные компоненты в составе гликопротеинов сыворотки крови названы секреторными формами. Групповая принадлежность обеспечивается особенностями структуры углеводной части

Рис.Структура углеводной части антигенов групп крови системы АВ0.

Углеводы могут присоединяться к белкам при участии липидов. Некоторые мембранные гликопротеины соединяются с мембраной при помощи липидов: белок соединяется с углеводом через фосфатидилэтаноламин, а углевод в свою очередь присоединяется к мембране через связь с фосфоатидилинозитолом. Последний выполняет роль мембранного якоря для всего гликолипопротеина. Связь называют гликозилфосфатидилинозитольгным (GPI) якорем. Один из белков, стабилизированый таким якорем к мембране эритроцитов DAF (decay-accelerating factor) – белок, предотвращающий лизис эритроцитов системой комплемента. Нарушение связи этого белка с мембраной отмечено при пароксизмальной ночной гемоглобинурии. Известны и другие белки использующие GPI якорь для проявления активности - ферменты АХЭ, кишечная и плацентарная щелочная фосфатаза и 5 ' нуклеотидаза, молекулы клеточной агезии N-CAM (neural Cell Adhesion Molecule) и T- Клеточные маркеры Thy1 и LFA-3 ((Lymphocyte Function associated Antigen-3).

.

Рис.. Участие липидов в связывании углеводов и белков в белково-углеводных комплексах.

Некоторые вирусы бактерии и простейшие используют гликопротеины для проникновения в клетки. Возбудитель малярии Plasmodium vivax, связывается с эритроцитарным хемокиновым рецептором (рецептор интерлейкина-8) при проникновении в клетку. С той же целью риновирусы используют присоединение к молекуле, участвующей в межклеточной адгезии ICAM-1.MN система групп крови - хорошо характеризованный набор поверхностных антигенов эритроцитов, представляющие углеводные модификации трансмембранного гликопротеина гликофорина. Гликофорин - клеточный рецептор для вируса гриппа и рецептор для вторжения эритроцита малярийным паразитом Plasmodium falciparum.. Helicobacter pylori - бактерия, ответственная за хронический активный гастрит и язвенную болезнь желудка и двеннадцатиперстной кишки может быть причиной аденокарциномы желудка. Эта бактерия присоединяется к гликопротеину на поверхности слизистых клеток желудка (антиген группы крови системы Льюиса),.

Нарушение распада белково-углеводных комплексов проявляется в форме тяжелых заболеваний. Распад гликопротеинов протекает в лизосомах при участии специфических гидролаз, называемых гликозидазами. Экзогликозидазы удаляют последовательно моносахариды с нередуцирующего конца олигосахарида и проявляют выраженную субстратную специфичность. Эндонуклеазы, напротив, расщепляют гликозидные связи внутри молекулл и проявляют более широкую субстратную специфичность. Несколько врожденных заболеваний, включающих накопление продуктов распада гликопротеинов, были идентифицированы у людей. Эти болезни результат дефектов в генах кодирующих специфические гликозидазы, что приводит к неполному распаду и последующему накоплению частично разрушенных гликопротеинов. Как общий класс, такие болезни известны как лизосомные болезни накопления и включают болезни известные как муколипидозы как следствие неполного распада углеводной части гликолипидов.

Распад белково-углеводных комплексов катализируется с участием большого набора лизосомальных гидролаз, включающих a-нейраминидазу, b-галактозидазу, b-гексозаминидазу, a- и b-маннозидазы, a-фукозидазу, эндо-b -N-ацетилглюкозаминидазу и аспартилглюкозаминидазу.

Генетически детерминированный дефект указанных ферментов приводит к нарушению распада углеводной части гликопротеинов. Накопление последних в лизосомах приводит к различным проявлениям заболеваний.

· Основные признаки болезней связанные с недостаточностью гликозидаз выглядят следующим образом:

1. Аутосомно-рецессивное наследование.

2. Различные проявления и нарушения психики.

3. Варианты форм от медленного до быстрого прогрессирования.

4. Вакуолизация некоторых клеток, видимая под микроскопом.

5. Присутствие ненормальных продуктов распада в моче.

6. Постановка диагноза по исследованию активности соответствующих ферментов (чаще всего в лейкоцитах).

7. Возможна пренатальная диагностика анализируя соответствующие ферменты.

Из наиболее известных заболеваний этого типа можно выделить маннозидозы, фукозидозы, сиалидозы и аспартилглюкозаминурия. Их причиной является недостаточность соответственно a-манозидазы, -a-фукозидазы, a-нейраминидазы и аспартилглюкозаминидазы. Эти заболевания проявляются по разному, иногда их относят к муколипидозам

Туникамицин, дезоксиноджиримицин и сваинсонин - это примеры соединений, влияющих на гликозилирование. Их используют в эксперименте для ингибирования различных этапов синтеза гликопротеинов. Например, если клетки растут в присутствии туникамицина, нарушается процесс гликозилирования. При этом увеличивается чувствительность таких белков к протеолизу, хотя механизмы секреции значительно не нарушаются