La glicosilación es una modificación importante de las proteínas eucariotas porque los residuos de azúcar añadidos a menudo se usan como banderas moleculares o señales de reconocimiento para otras células que entran en contacto con ellas. Hay dos tipos de glicosilación de proteínas, que requieren la importación del polipéptido objetivo a la sala de emergencias. La glicosilación N-ligada en realidad comienza en el retículo endoplásmico, pero la glicosilación O-ligada no ocurre hasta que el polipéptido ha sido transportado al aparato de Golgi. Por lo tanto, también es el caso de que la glicosilación ligada a N puede (y es) generalmente comenzando como un mecanismo co-traduccional, mientras que la glicosilación ligada a O debe ocurrir post-traduccional. Otras diferencias importantes en los dos tipos de glicosilación son (1) La glicosilación ligada a N ocurre en residuos de asparagina (N) dentro de una secuencia N-X-S o N-X-T (X es cualquier aminoácido que no sea P o D) mientras que la glicosilación ligada a O ocurre en la cadena lateral hidroxil oxígeno de residuos de serina o treonina determinados no por la secuencia circundante, sino por la estructura secundaria y terciaria; (2) La glicosilación ligada a N comienza con un «árbol» de 14 residuos específicos de azúcar que luego se poda y remodela, pero permanece bastante grande, mientras que la glicosilación ligada a O se basa en la adición secuencial de azúcares individuales, y generalmente no se extiende más allá de unos pocos residuos.
Técnicamente, la N-glicosilación comienza incluso antes de que una proteína se traduzca, ya que el oligosacárido de pirofosfato de dolicol (es decir, el «árbol» de azúcar, por cierto, no es un término oficial) se sintetiza en la Sala de Emergencias (Figura \(\pageIndex{12}\)) sin ser activado por la traducción o la entrada de proteínas.
El dolicol es un hidrocarburo de cadena larga que se encuentra principalmente en la membrana ER, y sirve como ancla temporal para el oligosacárido de N-glicosilación a medida que se sintetiza y espera una proteína adecuada para glicosilarse. La síntesis de oligosacáridos comienza con la adición de dos residuos de N-acetilglucosamina al enlazador de pirofosfato, seguido de una manosa. A partir de esta manosa, los oligosacáridos se ramifican, una rama recibe tres residuos de manosa más y la otra recibe uno. Hasta ahora, todas estas adiciones al oligosacárido han tenido lugar en el citoplasma. ¡Ahora el glicolípido se voltea hacia adentro hacia el lumen de la sala de emergencias! Una vez en el lumen, se agregan cuatro manosas más, y finalmente tres residuos de glucosa rematan la estructura.
No todos los nucleósidos se utilizan para este proceso: solo se han encontrado azúcares vinculados a UDP, GDP y CMP. UDP es la N-acetilgalactosamina (GalNAc), N-acetilglucosamina (GlcNAc), ácido N-acetilmurámico, galactosa, glucosa, ácido glucurónico y xilosa más versátil y de unión. GDP se usa para manosa y fucosa, mientras que CMP solo se usa para ácido siálico.
Las enzimas que logran la glicosilación son glicosiltransferasas específicas tanto para el residuo de azúcar agregado como para el oligosacárido objetivo. Los azúcares utilizados por las enzimas no son simplemente el azúcar, sino azúcares nucleótidos, generalmente un azúcar unido a un difosfato de nucleósido, por ejemplo, glucosa difosfato de uracilo (UDP – glucosa) o GDP-manosa.
El oligosacárido ligado a N tiene dos funciones fisiológicas: actúa como base para una mayor glicosilación, y se utiliza como marcador para la comprobación de errores del plegado de proteínas por el sistema calnexina-calreticulina (Figura \(\pageIndex{13}\)). Una vez que el oligosacárido se une al nuevo polipéptido, el proceso de glicosilación posterior comienza con la acción de una glucosidasa y que elimina dos de las glucosas. La última glucosa es necesaria para ayudar a la glicoproteína a acoplarse con calnexina o calreticulina (Figura 13, paso 1 o 4), que son proteínas muy similares que tienen una actividad lenta de glucosidasa y se asocian con una actividad similar a la disulfuro de proteína isomerasa.
La actividad similar a la proteína disulfuro isomerasa proviene de ERp57, que es técnicamente una tiol oxidorreductasa, pero es funcionalmente similar a la PDI.
La principal diferencia es que la calreticulina es soluble en el lumen del RE, mientras que la calnexina se une a la membrana del RE. Ambos se aferran temporalmente a la glicoproteína, dándole tiempo para (re)doblar y posiblemente reorganizar los enlaces de disulfuro, luego elimina la glucosa, permitiendo que la glicoproteína continúe en su camino. Es importante destacar que si la glicoproteína no se ha plegado completamente (paso 2a), la enzima UDP-glucosa:la glucoproteína glucosiltransferasa (GT) la reconoce y agrega el residuo de glucosa (paso 3), obligándola a pasar por el ciclo de calreticulina/calnexina nuevamente con la esperanza de plegarse correctamente esta vez. Si se ha plegado correctamente (paso 2b), puede ser reconocido por la ER-α-1,2-manosidasa, que elimina una manosa, completando las modificaciones de glicosilación en el ER.
La mayoría de las glicoproteínas continúan con remodelación de oligosacáridos una vez que se han trasladado de la sala de emergencias al aparato de Golgi por transporte vesicular. Allí, una variedad de glicosidasas y glicosiltransferasas podar y agregar a la oligosacárido. Aunque la glicosilación es consistente y estereotipada para una proteína dada, todavía no está claro exactamente cómo se determinan los patrones de glicosilación.
Dos antibióticos comunes, tunicamicina y la bacitracina, pueden dirigirse a la N-glicosilación, aunque sus propiedades antibióticas provienen de la interrupción de la formación de las paredes celulares bacterianas. La túnicamicina es un análogo de UDP-GlcNAc, y dentro de las células eucariotas puede interrumpir la formación inicial de oligosacáridos bloqueando la adición inicial de GlcNAc al dolicol-fosfato. Ya que puede ser transportado a las células eucariotas, tunicamicina no es clínicamente útil debido a su toxicidad. La bacitracina, por otro lado, es un pequeño polipéptido cíclico que se une al dolicol-PP evitando su desfosforilación al dolicol-P, que es necesario para construir el oligosacárido. La bacitracina no es permeable a las células, por lo que, aunque tiene una actividad similar a la de la túnicamicina en las bacterias al interrumpir la síntesis extracelular de glicolípidos necesaria para la formación de la pared celular, es inofensiva para los eucariotas y, por lo tanto, es un antibiótico terapéutico útil.