蛋白質(zhì)翻譯后修飾——糖基化

蛋白質(zhì)翻譯后修飾是一個(gè)關(guān)鍵過(guò)程，它涉及在蛋白質(zhì)的氨基酸殘基上添加或移除特定的化學(xué)基團(tuán)。這一修飾機(jī)制能夠顯著改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征、穩(wěn)定性以及生物活性，從而在細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)的調(diào)控、細(xì)胞功能的維持以及細(xì)胞間相互作用的調(diào)節(jié)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。此前，通過(guò)一系列公眾號(hào)推文，已經(jīng)深入探討了磷酸化、泛素化和乙酰化等幾種常見(jiàn)的蛋白質(zhì)翻譯后修飾類型。若讀者對(duì)此感興趣，可以通過(guò)以下鏈接進(jìn)一步了解：“蛋白翻譯后修飾——磷酸化（一）”、“蛋白翻譯后修飾——磷酸化（二）”、“蛋白翻譯后修飾——泛素化”、“蛋白翻譯后修飾——泛素化（二）”、“蛋白翻譯后修飾——乙?；?rdquo;。

蛋白質(zhì)糖基化修飾：生物體內(nèi)的重要翻譯后調(diào)控機(jī)制

在真核生物中，多肽和蛋白質(zhì)分子在核糖體合成后，往往需要經(jīng)歷翻譯后修飾的步驟，才能有效發(fā)揮其生物學(xué)功能。其中，蛋白質(zhì)糖基化作為一種廣泛存在的翻譯后修飾方式，扮演著至關(guān)重要的角色。這一過(guò)程是在糖基轉(zhuǎn)移酶的催化下，通過(guò)糖苷鍵將糖鏈分子與蛋白質(zhì)分子連接起來(lái)，生成糖蛋白。蛋白質(zhì)糖基化不僅深度參與細(xì)胞間的相互作用、細(xì)胞外基質(zhì)組織的構(gòu)建以及細(xì)胞信號(hào)的傳遞等核心細(xì)胞活動(dòng)，而且還能夠調(diào)整蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、定位以及運(yùn)輸模式，進(jìn)而影響其穩(wěn)定性、生物學(xué)活性及整體功能，對(duì)生物體的生理機(jī)能產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

蛋白質(zhì)糖基化修飾的多樣類型

依據(jù)糖肽鏈結(jié)構(gòu)的差異性，蛋白質(zhì)糖基化修飾展現(xiàn)出豐富的類型，主要包括以下幾類：N-糖基化、O-糖基化、通過(guò)糖基磷脂酰肌醇（GPI）錨定的修飾，以及其他多種形式的糖基化修飾。這些修飾手法各具特色，共同構(gòu)成了蛋白質(zhì)糖基化修飾的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。

N-糖基化

N-糖基化是一個(gè)特定的生物化學(xué)過(guò)程，其中糖基轉(zhuǎn)移酶起著關(guān)鍵作用，它能夠?qū)⒕厶擎溸B接到蛋白質(zhì)的特定部位——天冬酰胺（Asn）的氨基（-NH?）上，從而生成糖蛋白。值得注意的是，并非蛋白質(zhì)中的所有天冬酰胺殘基都能參與這一過(guò)程，只有符合特定序列模式“Asn-X-Ser/Thr”的天冬酰胺殘基才能發(fā)生N-糖基化。這里的“X”代表除脯氨酸（Pro）以外的任意氨基酸，而緊鄰X的氨基酸殘基則必須是絲氨酸（Ser）或蘇氨酸（Thr）。這種特定的序列特征是N-糖基化發(fā)生的先決條件。

在N-糖基化過(guò)程中，除了要求特定的氨基酸序列外，聚糖的結(jié)構(gòu)也展現(xiàn)出獨(dú)特的特征。特別是在植物中，常見(jiàn)的參與N-糖基化的聚糖結(jié)構(gòu)由3個(gè)葡萄糖分子（Glc）、9個(gè)甘露糖分子（Man）和2個(gè)N-乙酰氨基葡萄糖分子（GlcNAc）組成，這一結(jié)構(gòu)被標(biāo)記為Glc?Man?GlcNAc?。

聚糖的合成主要在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中進(jìn)行，這一過(guò)程可以細(xì)分為兩個(gè)關(guān)鍵階段。在第一階段，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的基質(zhì)內(nèi)，兩個(gè)GlcNAc首先被連接到多萜醇（Dolichol）載體上，隨后五個(gè)Man與這些GlcNAc相連，形成中間產(chǎn)物Man?-GlcNAc?-Dolichol。進(jìn)入第二階段，這一反應(yīng)轉(zhuǎn)移至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的管腔內(nèi)側(cè)，其中四個(gè)Man和三個(gè)Glc被逐一添加到聚糖鏈上，最終生成成熟的聚糖結(jié)構(gòu)Glc?-Man?-GlcNAc?-Dolicol。隨后，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的管腔環(huán)境中，特定的酶——寡糖轉(zhuǎn)移酶（OTase）負(fù)責(zé)將這一成熟的聚糖結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到蛋白質(zhì)的天冬酰胺氨基上，從而完成N-糖基化過(guò)程，形成糖蛋白。

O-糖基化

O-糖基化是一個(gè)生物化學(xué)過(guò)程，通過(guò)糖基轉(zhuǎn)移酶的催化作用，將糖鏈分子連接到蛋白質(zhì)的絲氨酸、蘇氨酸或賴氨酸的羥基（-OH）上，從而形成糖蛋白。依據(jù)與這些氨基酸殘基相連的單糖殘基種類的差異，O-糖基化修飾被進(jìn)一步細(xì)分為黏蛋白型和非黏蛋白型兩大類。在黏蛋白型O-糖基化中，N-乙酰半乳糖胺（GalNAc）是關(guān)鍵的連接單糖；而在非黏蛋白型中，則可能包括N-乙酰氨基葡萄糖（GlcNAc）、巖藻糖（Fuc）、甘露糖（Man）、葡萄糖（Glu）、木糖（Xyl）和半乳糖（Gal）等多種單糖類型（Mulagapati S等, 2017）。

與N-糖基化相比，O-糖基化在多個(gè)方面表現(xiàn)出顯著的不同。首先，它并不依賴于特定的氨基酸序列模式；其次，其糖鏈分子也缺乏一個(gè)固定的核心寡糖結(jié)構(gòu)。相反，O-糖基化中的聚糖種類和數(shù)量展現(xiàn)出高度的多樣性。此外，由于目前缺乏一種能夠普遍適用于從蛋白質(zhì)中水解O-聚糖的酶，這使得O-糖基化的研究更加復(fù)雜。因此，O-糖基化被視為一個(gè)隨機(jī)、多變且難以預(yù)測(cè)的過(guò)程，這進(jìn)一步增加了其修飾的糖蛋白結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。

GPI錨定：糖基磷脂酰肌醇介導(dǎo)的蛋白質(zhì)錨定機(jī)制

糖基磷脂酰肌醇（GPI）錨定是真核生物蛋白質(zhì)翻譯后修飾的一種普遍形式，它通過(guò)多糖鏈的橋梁作用，將乙醇胺磷酸與蛋白質(zhì)的羧基末端相連，并利用肌醇上的甘油磷脂部分嵌入細(xì)胞膜的雙分子層，從而將蛋白質(zhì)牢牢地固定在細(xì)胞質(zhì)膜上。GPI的結(jié)構(gòu)相對(duì)固定，由乙醇胺磷酸（EtNP）、核心聚糖以及磷脂酰肌醇（PI）三大組件構(gòu)成。其中，核心聚糖包含三個(gè)甘露糖（Man）分子和一個(gè)葡萄糖胺（GlcN）殘基，而磷脂酰肌醇則可能呈現(xiàn)為1-烷基-2?；字＜〈?、二?；字＜〈蓟蚣〈剂姿嵘窠?jīng)酰胺等多種結(jié)構(gòu)形式。這些組件通過(guò)特定的化學(xué)鍵連接，形成了一種以“EtNP-6Manα1-2Manα1-6Manα1-4GlcNα1-6myo-磷脂酰肌醇”為核心的GPI骨架。作為一種關(guān)鍵的糖基化修飾方式，GPI錨定在信號(hào)傳導(dǎo)、膜蛋白的精確定位以及胞間連絲的物質(zhì)運(yùn)輸?shù)壬镞^(guò)程中發(fā)揮著不可或缺的作用。

其他蛋白質(zhì)糖基化修飾類型

在植物界中，除了已知的三種蛋白質(zhì)糖基化修飾方式外，還存在一種較為罕見(jiàn)的修飾類型——C-糖基化。這種修飾主要在黃酮碳苷的生物合成路徑中展現(xiàn)其獨(dú)特作用。具體來(lái)說(shuō)，C-糖基化是在C-糖基轉(zhuǎn)移酶的催化下，將糖基直接連接到黃酮苷的碳原子上的過(guò)程，或者先形成糖基與黃酮碳原子的連接，隨后再由黃酮苷合成酶介入，促成黃酮苷的最終生成。這一過(guò)程是黃酮碳苷代謝途徑中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

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