a glikozilezés az eukarióta fehérjék fontos módosítása, mivel a hozzáadott cukormaradványokat gyakran használják molekuláris jelzőként vagy felismerési jelként más sejtek számára, mint amelyek érintkeznek velük. Kétféle fehérje glikozilezés létezik, mindkettő megköveteli a cél polipeptid behozatalát az ER-be. Az N-kapcsolt glikozilezés valójában az endoplazmatikus retikulumban kezdődik, de az O-kapcsolt glikozilezés csak akkor következik be, amikor a polipeptidet a Golgi-készülékbe szállították. Ezért az is előfordul, hogy az N-kapcsolt glikozilezés általában Ko-transzlációs mechanizmusként kezdődik (és van is), míg az O-kapcsolt glikozilezésnek poszttranszlációs módon kell történnie. A glikozilezés két típusának további fő különbségei az (1) N-kapcsolt glikozilezés az aszparagin (N) maradékokon történik egy N-X-s vagy N-X-T szekvencián belül (X bármely aminosav, kivéve P vagy D), míg az O-kapcsolt glikozilezés az oldalláncon történik hidroxil-oxigén szerin vagy treonin maradványok nem a környező szekvencia, hanem másodlagos és harmadlagos szerkezet határozza meg; (2) Az N-kapcsolt glikozilezés egy 14 specifikus cukormaradványból álló “fával” kezdődik, amelyet ezután metszenek és átalakítanak, de meglehetősen nagy marad, míg az O-kapcsolt glikozilezés az egyes cukrok egymás utáni hozzáadásán alapul, és általában nem terjed túl néhány maradékon.
technikailag az N-glikozilezés még a fehérje lefordítása előtt megkezdődik, mivel a dolichol pirofoszfát oligoszacharid (azaz a cukor “fa” – egyébként nem hivatalos kifejezés) szintetizálódik az ER-ben (\(\PageIndex{12}\) ábra) anélkül, hogy transzláció vagy fehérjebevitel váltaná ki.
a Dolichol egy hosszú láncú szénhidrogén, amely elsősorban az ER membránban található, és ideiglenes horgonyként szolgál az n-glikozilező oligoszacharid számára, miközben szintetizálódik és várja a megfelelő fehérje glikozilációját. Az oligoszacharid szintézis két N-acetil-glükózamin maradék hozzáadásával kezdődik a pirofoszfát-linker, majd egy mannóz. Ebből a mannózból az oligoszacharid elágazik, az egyik ág további három mannózmaradékot kap, a másik pedig egyet. Eddig az oligoszacharid ezen kiegészítései a citoplazmában zajlottak. Most a glikolipid befelé fordul az ER lumenbe! A lumenbe kerülve további négy mannózt adunk hozzá, végül három glükózmaradvány tölti fel a szerkezetet.
nem minden nukleozidot használnak ehhez a folyamathoz: a cukrok csak az UDP-hez, a GDP-hez és a CMP-hez kapcsolódtak. Az UDP a legsokoldalúbb, kötő N-acetil-galaktózamin (GalNAc), N-acetil-glükózamin (GlcNAc), N-acetilmuraminsav, galaktóz, glükóz, glükuronsav és xilóz. A GDP-t mannózra és fukózra, míg a CMP-t csak sziálsavra használják.
a glikozilezést végző enzimek glikoziltranszferázok, amelyek mind a hozzáadott cukor maradékra, mind a cél oligoszacharidra specifikusak. Az enzimek által használt cukrok nem egyszerűen a cukor, hanem nukleotid cukrok – általában egy nukleozid-difoszfáthoz kapcsolódó cukor, például uracil – difoszfát glükóz (UDP-glükóz) vagy GDP-mannóz.
az n-kapcsolt oligoszacharidnak két fiziológiai szerepe van: a további glikozilezés alapjaként működik, és markerként használják a kalnexin-kalretikulin rendszer által a fehérje hajtogatásának hibaellenőrzéséhez (\(\PageIndex{13}\) ábra). Miután az oligoszacharid az új polipeptidhez kapcsolódik, a további glikozilezés folyamata egy glükozidáz hatásával kezdődik, amely eltávolítja a két glükózt. Az utolsó glükóz szükséges ahhoz, hogy segítse a glikoprotein dokkolását a kalnexinnel vagy a kalretikulinnal (13.ábra, 1. vagy 4. lépés), amelyek nagyon hasonló fehérjék, amelyek lassú glükozidáz aktivitással rendelkeznek, és fehérje-diszulfid izomeráz-szerű aktivitással társulnak.
a fehérje diszulfid izomeráz-szerű aktivitása az ERp57-ből származik, amely technikailag tiol-oxidoreduktáz, de funkcionálisan hasonló a PDI-hez.
a fő különbség az, hogy a kalretikulin az ER lumenben oldódik, míg a kalnexin az ER membránhoz kötődik. Mindkettő ideiglenesen ragaszkodik a glikoproteinhez, így időt ad a diszulfidkötések (újra)összehajtására és esetleg átrendezésére, majd eltávolítja a glükózt, lehetővé téve a glikoprotein folytatását. Fontos, hogy ha a glikoproteint nem hajtogatták teljesen (2A. lépés), az UDP-glükóz enzim:a glikoprotein-glükozil-transzferáz (GT) felismeri, és hozzáadja a glükózmaradékot (3.lépés), arra kényszerítve, hogy ismét átmegy a kalretikulin/kalnexin cikluson, abban a reményben, hogy ezúttal helyesen hajtogatható. Ha helyesen hajtogatták (2B lépés), akkor az ER-6,2-mannozidáz felismeri, amely eltávolítja a mannózt, befejezve az ER glikozilezési módosításait.
a legtöbb glikoprotein folytatja az oligoszacharid átalakítását, miután vezikuláris transzporttal áthelyezték őket az ER-ből a Golgi-készülékbe. Ott különféle glikozidázok és glikoziltranszferázok metszenek és adnak hozzá az oligoszacharidhoz. Bár a glikozilezés konzisztens és sztereotipizált egy adott fehérje esetében, még mindig nem világos, hogy pontosan hogyan határozzák meg a glikozilezési mintákat.
két gyakori antibiotikum, a tunikamicin és a bacitracin, megcélozhatja az N-kapcsolt glikozilezést, bár antibiotikus tulajdonságaik a bakteriális sejtfalak kialakulásának megzavarásából származnak. A tunikamicin az UDP-GlcNAc analógja, az eukarióta sejtek belsejében megzavarhatja a kezdeti oligoszacharid képződést azáltal, hogy blokkolja a dolichol-foszfát kezdeti GlcNAc-hozzáadását. Mivel eukarióta sejtekbe szállítható, a tunikamicin toxicitása miatt klinikailag nem hasznos. A Bacitracin viszont egy kicsi ciklikus polipeptid, amely kötődik a dolichol-PP-hez, megakadályozva annak defoszforilációját dolichol-P-re, amely az oligoszacharid felépítéséhez szükséges. A Bacitracin nem sejtáteresztő, így annak ellenére, hogy hasonló aktivitással rendelkezik, mint a tunikamicin a baktériumokon azáltal, hogy megzavarja a sejtfal kialakulásához szükséges extracelluláris glikolipid szintézist, ártalmatlan az eukarióták számára, ezért hasznos terápiás antibiotikum.