Posttranslační glykosylace proteinů

Po translokaci do cisteren ER se mnohé proteiny dále upravují. Odštěpí se signální peptid, vytváří se disulfidové vazby. Později se může proteolyticky z polypeptidového řetězce vyštěpit určitý úsek, a tím se protein funkčně aktivuje (hormon, enzym). Funkce řady proteinů může být modifikována fosforylací, acetylací nebo ADP-ribosylací (str.OOO). Mnoho proteinů získá v ER a v Golgiho aparátu oligosacharidové zbytky, takže se z nich stanou glykoproteiny. Uvedené změny hotového peptidového řetězce se nazývají posttranslační úpravy proteinů, nebo též jejich kovalentní modifikace. Toto strukturní a funkční zrání proteinu je velmi významné pro regulaci biochemických pochodů.

Oligosacharidy se vážou buď N-glykosidovou vazbou na asparaginový zbytek nebo O-glykosidovou vazbou na serinový nebo threoninový zbytek proteinu. Prekurzory oligosacharidů se syntezují na isoprenovém nosiči – dolicholfosfátu, obsaženém v membráně ER. Pokud je jeho fosfátová skupina na cytosolové straně membrány, navazují se na ni postupně dva N-acetylglukózaminy a pět mannos. Dolicholfosfát s tímto heptasacharidem je pak v membráně orientován tak, že oligosacharid je na luminární straně membrány, směřuje do cisterny ER. Zde se na něj z jiného dolicholfosfálového prekurzoru přenesou další čtyři mannosy a tři glukózy (viz obrázek).

Takto aktivovaný oligosacharid se přenese na Asn peptidu, fosfatasa odštěpí jeden z fosfátů dolicholpyrofosfátu a regenerovaný dolicholfosfát může opět vstoupit do reakčního cyklu. Zmíněnou fosfatasu blokuje antibiotikum bacitracin. Připojení Glc-NAc na dolicholfosfát je inhibováno antibiotikem tunicamycinem.

Ještě v ER se od N-vázaného oligosacharidu odštěpí tři glukózy a jedna mannosa. Protein je pak přemístěn do Golgiho aparátu (GA). V jeho váčcích se na protein navazují oligosacharidy též O-glykosidovou vazbou. N-vázané oligosacharidy se dále upravují. Postupně je odštěpeno šest mannos a připojeny další GlcNAc, galaktosy, fukosa a nakonec sialová kyselina (kys. N-acetylneuraminová). Tyto úpravy v Golgiho aparátu se nazývají terminální glykosylace na rozdíl od základních glykosylací (core glycosylations) probíhajících již v ER. Oligosacharidy glykoproteinů určených pro lysosomy jsou specificky fosforylovány.

Během všech procesů po přemístění proteinu do cisteren ER jsou peptidy v membránách orientovány tak, že oligosacharidové zbytky jsou na luminální straně membrány (v cisterně, ve váčcích GA, v transportních váčcích). Pokud transportní váčky splynou s plazmatickou membránou, oligosacharidy glykoproteinu se dostanou na zevní, extracelulámí stranu membrány. Zachovává se určitá asymetrie membrán.

Ukázalo se, že oligosacharidy glykoproteinů jsou někdy signálem, jakou si adresou, podle které jsou proteiny z Golgiho aparátu odeslány na správné místo své funkce. Existuje mukolipidosa (I-cell disease), jejíž příčinou je genetická chyba v úpravě oligosacharidových zbytků lysosomálních enzymů. U nemocných je v nich místo mannoso-6-fosfátu pouze mannosa. Následkem této odchylky lysosomální enzymy nejsou přemísťovány do lysosomů, nýbrž ven z buňky a lze je zjistit v krevní plazmě. V lysosomech se naopak hromadí nerozložené glykosaminy a glykolipidy. Pacient trpí psychomotorickou retardací a deformitami kostry.

Glykosylace většiny proteinů však má asi jinou funkci než opatřit molekulu směrovacím signálem. Oligosacharidové zbytky glykoproteinů zvyšují jejich rozpustnost a pomáhají orientovat molekulu proteinu směrem k vodné fázi. Další úlohou oligosacharidů je chránit protein (např. imunoglobulin) před účinkem proteas. Sacharidy jsou markerem pro vychytávání a následnou degradaci plazmatických glykoproteinů v játrech. Další význam je spatřován v tom, že kinetika úprav glykoproteinů v ER a GA udává krok v průchodu těchto proteinů buněčnými organelami, a tím je zajištěn čas potřebný k přesnému třídění syntezovaných proteinů.