загрузка...
 
БИОСИНТЕЗ ГЛИКОКОНЪЮГАТОВ
Повернутись до змісту

БИОСИНТЕЗ ГЛИКОКОНЪЮГАТОВ

В биогенезе гликопротеинов и протеогликанов много общего (см. раздел 6.4.3). Построение каждого из углеводных фрагментов на молекуле корового белка начинается еще в растущей полипептидной цепи или сразу после завершения ее синтеза. Первый моносахарид- ный фрагмент присоединяется гликозидной связью в определенном месте белка. Затем происходит наращивание углеводной цепочки путем добавления к ней следующего моносаха- ридного звена, присоединяемого гликозидной связью к нередуцирующему концу предыдущего. Каждый шаг в этой череде событий реализуется соответствующей гликозилтрансфера- зой. В этом названии отражена специализация фермента на том, чтобы переносить на формируемую цепь очередной моносахарид, используя его активированную форму. В большинстве случаев она представлена соединением моносахарида с уридиндифосфатом: УДФ-глюкоза (см. рис. 6-8), УДФ-галактоза (уравнение [6-3], УДФ-(1Ч-ацетил)глюкозамин (см. рис. 6-11) и т.п. Иногда используются производные других нуклеотидов; примерами могут быть ЦМФ-(1М-ацетил)нейраминовая кислота и ГДФ- манноза.

По такой схеме осуществляется синтез любого О-олигосахарида гликопротеинов. Точно так же протекает создание цепей кератан- сульфата И, которое начинается в цис-зоне аппарата Гольджи переносом (К-ацетил)гексоз- амина из его соединения с УДФ на радикал ее- рина (или треонина) в молекуле корового белка. Синтез кератансульфатов I отличается лишь тем, что начальное звено цепи — (1Ч-аце- тил)глюкозамин - фиксируется не на гидроксильной группе белка, а на амидной группе радикала аспарагина, образуя с коровым белком 1М-гликозидную связь.

В срединных участках комплекса Гольджи углеводные цепи растут затем путем поочередного добавления моносахаридных звеньев — (К-ацетил)глюкозамина, галактозы, фукозы и т.д. В некоторых из них в качестве концевых

фрагментов присоединяются сиаловые кислоты, что осуществляется в транс-цистернах Гольджи.

Как уже отмечалось, реализуются все эти реакции гликозилтрансферазами. Каждый такой фермент «распознает» структуру и «своего» моносахарида, и того участка белковой молекулы (или наращиваемой углеводной цепи), на который можно перенести этот моносахарид с его активированной (нуклеозиддифос- фатной) формы.

К настоящему времени открыто более 200 различных гликозилтрансфераз. Именно субстратная специфичность их, а также очередность действия предопределяют структуру строящейся углеводной цепи. Будучи связанными с мембраной, гликозилтрансферазы распределены в различных субрегионах комплекса Гольджи. Пространственное их разграничение вносит свой вклад в последовательность реакций гликозилирования белка, а, значит, и в специфику гликановых цепей, создаваемых в гликоконъюгатах.

От описанной общей схемы существенно отличается синтез остальных сульфатирован- ных протеогликанов и, особенно, биогенез N-олигосахаридов. Те и другие присоединяются к белковой молекуле не прямо, а через промежуточный фрагмент определенного строения.

Сульфатированные гликозамино- гликаны (кроме кератансульфатов) в качестве

такого фрагмента используют тетрасахарид стандартного строения (рис. 10-7). Его создание инициирует ксилозилтрансфераза, переносящая пентозный фрагмент с УДФ-ксилозы на радикал серина в молекуле корового белка. Субстратная специфичность фермента такова, что он использует в качестве «мишени» обычно только те сериновые радикалы, которые входят в состав последовательности ...-У-Х- сер-гли-... , где У — это глутамат или аспартат, а.Х- любая аминокислота.

После завершения постройки тетрасахарида (путем присоединения к фиксированной ксилозе двух подряд остатков галактозы и, в заключение, остатка глюкуроновой кислоты) наступает второй «критический» момент, который определяет, по какому пути пойдет дальнейший синтез полисахаридной цепи. Одна из гликозилтрансфераз переносит на глюкуроно- вую кислоту остаток (Ы-ацетил)глюкозамина, присоединяя его связью а(1—>4), а другая - остаток (ГЧ-ацетил)галактозамина, присоединяемый тоже связью (3(1—>4). Соответственно этому дальнейший синтез идет по пути формирования цепей либо гепарансульфатного, либо хондроитинсульфатного типа. Первый из упомянутых ферментов требует, чтобы с глициновой стороны «надстраиваемого» серина прилегал триптофановый или иной гидрофобный радикал, а на некотором удалении - еще и уча-


Глюкуронидо((31 ->3)-галактозидо(р1 -*3)-галаю-оэидо(р1 ->4)-ксилозидо(р-»)~0-белок

Рис. 10-7. Стандартный тетрасахаридный «стебель» для наращивания цепей сульфатированных гликозаминогликанов (кроме кератансульфатов).


сток, обогащенный глутаматом и/или аспарта- том. Условия, необходимые для другого фермента (направляющего синтез по пути хоид- роитин- и дерматансульфатов), пока не выяснены. Известно лишь, что с увеличением гид- рофобности корового белка цепи этого типа синтезируются с большей скоростью, но оказываются менее длинными.

Последующее нарашивание регулярного участка гликозаминогликановой цепи на стандартном тетрасахариде происходит под действием гликозилтрансфераз, поочередно переносящих на растущую цепь остатки ацетилиро- ванного гексозамина и глюкуроновой кислоты. В случае гепарансульфатов это делает один фермент (гепарансульфат-синтетаза), способный чередовать присоединение и (ГЧ-аце- тил)глюкозамина. и О-глюкуроната.

1Ч-связанные олигосахариды формируются тоже на заранее подготовленном промежуточном фрагменте, но не тетра-, а пента- сахаридного строения и к тому же разветвленного. Самая же главная особенность заключается в том, что сборка этого стандартного пентасахарида происходит не на белковой молекуле (как описано выше для остальных гликоконъюгатов), а на специальном «носителе», и только потом заготовка пентасахарида перемещается на коровый белок.

Роль носителя выполняет долшолфосфат

длинная цепь изопреноидных единиц, на одном конце которой имеется гидроксильная группа, образующая эфир с фосфорной кислотой (рис. 10-8). Синтезируется эта цепь путем постепенной конденсации молекул ацетил- КоА. Начальные стадии осуществляются так же, как и при биогенезе холестерола (см. раздел 7.7.1), но после образования фарнезилпи- рофосфата (см. рис. 7-29) происходит не конденсация его, а дальнейшее наращивание цепи путем последовательного присоединения не менее чем 10 изопентенильных фрагментов.

Гидрофобная молекула долихолфосфата встроена в мембрану ЭР так, что фосфатный остаток расположен на внешней (цитоплазматической) стороне мембраны. Именно на нем происходит синтез пентасахаридной структуры, начиная с присоединения первого звена, переносимого с УДФ-(1Ч-ацетил )глюкозамина, и кончая введением «избыточных» звеньев к разветвленному концу олигосахарида. Затем долихол «проворачивается» в мембране таким образом, что олигосахаридный фрагмент оказывается обращенным в просвет ЭР. Здесь продолжается удлинение свободных концов углевода и формируется еще одна «веточка» (третья по счету). И только потом в действие вступает олигосахарид-трансфераза. Она освобождает молекулу долихолфосфата, а всю углеводную часть переносит на коровый белок (синтез которого еще продолжается). Присоединение (]М-ацетил)глюкозамина олигосахаридной заготовки происходит к амидному азоту такого радикала аспарагина, который включен в последовательность ...-асн-Х-сер-..., где вместо серина допустимо присутствие треонина, а X — остаток любой аминокислоты, кроме аспартата или пролина

После переноса на белковую молекулу развивается процесс «отделки» (аранжировки) олигосахаридной структуры, придания ей той или иной специфики. Он завершается по мере прохождения гликопротеином различных субрегионов аппарата Гольджи. Первыми участвуют гликозидазы, отщепляя концевые остатки глюкозы и часть остатков маннозы. Эти реакции не затрагивают, однако, стандартного пентасахарида (почему он и одинаков у всех Ы-связан- ных олигосахаридов). Затем (а нередко - и вперемежку) вовлекаются гликозилтрансферазы, обеспечивающие дальнейшее разветвление олигосахаридной цепи стандартного пентасахарида (рис. 10-9) и/или наращивание концевых вето- чек («антенн»). В итоге может изменяться количество разных «антенн» (от 2 до 5), а их свободные концы представлены обычно либо манно- зой, либо галактозой, к которой нередко присоединена сиаловая кислота. Все это обеспечивает возможность большого разнообразия 1М-связанных олигосахаридов и, тем самым, участие их в обеспечении специфических функций белковой молекулы, в том числе функции узнавания.


Рис. 10-9. Структура стандартного пентасахарида молекул Г1-олигосахаридов.

Обозначения: Асн — радикал аспарагина в молекуле корового белка; Манн - манноза; (№ц)Глк- (Н-ацетил)глюкозамин.


РЕАКЦИЯ СУЛЬФАТИРОВАНИЯ

Рис. 10-10. АТФ-сульфурипазная (I) и аденилилсульфат-киназная (II) реакции, катализируемые бифункциональным ферментом ФАФС-синтетазой.

Процесс внедрения сульфатных групп затрагивает все гликозаминогликаны, кроме гиалуроновой кислоты. Он начинается сразу после завершения синтеза полисахаридных цепей или несколько ранее. У млекопитающих единственным источником необходимых сульфо- групп служит З'-фосфоаден ози н -5 '-фосфосул ь - фат (ФАФС). Образование этой активированной формы сульфата осуществляет бифункциональный фермент, обозначаемый как

ФАФС-синтетаза. Сначала он, используя неорганический сульфат, заменяет им концевую пирофосфатную группу в молекуле АТФ (реакция I на рис. 10-10). Затем фермент катализирует киназную реакцию. А именно: возникший аденозин-5'-фосфосул ьфат подвергает фосфорилированию в положении 3' за счет еще одной молекулы АТФ, завершая тем самым образование конечного продукта - ФАФС (реакция II на рис. 10-10).

Таким образом, перевод молекулы сульфата в активную форму требует затраты энергии,

эквивалентной расщеплению 3 молекул АТФ до АДФ и Ф. Столь значительная «стоимость» органификации сульфата свидетельствует о жизненно важном значении процессов сульфа- тирования различных веществ (причем, не только протеогликанов).

Непосредственно сульфогрупп с молекул ФАФС в состав гликозаминогликанов катализируют чаще всего О-сульфотрансферазы. Их субстратная специфичность обеспечивает возможность присоединения переносимого сульфата к гидроксильной группе гексозаминового звена (в положении 4 или 6, иногда - 3) либо глюкуроновой (идуроновой) кислоты (в положении 2, реже — 3). Более того: распознается не только атакуемый мономер, но и особенности звеньев, примыкающих к нему. Совсем другими качествами обладает фермент, осуществляющий реакцию 1Ч-сульфатирования ацетипи- рованных аминогрупп в молекулах гепаран- сульфатов. Будучи бифункциональным, он катализирует две разные реакции: сначала №*де- ацетилирование определенных глюкозамино- вых звеньев, а затем — трансферазное присоединение сульфатной группы к азоту взамен изъятого остатка уксусной кислоты.



загрузка...