glykosylaatio on tärkeä eukaryoottisten proteiinien muutos, koska lisättyjä sokerijäämiä käytetään usein molekyylilippuina tai tunnistussignaaleina muille soluille kuin niiden kanssa kosketuksiin joutuville soluille. Proteiiniglykosylaatiota on kahta tyyppiä, jotka molemmat vaativat kohdepolypeptidin tuomista ensiapuun. N-linkitetty glykosylaatio alkaa itse asiassa endoplasmaisessa retikulumissa, mutta O-linkitetty glykosylaatio tapahtuu vasta, kun polypeptidi on kulkeutunut Golgin laitteeseen. Siksi on myös niin, että N-linkittynyt glykosylaatio voi (ja on) yleensä alkaa yhteistranslaatiomekanismina, kun taas O-linkittynyt glykosylaatio tulee tapahtua translaation jälkeen. Muita merkittäviä eroja kahden glykosylaatiotyypin välillä ovat (1) n-linkitetty glykosylaatio tapahtuu asparagiini (N) – jäämissä n-X-S-tai N-X-T-sekvenssissä (X on mikä tahansa muu aminohappo kuin P tai D) kun taas O-linkitetty glykosylaatio tapahtuu seriini – tai treoniinijäämien sivuketjussa hydroksyylihapessa, jota ei määritetä ympäröivän sekvenssin, vaan sekundäärisen ja tertiäärisen rakenteen perusteella; (2) N-linkitetty glykosylaatio alkaa 14 tietyn sokeritähteen ”puulla”, joka sitten karsitaan ja uusitaan, mutta pysyy melko suurena, kun taas O-linkitetty glykosylaatio perustuu yksittäisten sokerien peräkkäiseen lisäämiseen, eikä yleensä ulotu muutamaa jäämää pidemmälle.
teknisesti N – glykosylaatio alkaa ennen kuin proteiinia edes käännetään, sillä dolicholipyrofosfaattioligosakkaridi (eli sokeripuu-ei muuten ole virallinen termi) syntetisoidaan ER: ssä (kuva \(\PageIndex{12}\)) ilman, että translaatio tai proteiinin tulo laukaisee sen.
Dolikoli on pitkäketjuinen hiilivety, jota esiintyy pääasiassa ER-kalvossa, ja toimii n-glykosylaatioligosakkaridin väliaikaisena ankkurina sen syntetisoitaessa ja odottaessa sopivaa proteiinia glykosyloituakseen. Oligosakkaridisynteesi alkaa lisäämällä pyrofosfaattilinkeriin kaksi n-asetyyliglukosamiinijäämää, joita seuraa mannoosi. Tästä mannoosista haarautuu oligosakkaridi, jonka toinen haara saa vielä kolme mannoosijäämää ja toinen yhden. Tähän mennessä kaikki nämä oligosakkaridin lisäykset ovat tapahtuneet sytoplasmassa. Nyt glykolipidi on käännetty sisäänpäin ER lumeniin! Kerran lumeniin lisätään vielä neljä mannoosia ja lopuksi kolme glukoosijäämää rakenteen päälle.
tähän prosessiin ei käytetä kaikkia nukleosideja: sokereita on löydetty vain liittyen UDP: hen, GDP: hen ja CMP: hen. UDP on monipuolisin, sitova N-asetyyligalaktosamiini (GalNAc), n-asetyyliglukosamiini (GlcNAc), n-asetyylimuramiinihappo, galaktoosi, glukoosi, glukuronihappo ja ksyloosi. GDP: tä käytetään mannoosille ja fukoosille, kun taas CMP: tä käytetään vain siaalihapolle.
glykosylaation suorittavat entsyymit ovat glykosyylitransferaaseja, jotka ovat spesifisiä sekä lisätylle sokerijäämälle että kohdeligosakkaridille. Entsyymien käyttämät sokerit eivät ole pelkästään sokeria, vaan nukleotidisokereita – yleensä nukleosididifosfaattiin liittyvä sokeri, esimerkiksi urasiilidifosfaattiglukoosi (UDP-glukoosi) tai GDP – mannoosi.
N-linkittyneellä oligosakkaridilla on kaksi fysiologista roolia: se toimii edelleen glykosylaation pohjana, ja sitä käytetään merkkiaineena valkuaisaineiden taittumisen virhetarkastuksessa kalnexin-kalretikuliinijärjestelmässä (Kuva \(\PageIndex{13}\)). Kun oligosakkaridi on kiinnittynyt uuteen polypeptidiin, alkaa glykosylaation jatkuminen glukosidaasin vaikutuksesta, joka poistaa kaksi glukoosia. Viimeinen glukoosi on tarpeen auttaa glykoproteiinin telakka joko kalneksiini tai kalretikuliini (kuva 13, Vaihe 1 tai 4), jotka ovat hyvin samanlaisia proteiineja, joilla on hidas glukosidaasiaktiivisuus ja liittyy proteiinidisulfidi-isomeraasin kaltainen aktiivisuus.
proteiinidisulfidi-isomeraasin kaltainen aktiivisuus tulee erp57: stä, joka on teknisesti tiolioksidoreduktaasi, mutta toiminnallisesti samanlainen kuin PDI.
tärkein ero on siinä, että kalretikuliini liukenee ERYTROPOIETIINIKALVOON, kun taas kalneksiini sitoutuu ER-kalvoon. Molemmat pitävät glykoproteiinista väliaikaisesti kiinni antaen sille aikaa (uudelleen)laskostua ja mahdollisesti järjestää disulfidisidokset uudelleen, jolloin se poistaa glukoosin, jolloin glykoproteiini voi jatkaa matkaansa. Tärkeää on, että jos glykoproteiini ei ole kokonaan taitettu (vaihe 2a), entsyymi UDP-glukoosi:glykoproteiiniglukosyylitransferaasi (GT) tunnistaa sen ja lisää takaisin glukoosijäämän (Vaihe 3), pakottaen sen käymään läpi kalretikuliini/kalnexin-syklin uudelleen toivoen taittuvan oikein tällä kertaa. Jos se on taitettu oikein (vaihe 2b), se voidaan tunnistaa er-α-1,2-mannosidaasista, joka poistaa mannoosin ja täydentää er: n glykosylaatiomuutokset.
useimmat glykoproteiinit jatkavat oligosakkaridimuodostusta, kun ne on siirretty ER: stä Golgin laitteeseen vesikulaarikuljetuksella. Siellä erilaiset glykosidaasit ja glykosyylitransferaasit karsastavat ja lisäävät oligosakkaridia. Vaikka tietyn proteiinin glykosylaatio on johdonmukainen ja stereotyyppinen, on vielä epäselvää, miten glykosylaatiomallit tarkalleen määritetään.
kaksi tavallista antibioottia, tunikamysiini ja basitrasiini, voivat kohdistaa N-sidokseen glykosylaation, vaikka niiden antibioottiset ominaisuudet tulevat bakteerien soluseinien muodostumisen häiritsemisestä. Tunikamysiini on UDP-Glcnacin analogi, ja eukaryoottisten solujen sisällä se voi häiritä oligosakkaridimuodostusta estämällä Alkuperäisen GlcNAc-addition dolikholifosfaattiin. Koska se voi kulkeutua eukaryoottisoluihin, tunikamysiini ei ole toksisuutensa vuoksi kliinisesti hyödyllinen. Bacitrasiini taas on pieni syklinen polypeptidi, joka sitoutuu dolichol-PP: hen estäen sen defosforyloitumisen dolichol-P: ksi, jota tarvitaan oligosakkaridin rakentamiseen. Bacitrasiini ei läpäise soluja, joten vaikka sillä on samanlainen vaikutus kuin tunikamysiinillä bakteereihin häiritsemällä solunulkoista glykolipidisynteesiä, jota tarvitaan soluseinän muodostukseen, se on vaaraton eukaryooteille ja siten hyödyllinen terapeuttinen antibiootti.