glykosylering är en viktig modifiering av eukaryota proteiner eftersom de tillsatta sockerresterna ofta används som molekylflaggor eller igenkänningssignaler till andra celler än att komma i kontakt med dem. Det finns två typer av proteinglykosylering, som båda kräver import av målpolypeptiden till ER. N-länkad glykosylering börjar faktiskt i endoplasmatisk retikulum, men O-länkad glykosylering sker inte förrän polypeptiden har transporterats in i Golgi-apparaten. Därför är det också så att N-länkad glykosylering kan (och är) vanligtvis börjar som en co-translationell mekanism, medan O-länkad glykosylering måste ske post-translationellt. Andra stora skillnader i de två typerna av glykosylering är (1) n-länkad glykosylering sker på asparagin (N) rester inom en n-X-S eller N-X-t-sekvens (X är någon annan aminosyra än P eller D) medan O-länkad glykosylering sker på sidokedjan hydroxylsyre av antingen serin – eller treoninrester bestämda inte genom omgivande sekvens utan genom sekundär och tertiär struktur; (2) N-länkad glykosylering börjar med ett ”träd” av 14 specifika sockerrester som sedan beskärs och ombyggs, men förblir ganska stort, medan O-länkad glykosylering baseras på sekventiell tillsats av enskilda sockerarter och sträcker sig vanligtvis inte utöver några rester.
Tekniskt börjar n-glykosylering innan ett protein ens översätts, eftersom dolikolpyrofosfatoligosackariden (dvs. sockerträdet ” – inte en officiell term, förresten) syntetiseras i ER (figur \(\PageIndex{12}\)) utan att utlösas genom översättning eller proteininmatning.
Dolichol är ett långkedjigt kolväte som främst finns i er-membranet och fungerar som ett tillfälligt ankare för N-glykosyleringsoligosackariden när den syntetiseras och när den väntar på ett lämpligt protein för glykosylat. Oligosackaridsyntesen börjar med tillsatsen av två N-acetylglukosaminrester till pyrofosfatlänkaren, följt av en mannos. Från denna mannos grenar oligosackariden, med en gren som tar emot ytterligare tre mannosrester och den andra som tar emot en. Hittills har alla dessa tillägg till oligosackariden ägt rum i cytoplasman. Nu vänds glykolipiden inåt till er-lumen! En gång i lumen tillsätts ytterligare fyra mannoser, och slutligen fyller tre glukosrester upp strukturen.
inte alla nukleosider används för denna process: sockerarter har bara hittats kopplade till UDP, BNP och CMP. UDP är den mest mångsidiga, bindande N-acetylgalaktosamin (GalNAc), N-acetylglukosamin (GlcNAc), N-acetylmuraminsyra, galaktos, glukos, glukuronsyra och xylos. BNP används för mannos och fukos, medan CMP endast används för sialinsyra.
enzymerna som åstadkommer glykosyleringen är glykosyltransferaser specifika för både den tillsatta sockerresten och måloligosackariden. Sockerarterna som används av enzymerna är inte bara sockret, utan nukleotidsocker – vanligtvis ett socker kopplat till ett nukleosiddifosfat, till exempel uracildifosfatglukos (UDP-glukos) eller BNP – mannos.
den n-länkade oligosackariden har två fysiologiska roller: den fungerar som bas för ytterligare glykosylering, och den används som en markör för felkontroll av proteinvikning av calnexin-calreticulin-systemet (figur \(\PageIndex{13}\)). När oligosackariden är fäst vid den nya polypeptiden börjar processen med ytterligare glykosylering med verkan av ett glukosidas och som tar bort två av glukoserna. Den sista glukosen är nödvändig för att hjälpa glykoproteindockan med antingen calnexin eller calreticulin (Figure13, steg 1 eller 4), som är mycket liknande proteiner som har en långsam glukosidasaktivitet och associerar med en proteindisulfidisomeras-liknande aktivitet.
proteindisulfidisomeras-liknande aktivitet kommer från ERp57, som tekniskt är ett tioloxidoreduktas, men är funktionellt lik PDI.
den stora skillnaden är att kalretikulin är lösligt i er-lumen medan kalnexin är bundet till er-membranet. Båda håller tillfälligt på glykoproteinet vilket ger tid att (åter) vika och eventuellt omorganisera disulfidbindningar, då tar det bort glukosen, vilket gör att glykoproteinet kan fortsätta på väg. Viktigt, om glykoproteinet inte har helt vikts (steg 2A), enzymet UDP-glukos:glykoproteinglukosyltransferas (GT) känner igen det och lägger tillbaka glukosresten (steg 3), vilket tvingar det att gå igenom calreticulin/calnexin-cykeln igen i hopp om att vikas korrekt den här gången. Om det har vikts korrekt (steg 2B), kan det kännas igen av er-6B-1,2-mannosidas, som avlägsnar en mannos, slutföra glykosyleringsmodifieringarna i ER.
de flesta glykoproteiner fortsätter med oligosackaridremodellering när de har flyttats från ER till Golgi-apparaten genom vesikulär transport. Där beskär en mängd glykosidaser och glykosyltransferaser och lägger till oligosackariden. Även om glykosyleringen är konsekvent och stereotyp för ett givet protein, är det fortfarande oklart exakt hur glykosyleringsmönstren bestäms.
två vanliga antibiotika, tunicamycin och bacitracin, kan rikta sig mot n-länkad glykosylering, även om deras antibiotiska egenskaper kommer från att störa bildandet av bakteriella cellväggar. Tunicamycin är en analog av UDP-GlcNAc, och inuti eukaryota celler kan störa den initiala oligosackaridbildningen genom att blockera den initiala GlcNAc-tillsatsen till dolikolfosfatet. Eftersom det kan transporteras till eukaryota celler är tunicamycin inte kliniskt användbart på grund av dess toxicitet. Bacitracin är å andra sidan en liten cyklisk polypeptid som binder till dolichol-PP förhindrar dess defosforylering till dolichol-P, vilket behövs för att bygga oligosackariden. Bacitracin är inte cellgenomsläppligt, så även om det har liknande aktivitet som tunicamycin på bakterier genom att störa extracellulär glykolipidsyntes som behövs för cellväggbildning, är det ofarligt för eukaryoter och är således ett användbart terapeutiskt antibiotikum.