Δήμητρα Σπανού, Χημικός, καθηγήτρια Β/θμιας Εκπαίδευσης με οργανική θέση στο 1ο Γυμνάσιο Δάφνης
υπό κατασκευή
ΑΠΛΕΣ ΚΑΙ ΣΥΝΘΕΤΕΣ ΠΡΩΤΕΊΝΕΣ
Διακρίνουμε τις πρωτεϊνες στις απλές όταν αποτελούνται μόνο από μια σειρά αμινοξέων και στις σύνθετες πρωτεϊνες.
Οι απλές πρωτεϊνες διακρίνονται σε αλβουμίνες, σφαιρίνες, πρωταμίνες, ιστόνες, προλαμίνες, γλουτλίνες πρωτεϊνοειδή
Οι σύνθετες πρωτεϊνες είναι σφαιρικές πρωτεϊνες* που έχουν συνδεδεμένο και ένα μη πρωτεϊνικό τμήμα το οποίο αποτελεί την προσθετική τους ομάδα.
Ανάλογα με το μη πρωτεϊνικό μέρος που συνδέεται με την πρωτεϊνη, οι σύνθετες πρωτεϊνες διακρίνονται σε:
Χρωμοπρωτεϊνες , Γλυκοπρωτεϊνες , Νουκλεοπρωτεϊνες , Λιποπρωτεϊνες , Φωσφοπρωτεϊνες, Μεταλλοπρωτεϊνες
ΟΙ ΣΥΝΘΕΤΕΣ ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ
Οι σύνθετες πρωτεϊνες είναι σφαιρικές πρωτεϊνες* που έχουν συνδεδεμένο και ένα μη πρωτεϊνικό τμήμα το οποίο αποτελεί την προσθετική τους ομάδα.
Ανάλογα με το μη πρωτεϊνικό μέρος που συνδέεται με την πρωτεϊνη, οι σύνθετες πρωτεϊνες διακρίνονται σε:
Χρωμοπρωτεϊνες όταν το μη πρωτείνικό τμήμα είναι μια έγχρωμη ομάδα, Γλυκοπρωτεϊνες όταν το μη πρωτείνικό τμήμα είναι υδατάνθρακες, Νουκλεοπρωτεϊνες όταν το μη πρωτείνικό τμήμα είναι νουκλεϊκά οξέα, Λιποπρωτεϊνες όταν το μη πρωτείνικό τμήμα είναι λιπίδια, Φωσφοπρωτεϊνες όταν το μη πρωτείνικό τμήμα είναι ένα υπόλειμμα φωσφορικού οξέος, Μεταλλοπρωτεϊνες όταν το μη πρωτείνικό τμήμα είναι σύνθετο δεσμευμένο μέταλλο
ΟΙ ΓΛΥΚΟΠΡΩΤΕΪΝΕΣ
Είναι σύνθετες πρωτεϊνες δύο συστατικών. Το ένα από αυτά είναι μια πρωτεϊνη (το μεγαλύτερο μέρος) και το άλλο που είναι ομοιοπολικά συνδεδεμένο με έναν ή περισσότερους , υδατάνθρακες που είναι μονοσακχαρίτες ή βραχείς πολυσακχαρίτες.
Λόγω των υδροξυλίων τους οι πρωτεϊνες είναι πιο υδρόφιλες από τις απλές πρωτεϊνες και έλκονται εντονότερα από το νερό. Αυτό έχει σαν συνέπεια την χαρακτηριστική αναδίπλωση των γλυκοπρωτεϊνών αλλά και τις ιδιαίτερες ιδιότητές τους
Οι γλυκοπρωτεϊνες περιλαμβάνουν τις περισσότερες πρωτεϊνες που εκκρίνονται από το κύτταρο, πρωτεϊνες στο πλάσμα του αίματος καθώς και σχεδόν όλες τις πρωτεϊνες της επιφάνειας των ζωϊκών κυττάρων.
Ανάλογα με τα πεπτίδια που περιέχουν (υδρόφιλα ή υδρόφοβα) υπάρχουν υδατοδιαλυτές γλυκοπρωτεϊνες (ενδοκυττάριο υγρό, βλέννη και άλλα σωματικά υγρά), δομικές αδιάλυτες γλυκοπρωτεϊνες όπως στο κολλαγόνο και γλυκοπρωτεϊνες μεμβράνης με υδρό
Η γλυκοζυλίωση που είναι μια γενικότερη διαδικασία όπου υπολείμματα σακχάρου συνδέονται με οργανικά μόρια, εδώ εξειδικεύεται για σύνδεση σακχάρου με μόρια πρωτεϊνών
Ο ρόλος των γλυκοπρωτεϊνών
Οι ενζυματικές γλυκοπρωτεϊνες , αποτελούν σημαντικό δομικό συστατικό κυτταρικών μεμβρανών των ζώων και των φυτών όπου συνήθως παίζουν ρόλο στις αλληλοεπιδράσεις μεταξύ κυττάρων όπως η κυτταρική επικοινωνία και η συνδεσιμότητα.
Οι γλυκοπρωτεϊνες καθορίζουν την κυτταρική επικοινωνία αφού χρησιμεύουν επίσης ως μόρια σηματοδότησης. Με αυτόν τον τρόπο, τα κύτταρα αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον τους
. ΟΙ γλυκοπρωτεϊνες στην διπλοστοιβάδα των κυτταρικών μεμβρανών, μπορούν να αναγνωρίσουν και να συνδεθούν με άλλα κύτταρα, μόρια, και πρωτεϊνες σηματοδότησης. Η υδρόφιλη φύση των πρωτεϊνών στο εξωτερικό μέρος της μεμβράνης , επιτρέπει να λειτουργήσουν σε υδατικό περιβάλλον για την διασύνδεση κυττάρων αλλά και οργάνων μεταξύ τους και την σύνδεση με άλλα μόρια. Έτσι παίζουν ρόλο ακόμα και ανοσοποιητικό σύστημα σαν μόρια αναγνώρισης παθογόνων μικροοργανισμών, στην σύνδεσή τους με ορμόνες όπως χοριακή γονιδοτροπίνη και ερυθροπιτίνη, στις ομάδες αίματος και την σύνδεσή τους ή όχι με αντιγόνο Η σε μεταγγίσεις όπως και στα αντισώματα (που είναι γλυκοπρωτεϊνες) και την σύνδεσή του με το αντιγόνο της ασθένειας στην ανοσιολογική απόκριση , στην αναπαραγωγή γιατί οι γλυκοπρωτεϊνες της μεμβράνης του ωαρίου δεσμεύουν το σπερματοζωάριο στην πήξη του αίματος όπου έχουμε τις γλυκοπρωτεϊνες προθρομβίνη, θρομβίνη και ινωδογόνο . Αλλά και στα φυτά επιτρέπουν να αντιστέκονται στη δύναμη της βαρύτητας
Οι γλυκοπρωτεϊνες ακόμα, λειτουργούν προστατευτικά για τα κύτταρα από εξωτερικές επιδράσεις και παθογόνα.
Τρόποι σύνδεσης σακχάρων με πρωτεϊνες (γλυκοζυλιώσεις)
Ο αριθμός των αλυσίδων των πολυσακχαριτών που συνδέονται με μια πρωτεϊνη μπορεί να είναι από 1-30 και ο αριθμός των υπολλειμάτων μονοσακχαριτών σε κάθε πολυσακχαρίτη είναι 2-3.
Τα σάκχαρα συνδέονται με τις πρωτεϊνες με διάφορους τρόπους ώστε δημιουργούνται οι Ν-γλυκοπρωτεϊνες, οι Ο-γλυκοπρωτεϊνες, οι Ρ-γλυκοπρωτεϊνες κ.α.
Ν γλυκοπρωτεϊνες
Ν γλυκοζυλίωση δέχονται πρωτεϊνες που περιέχουν αμινοξέα τα οποία στο μόριό τους έχουν επιπλέον άζωτο με διαθέσιμο ζεύγος ηλεκτρονίων όπως σε αμιδική ομάδα (O=C-ΝΗ2), τα αμιδικά αμινοξεα, όπως η ασπαριγίνη ή η αργινίνη.
Η Ν γλυκοζυλίωση γίνεται συνήθως σε πρωτεϊνες σφαιρίνες στην μεμβράνη του ενδοπλασματικού δικτύου και στην συνέχεια μεταφέρονται στο σύστημα Golgi για τροποποίηση.
Υπάρχει σε όλες ένας κοινός πυρήνας πεντασακχαρίτη σύνθετης δομής, από μαννόζη και λακτοζαμίνης που συνδέεται με υπόλλειμα ασπαριγίνης (καρβαμιδικό οξύ) στο Ν ([Man]3 [GlcNAc])2
Έτσι συνδέονται με το άζωτο στην αμιδική πλευρά της ασπαριγίνης, (εικόνα) ( Ν γλυκοζυλίωση) .
Ο Ν γλυκοζιτικός εσμός διασπάται εύκολα σε όξινο περιβάλλον
Ν γλυκοπρωτεϊνες βρίσκονται δεσμευμένες με την κυτταρική μεμβράνη αλλά και ελεύθερες στο αίμα.
Το ένζυμο γλυκοπεπτιδάση F διασπά εκλεκτικά τους ολιγοσακχαρίτες από τις Ν γλυκοπρωτεϊνες
Ο-γλυκοπρωτεϊνες
Αυτήν την γλυκοζυλίωση δέχονται πρωτεϊνες που περιέχουν αμινοξέα τα οποία στο μόριό τους έχουν μια επιπρόσθετη υδροξυομάδα (υδροξυαμινοξέα) όπως είναι τα αμινοξέα σερίνη, θρεονίνη, τυροσίνη.
Η βιοσύνθεση των Ο γλυκοπρωτείνών συμβαίνει συνήθως στις πρωτείνες βλεννίνες (π.χ. βλεννίνες σάλιου)
Φαίνεται γίνεται σε δύο στάδια. Αρχικά σχηματίζεται η πρωτεϊνη και γλυκοζυλιώνεται σε επόμενο στάδιο στο σύστημα Golgi. Οι γλυκοζυλιώσεις ξεκινούν όταν
σάκχρα συνδέονται με οξυγόνο της υδροξυομάδας, με Ο-γλυκοζιτικό δεσμό με την οξυομάδα ενός υπολείμματος σερίνης ή θρεονίνης ή τυροσίνης (υδροξυαμινοξέα)
Ο Ο-γλυκοζιτικός δεσμός διασπάται σε αλκαλικό περιβάλλον και ο υδατάνθρακας διασπάται και διαχωρίζεται από την πρωτεϊνη μαζύ με το υδρογόνο της σερίνης
Αν και τα αρχικά στάδια σύνθεσης των Ο και Ν γλυκοπρωτεϊνών διαφέρουν μεταξύ τους, ορισμένες γλυκοπρωτεϊνες παρουσιάζουν ταυτόχρονα Ν και Ο δεσμούς γλυκοσακχαριτών
Ρ -Γλυκορωτεϊνες
Οι φωσφοπρωτεϊνες είναι πρωτεϊνες που συνδέονται με την φωσφορική ομάδα μέσω ενός ομοιοπολικού δεσμού. Υπάρχουν πρωτεϊνες που έχουν μόνιμα δεσμευμένες φωσφορικές ομάδες (καζεϊνη, βαλτετίνη) και άλλες που φωσφορυλιώνονται προσωρινά με ρυθμιστικούς μηχανισμούς .
Οι φωσφορικές ομάδες συνδέονται συνήθως με τα αμινοξέα σερίνη, θρεονίνη, τυροσίνη, ιστιδίνη και ασπαρτικό. Συνδέονται με τον φωσφόρο στην φωσφοσερίνη(Ρ-γλυκοζυλίωση)
C-γλυκοπρωτεϊνες
Είναι μια σπάνια περίπτωση όπου τα σάκχαρα συνδέονται απ' ευθείας με άνθρακα ενός αμινοξέος. Παράδειγμα όταν προστίθεται το σάκχαρο μαννόζη στο αμινοξύ τρυπτοφάνη (C-γλυκοζυλίωση)
Οι C πρωτεϊνες συνδέονται με τον C2 του κύκλου της ινδολης
Ενζυμικές και μη ενζυματικές γλυκοζυλιώσεις των πρωτεϊνών
Οι γλυκοζυλιώσεις πρωτεϊνών διακρίνονται επίσης σε ενζυματικές γλυκοζυλιώσεις και μη ενζυματικές γλυκοζυλιώσεις.
Οι ενζυματικές γλυκοζυλιώσεις που συμβαίνουν σε πρωτεϊνες με την αντίστοιχη γλυκοζυλίωση παράγονται γλυκοσίδες που είναι οι γλυκοπρωτεϊνες
Οι μη ενζυματικές γλυκοζυιώσεις σε πρωτεϊνες , ενός ζωντανού οργανισμού συμβαίνουν χωρίς τη συμμετοχή ενζύμων,
Ενζυμικές γλυκοζυλιώσεις - γλυκοπρωτεϊνες
Πως ξεκινάει μια ενζυματική γλυκοζυλίωση (η περίπτωση της Ν γλυκοζυλίωσης)
Μια μελέτη Ν γλυκοπρωτεϊνών έδειξε ότι στην συγκεκριμένη πρωτείνη, η παρουσία ενός ελείμματος υδροξυαμινοξέoς- θρεονίνης ή σερίνης, χρησιμεύει ως σήμα για ένα συγκεκριμένο ένζυμο, που αναγνωρίζει την αμιδική ομάδα της και γλυκοζυλιώνει την ασπαριγίνη της πρωτεϊνης αυτής. Βέβαια εάν στην περιοχή αυτή υπάρχει αναδίπλωση η γλυκοζυλίωση εμποδίζεται. Η διαφορά αναδίπωσης ή μη στην περιοχή ανάγεται σε ιn vivo και in vitro παρατηρήσεις. (στην πρωτεϊνη ωολευκοματίνη in vivo δεν γίνεται γλυκοζυλίωση)
Η Ν γλυκοζυλίωση είναι χαρακτηριστική των εκκριτικών πρωτείνών που μπαίνουν στο ενδοπλασματικό δίκτυο.
Το αντιβιωτικό τουνικαμικίνη εμποδίζει τη Ν γλυκοζυλίωση των πρωτεϊνών
Που συμβαίνει η γλυκοζυλίωση πρωτεϊνών
Οι γλυκοζυλιώσεις πρωτεϊνών γίνονται ενδοκυτταρικά και εντοπίζονται στο ενδοπλασματικό δίκτυο και στο σύμπλεγμα Golgi και εμπλέκεται ένας μεγάλος αριθμός ενζύμων όπως τρανφεράσες υδρολάσες κ.α.
Το φαινόμενο της ενζυματικής γλυκοζυλίωση των πρωτεϊνών μπορεί να συμβεί και κατά την διάρκεια της κατασκευής μιας πρωτεϊνης στο ριβόσωμα και της μεταφοράς της στο ενδοπλασματικό δίκρτυο στην συνέχεια, όσο και μετά την σύνθεσή της στο ριβόσωμα. Το τελευταίο μπορεί να είναι αποτέλεσμα γονιδιακής έκφρασης σαν ένα υποχρεωτικό βήμα για την ωρίμανση και την παραγωγή λειτουργικών των πρωτεϊνών, οι υδατάνθρακες προσκολλώνται σε συγκεκριμένες θέσεις των πρωτεϊνών και ακόμη αυτή η γλυκοζυλίωση συμβάλει στην σωστή αναδίλωση και σταθερότητα της πρωτεϊνης.
Συνηθισμένο Παράδειγμα οι πρωτεϊνες της μεμβράνης πλάσματος)
Ποιες πρωτεϊνες γλυκοζυλιώνονται
(Οι κυτταροσολικές πρωτεϊνες σπάνια γλυκοζυλιώνονται) και μπορεί να είναι υδροδιαλυτές (βλεννοπρωτεϊνες) ή όχι (κολλαγόνο) ή σε ορισμένα πεπτίδια υδρόφιλες και σε άλλα υδρόφοβες (γλυκοπρωτεϊνες μεμβράνης)
Γλυκοπρωτεϊνες επίσης είναι οι περισσότερες ορμόνες,
ενώ στα ερυθρά αιμοσφαίρια τέτοιες, ειδικά γλυκοζιωμένες, καθορίζουν την ομάδα αίματος
Γλυκοπρωτεϊνες είναι επίσης τα αντισώματα, οι ιντερφερόνες, οι πρωτεϊνες του πλάσματος του αίματος, οι πρωτεϊνες του γάλατος, των υποδοχέων κ.α. αλλά επίσης αποτελούν πρωτεϊνες μεταφοράς.
Σχετίζονται όμως και με την εμφάνιση ασθενειών όπως μόλυνση, όγκος, καρδιαγγειακή νόσος, νεφρική νόσος, διαβήτης κ.α.
Μη ενζυμικές γλυκοζυλιώσεις πρωτεϊνών
Γίνεται σε ελεύθερες αμινομάδες πρωτεϊνών. Για παράδειγμα έχουμε πρωτεϊνες με υπολείμματα αμινοξέων που διαθέτουν επιπλέον αμινομάδα στο μόριο (όπως ασπαριγίνη) και εκεί μπορεί να συμβαίνουν μη ενζυμικές όταν βέβαια υπάρχει περίσσεια υδατανθράκων στο αίμα.
Η ποσότητα των γλυκοζιωμένων κατ' αυτόν το τρόπο οργανικών μορίων, αυξάνει με την αυξηση επιπέδων γλυκόζης στον οργανισμό.
Αυτός ο τρόπος γλυκοζυλίωση πρωτεϊνών είναι διαδικασία μη ανατρέψιμη και θεωρείται ένας τύπος κυτταρικής βλάβης που μειώνει την σταθερότητα και την λειτουργικότητα των πρωτεϊνών.
Επιπλέον αποτελεί στην συνέχεια έναν χημικό καταρράκτη
που ξεκινά με τον πολυμερισμό την συμπύκνωση που είναι αποτέλεσμα της σύνδεσης της καρβονυλικής ομάδας του αναγωγικού σακχάρου με την αμινομάδα της πρωτεϊνης και τον σχηματισμό ασταθούς βάσης shiff ή μιας αλδιμίνης. Η συμπύκνωση αυτή παίρνει πολύ χρόνο και είναι ένα στάδιο ανατρέψιμο.
Στη συνέχεια όμως η αλδιμίνη ανοικοδομεί μια κεταμίνη που είναι σταθερότερη ένωση και είναι γνωστή σαν προϊόν Amadori.
Από εδώ, μέσω διεργασιών, μπορεί να έχουμε και περαιτέρω υποβάθμιση, σχηματίζοντας φουρφουράλια, αναγωγώνες και προϊόντα κατακερματισμού. Αυτές οι ενώσεις είναι γνωστές σαν προϊόντα προχωρημένης γλυκοζυλίωσης που συνδέονται με μακροχρόνιες ασθένειες όπως καρδιαγγειακές παθήσεις, νόσος Alzheimer, περιφεριακής νευροπάθειας και καρκίνου
Οι Πρωτεϊνογλυκάνες
Είναι μια υποκατηγορία των γλυκοπρωτεϊνών
Ενώ στις γλυκοπρωτεϊνες αλυσίδες ολισακχαριτών συνδέονται με τις πρωτείνες, στις πρωτεϊνογλυκάνες, μια ή περισσότερες αλυσίδες γλυκοζαμινογλυκάνης συνδέονται με την πρωτεϊνη.
Οι πρωτεογλυκάνες αποτελούν την βασική ουσία του συνδετικού ιστού στην οποία βυθίζονται ινώδεις ιστοί, χρησιμεύουν σαν λιπαντικό για τις αρθρώσεις και δεσμεύουν εξωκυττάριο υγρό και κατιόντα.
Οι πρωτεϊνογλυκάνες έχουν την ικανότητα να συγκρατούν νερό σχηματίζοντας μια δομή που μοιάζει με τζελ, διατηρεί τα κύτταρα ενυδατωμένα και προστατεύει από την υπερβολική υδροστατική πίεση ώστε χρησιμεύουν ως συμπλήρωμα στις δομικές πρωτεϊνες της εξωκυττάριας μήτρας
Οι πρωτεϊνογλυκάνες, συντίθενται στα ριβοσώματα του τραχέος ενδοπλασματικού δικτύου και μεταφέρονται στην συσκευή Golgi όπου γίνεται η γλυκοζυλίωση.
Οι γλυκοζαμινογλυκάνες είναι πολυσακχαριτικές αλυσίδες που εναλλάσουν μονάδες δισακχαρίτη (που αποτελούνται από ένα όξινο σάκχαρο και μια γλυκοζαμίνη)
Από τους δισακχαρίτες αναφέρουμε τα υαλουρονικά οξέα, την θειϊκή δερματίνη και ηπατίνη
Εδω το συστατικό των υδατανθράκων αποτελεί πολύ μεγαλύτερο ποσοστό του συνολικού βάρους από όσο στις γλυκοπρωτεϊνες.Το συστατικό των πρωτεϊνών αποτελεί μόλις το 5-10% του συνολικού βάρους ενώ το τμήμα των υδατανθράκων το 90-95%. Έτσι οι ιδιότητές τους είναι πιο κοντά στους υδατάνθρακες παρά στις πρωτεϊνες.
Οι γλυκοζαμινογλυκάνες αποτελούνται από επαναλαμβανόμενες δισακχαριτικές μονάδες στις οποίες το ένα τουλάχιστον σάκχαρο διαθέτει μια αρνητικά φορτισμένη θειϊκή ή καρβοξυλική ομάδα.
ΜΕΣΟΜΕΡΕΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ ΣΕ ΓΛΥΚΟΠΡΩΤΕΪΝΕΣ (ΥΠΟ ΕΡΕΥΝΑ)
Μεσομερές αποτέλεσμα - Βικιπαίδεια
Σύμφωνα με αυτό,
- Σε αντίθεση με το επαγωγικό αποτέλεσμα, το μεσομερές αποτέλεσμα δεν εξασθενεί κατά μήκος του συστήματος πολλαπλών δεσμών και p-τροχιακών, καθώς είναι η κατανομή της πυκνότητας ηλεκτρονίων σε όλο το συνολικό σύστημα π του μορίου
και ακόμα,
- Οι πιο χαρακτηριστικές ομάδες +Μ είναι εκείνες που συνεισφέρουν ζεύγη μοναχικών ηλεκτρονίων στο συζυγές σύστημα, όπως οι αμινομάδες, οι υδροξυομάδες και οι αλκοξυομάδες και τα αλογόνα.
.jpg)
Δήμητρα Σπανού
ΠΗΓΕΣ
Τι είναι οι γλυκοπρωτεΐνες και τι κάνουν
Ποιος είναι ο ρόλος και η κατανομή των γλυκοπρωτεϊνών
Non-enzymatic glycation mediated structure–function chan
Аргинин | это... Что такое Аргинин?
Δήμητρα Σπανού
Аргинин | это... Что такое Аргинин?
ακατέργαστο
Ως αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας, η διπολική ροπή των οργανικών μορίων που χαρακτηρίζουν την ίδια ομόλογη σειρά αυξάνεται καθώς αυξάνεται το μήκος της αλυσίδας υδρογονανθράκων.
- Επικοινωνία – Τα κύτταρα ανταλλάσσουν πληροφορίες χρησιμοποιώντας βιοχημικά σήματα (π.χ. ορμόνες, κυτοκίνες), γεγονός που τους επιτρέπει να συντονίζουν τις λειτουργίες τους μέσα στο σώμα.
Έχοντας μια ιδέα για τη φύση και τα χαρακτηριστικά του επαγωγικού αποτελέσματος, είναι πολύ απλό να εξηγήσουμε τις αλλαγές στις σταθερές τιμές των ταχυτήτων και των ισορροπιών σε περιπτώσεις όπου ένας πολικός υποκαταστάτης εισάγεται σε ένα μόριο.