Кіріспе

Органикалық қосылыстар класы

IUPAC терминдерін "гликозидтік байланыс арқылы байланысқан көптеген моносахаридтерден тұратын қосылыстар" деп анықтайды, бұл гликан мен полисахаридтердің синонимдері болып табылады. Дегенмен, практикада гликан термині гликоконъюгаттың, мысалы гликопротеин, гликолипид немесе протеогликанның көмірсу бөлігін атау үшін де қолданылуы мүмкін, тіпті егер көмірсутек тек олигосахарид болса да. Гликан әдетте моносахаридтердің O-гликозидтік байланыстарынан ғана тұрады. Мысалы, целлюлоза – β 1,4 байланысқан D-глюкозадан құралған гликан (немесе дәлірек айтқанда глюкан), ал хитин – β 1,4 байланысқан N-ацетил-D-глюкозаминнен құралған гликан. Гликан моносахарид қалдықтарының гомо- немесе гетерополимерлері болуы мүмкін, сондай-ақ олар тізбекті немесе тармақталған болуы мүмкін.

Гликандар мен ақуыздар

Гликандар гликопротеиндер және протеогликандар сияқты ақуыздарға жалғасқан күйде кездеседі. Жалпы алғанда, олар жасушалардың сыртқы бетінде орналасқан. O және N байланысқан гликандар эукариоттарда кең таралған, бірақ прокариоттарда да, алайда одан азырақ, кездесуі мүмкін.

Кіріспе

N-байланысты гликандар эндоплазмалық торда аспарагиннің (Asn) бүйірлік тізбегіндегі азотқа (N) қосылады. Секвон – Asn X Ser немесе Asn X Thr тізбегі, мұнда X – пролиннен басқа кез келген аминқышқылы, ал гликан N-ацетилгалактозамин, галактоза, нейрамин қышқылы, N-ацетилглюкозамин, фукоза, манноза және басқа моносахаридтерден тұруы мүмкін.

Құрастыру

Эукариоттарда N-байланысты гликондар цитоплазма мен эндоплазмалық торда құрастырылған 14 қант бірлігінен тұратын негізгі құрылымнан шығады. Алдымен, екі N-ацетилглюкозамин қалдығы липид – долихол монофосфатына, эндоплазмалық тор мембранасының сыртқы жағынан бекітіледі. Содан кейін, осы құрылымға бес манноза қалдығы қосылады. Осы сәтте, жартылай дайын негізгі гликон эндоплазмалық тор мембранасы арқылы кері бұрылып, енді торлы люменнің ішінде орналасады. Құрастыру эндоплазмалық тордың ішінде жалғасады, тағы төрт манноза қалдығы қосылады. Соңында, осы құрылымға үш глюкоза қалдығы қосылады. Толық құрастырылғаннан кейін, гликон гликозилтрансфераза олигосахарилтрансфераза арқылы торлы люменде пайда болатын жаңа пептидтік тізбекке бірдей түйінмен беріледі. Осылайша, N-байланысты гликондардың негізгі құрылымы 14 қалдықтан (3 глюкоза, 9 манноза және 2 N-ацетилглюкозамин) тұрады. Сурет: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=glyco.figgrp.469. Қара түсті шаршылар – N-ацетилглюкозамин; ашық түсті шеңберлер – манноза; қара үшбұрыштар – глюкоза.

Өңдеу, өзгерту және әртүрлілік

Жаңа пайда болған пептидтік тізбекке көшкеннен кейін N-байланысты гликандар, әдетте, кең ауқымды өңдеу реакцияларынан өтеді, оның нәтижесінде үш глюкоза қалдығы және сәйкес N-байланысты гликанға байланысты бірнеше манноза қалдықтары алынып тасталады. Глюкоза қалдықтарының алынуы протеиннің дұрыс бүктелуіне байланысты. Бұл өңдеу реакциялары Голги аппаратында жүзеге асады. Модификациялық реакциялар қанттарға фосфат немесе ацетил тобын қосуды, немесе нейрамин қышқылы сияқты жаңа қанттарды қосуды қамтиды. Голгидегі N-байланысты гликандардың өңделуі мен модификациялануы сызықтық жолмен жүрмейді. Осының салдарынан, Голгидегі ферменттердің активтілігіне байланысты N-байланысты гликан құрылымының көптеген әртүрлі вариациялары мүмкін.

Функциялары мен маңызы

N-байланысты гликондар эукариоттық жасушаларда ақуыздың дұрыс бүктелуінде өте маңызды. Эндоплазмалық ретикулумдағы кальнексин және кальретикулин сияқты шаперон ақуыздары, негізгі N-байланысты гликанның үш глюкоза қалдығына байланысады. Бұл шаперон ақуыздары гликанға бекітілген ақуыздың бүктелуіне көмектеседі. Дұрыс бүктелуден кейін үш глюкоза қалдығы алынып тасталады және гликан одан әрі өңдеу реакцияларына түседі. Егер ақуыз дұрыс бүктеле алмаса, үш глюкоза қалдығы қайта бекітіледі, бұл ақуыздың шаперондармен қайтадан байланысуына мүмкіндік береді. Бұл цикл ақуыз өзінің дұрыс конформациясына жеткенше бірнеше рет қайталанып, егер ақуыз қайта-қайта дұрыс бүктеле алмаса, эндоплазмалық ретикулумнан шығарылып, цитоплазмалық протеазалармен ыдырайды. N-байланысты гликондар стерикалық әсер арқылы да ақуыздың бүктелуіне әсер етеді. Мысалы, пептидтегі цистеин қалдықтары, жақын орналасқан гликанның көлеміне байланысты, басқа цистеин қалдықтарымен дисульфидтік байланыстар құрудан уақытша тоқтатылуы мүмкін. Сондықтан N-байланысты гликондар жасушаға цистеин қалдықтарының қайсысы дисульфидтік байланыстар құратынын бақылауға мүмкіндік береді. N-байланысты гликондар жасушалардың өзара әрекеттесуінде де маңызды рөл атқарады. Мысалы, ісік жасушалары қалыптан тыс N-байланысты гликондарды синтездейді, олар табиғи кіллуші жасушалардағы CD337 рецепторымен танылады, бұл жасушаның қатерлі екенін көрсетеді. Иммундық жүйеде иммундық жасуша бетіндегі N-байланысты гликондар жасушаның қозғалу жолын анықтайды, мысалы, теріге қозғалатын иммундық жасушалар осы орынға бағытталған гликозилацияға ие. Сондай-ақ, 1-типті қант диабеті де. Деградациялық лизосомалық ферменттерді нысанаға алу N-байланысты гликондар арқылы жүзеге асырылады. N-байланысты гликонның манноза-6-фосфат қалдығымен модификациялануы, осы гликонға бекітілген ақуыздың лизосомаға жылжуы керек екенін көрсетеді. Манноза-6-фосфатының болуы арқасында лизосомалық ферменттерді тану және тасымалдау CI MPR (кациондық тәуелсіз манноза-6-фосфат рецепторы) және CD MPR (кациондық тәуелді манноза-6-фосфат рецепторы) екі ақуызы арқылы жүзеге асырылады.

Кіріспе

Эукариоттарда О-байланысты гликандар Голги аппаратында пептидтік тізбектің серин немесе треонин қалдықтарына бір-бірлеп қанттар қосылып жиналады. N-байланысты гликандардан өзгеше, әзірге белгілі консенсус тізбегі жоқ. Дегенмен, пролин қалдығының серин немесе треонинге қатысты 1 немесе +3 позицияда орналасуы О-байланысты гликозилдеуге ыңғайлы жағдай жасайды.

Гликозаминогликандар

Ұялы гликоздың тағы бір түрі – гликозаминогликандар (GAG). Олар 2 амин қантынан, урон қышқылдарымен кезектесіп тізбектеліп, гепарин, гепаран сульфаты, хондроитин, кератан және дерматан сияқты полимерлерді құрайды. Гепаран сульфаты сияқты кейбір гликозаминогликандар жасуша бетінде кездеседі, онда олар ксилозил қалдығы арқылы тетрасахаридтік байланыспен белокқа (гликопротеин немесе протеогликан құрайтын) қосылады.

Гликозаңдық

2012 жылы АҚШ Ұлттық зерттеулер кеңесінің баяндамасында гликоғылымына жаңа назар аудару қажеттігі айтылады, бұл сала гликанның құрылымы мен қызметін зерттейді және медицина, энергия өндірісі және материалтану сияқты алуан түрлі салаларда маңызды жаңалықтарға жол ашады. Бұған дейін ғылыми қауымдастық гликанға аз көңіл бөлген, себебі олардың көбінесе күрделі құрылымдары мен қасиеттерін зерттеуге қажетті құралдар жетіспеді. Баяндамада гликоғылымын мамандардың ғана емес, кеңінен зерттелетін және біріктірілген ғылым саласына айналдыру жол картасы ұсынылған.

Жоғары резолюциялы массалық спектрометрия (MS) және жоғары өнімділікті сұйық хроматография (HPLC)

Ең көп қолданылатын әдістер – MS және HPLC, онда гликан бөлігі ферменттік немесе химиялық жолмен нысанадан бөлініп, талдауға жіберіледі. Гликолипидтерді липид компонентін бөліп алмастан тікелей талдауға болады. Гликопротеиндерден алынған N гликандар, қанттардың тотығу ұшына флуоресцентті затты қосып (редуктивті таңбалау) жоғары өнімді сұйық хроматографиясымен (кері фазалы, қалыпты фазалы және ион алмасу HPLC) жүйелі түрде талданады. Соңғы жылдары көптеген әртүрлі таңбалар енгізілді, олардың ішінде 2-аминобензамид (АБ), антранил қышқылы (АА), 2-аминопиридин (ПА), 2-аминоакридон (АМАК) және 3-(ацетиламино)-6-аминоакридин (АААс) сияқтылары бар. Әртүрлі ESI режимдері мен қолданылатын MS жүйелері үшін әртүрлі таңбалар қолданылуы керек. O гликандар әдетте таңбасыз талданады, себебі химиялық бөліну шарттары оларды таңбалауға мүмкіндік бермейді. Жоғары өнімді сұйық хроматографиясы (HPLC) құралдарынан алынған фракцияланған гликандар, құрылымы мен тазалығы туралы қосымша ақпарат алу үшін MALDI TOF MS(MS) арқылы одан әрі талдануы мүмкін. Кейде гликан жиынтықтары алдын ала бөлінбей, массалық спектрометрия арқылы тікелей талданады, бірақ изобарлы гликан құрылымдарын ажырату қиынға соғады, тіпті әрқашан мүмкін емес. Дегенмен, тікелей MALDI TOF MS талдауы гликан жиынтығын жылдам және тікелей көрсетуге мүмкіндік береді. Соңғы жылдары массалық спектрометриямен онлайн біріктірілген жоғары өнімді сұйық хроматографиясы кең таралды. Сұйық хроматографиясы үшін стационарлық фаза ретінде кезекті графит көміртегін таңдау арқылы, тіпті туынды емес гликандарды да талдауға болады. Бұл жерде анықтау массалық спектрометрия арқылы жүзеге асырылады, бірақ MALDI MS орнына электроспрей иондау (ESI) жиірек қолданылады.

Массивтер

Лектиндер мен антителолар тізімдері гликанды қамтитын көптеген сынамаларды жоғары өнімділікпен скринингтеуге мүмкіндік береді. Бұл әдіс табиғи лектиндерді немесе жасанды моноклоналды антиденелерді қолданады, олардың екеуі де белгілі бір чипке бекітіліп, флуоресцентті гликопротеин сынамасымен инкубацияланады. Функционалдық гликомика консорциумы және Z Biotech LLC ұсынатын гликан тізімдері көмірсулардың қосылыстарын қамтиды, оларды лектиндермен немесе антиденелермен скринингтеуге болады, осы арқылы көмірсулардың ерекшелігін анықтап, лигандтарды табуға болады.

Гликандардың метаболистік және коваленттік таңбалауы

Гликанның метаболизмі арқылы таңбалау гликан құрылымдарын анықтаудың бір жолы болып табылады. Белгілі стратегия азидпен таңбаланған қанттарды пайдалануды қамтиды, олар Стаудингер лигациясы арқылы реакцияға түсіріледі. Бұл әдіс гликанды in vitro және in vivo бейнелеу үшін қолданылған.

Гликопротеиндер үшін құралдар

Күрделі гликондардың толық құрылымдық талдауы үшін рентгендік кристаллография және ядролық магниттік резонанс (ЯМР) спектроскопиясы қиын және күрделі сала болып табылады. Дегенмен, көптеген лектиндердің, ферменттердің және басқа да көмірсуларды байланыстыратын ақуыздардың байланысу орындарының құрылымы гликома функциясының құрылымдық негіздерінің кең спектрін ашты. Тәжірибелік үлгілердің тазалығы хроматография (аффиниттік хроматография және т.б.) және аналитикалық электрофорез (PAGE (полиакриламидтік электрофорез), капиллярлық электрофорез, аффиниттік электрофорез және т.б.) арқылы қамтамасыз етілді.