Glicoproteine e glicosilazione

Le proteine sono note per essere i mattoni della vita, infatti svolgono una miriade di funzioni biologiche, che vanno dalla produzione di energia alla protezione dalle infezioni. Tra le proteine presenti negli organismi viventi, le glicoproteine sono caratterizzate dalla presenza di zuccheri legati covalentemente gli amminoacidi che le compongono attraverso un processo detto glicosilazione.

glicoproteine
Figura 1. A seguito della glicosilazione, molto spesso nelle glicoproteine gli zuccheri sono legati covalentemente a un residuo di aspargina [Fonte: Wikimedia Commons]

Cosa sono le glicoproteine e cosa è la glicosilazione?

Le glicoproteine sono presenti sia nei Batteri che negli Eucarioti e la serie di reazioni biochimiche che ne portano alla creazione è chiamata glicosilazione. Esistono infatti cinque diversi tipi di glicosilazione. Essi sono

  • N-glicosilazione
  • O-glicosilazione
  • S-glicosilazione
  • C-glicozilazione
  • P-glicosilazione, che è presente negli Eucarioti inferiori

Come nascono le glicoproteine?

I meccanismi molecolari della glicosilazione variano da una specie all’altra e spesso ogni glicoproteina ha un suo meccanismo specifico. Ad esempio, in diversi casi un carrier lipidico è obbligatorio per la creazione delle glicoproteine. In altri casi, invece, gli oligosaccaridi attaccati alla sequenza proteica fungono da impalcatura per ulteriori modifiche.

Infine, i batteri creano le glicoproteine all’interno del citoplasma, mentre negli Eucarioti la glicosilazione avviene nel reticolo endoplasmatico (ER) e termina nell’apparato di Golgi. Successivamente la proteina viene secreta.

N-glicosilazione

La N-glicosilazione è una delle vie di glicosilazione meglio documentate in letteratura. Qui descriviamo passo per passo come avviene la N-glicosilazione negli Eucarioti.

  • Un monosaccaride attivato da un nucleotide viene attaccato a un lipide rivolto verso la membrana ER.
  • Il lipide viene ribaltato per essere rivolto verso l’interno dell’ER
  • Al monosaccaride preesistente possono essere aggiunti altri saccaridi
  • Uno zucchero o vari zuccheri sono caricati su un residuo di aspargina
  • La glicoproteina nascente viene trasferita all’apparato di Golgi
glicoproteine sintesi
Figura 2 – Il processo di sintesi di una glicoproteina [Fonte: Current Biology]

Funzioni biologiche delle glicoproteine e della glicosilazione

Una volta prodotte con la glicosilazione, le glicoproteine partecipano a numerosi processi biologici. Alcune hanno un ruolo strutturale (collagene), mentre altre hanno un ruolo protettivo (mucina, immonuglobuline). Inoltre, in alcune specie di pesci che vivono in acque fredde, le glicoproteine hanno la funzione di impedire il congelamento del sangue. Infine, un esempio ben noto in cui le glicoproteine sono coinvolte è il sistema AB0 che regola i gruppi sanguigni

Data l’importanza delle glicoproteine per la vita, una perdita completa della via di N-glicosilazione è incompatibile con la vita. Tuttavia, mutazioni minori sono compatibili con la vita e portano a un gruppo di patologie chiamate disordini congeniti della glicosilazione (CDG).

Conclusione

Nessuno sa come e perchè le glicoproteine e la glicosilazione siano presenti in natura: una delle teorie più accreditate sostiene che la loro estrema variabilità abbia permesso di esplorare nuove opportunità biologiche, cosa che non sarebbe stato possibile fare solo con 20 amminoacidi. Sta di fatto che le glicoproteine si trovano nei Virus, nei Batteri, negli Archei e negli Eucarioti, e la loro completa perdita rende l’organismo incompatibile con la vita.

Fonti

Crediti immagini

  • Immagine in evidenza e Figura 1: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Glicoprotein.svg
  • Figura 2: Eichler J. Protein glycosylation. Curr Biol. 2019 Apr 1;29(7):R229-R231
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Davide Sampietro

Davide is a molecular biologist and bioinformatician trained in Italy and Germany. Curious and eager to learn the ultimate principle of biological processes, he is fascinated by the innumerable commercial and clinical opportunities molecular biology offers us.

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