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Biologia cellulare - smistamento delle proteine

Appunti di biologia cellulare della professoressa Defilipppi sulla struttura ed il metabolismo dei glicoprotidi. Gli argomenti trattati sono i seguenti: le proteine che legano monosaccaridi, oligosaccaridi e polisaccaridi (proteine glicate) e la struttura delle unità disaccaridiche fondamentali. Vedi di più

Esame di Biologia cellulare docente Prof. P. Defilippi

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Glicoprotidi e protidi glicati

Proteine che legano monosaccaridi, oligosaccaridi e polisaccaridi sono definite glicoprotidi o

proteine glicosilate se la componente glucidica è legata stabilmente alla proteina ed il legame si

forma a seguito di una reazione enzimatica, e proteine glicate se il legame si costituisce per una

reazione non enzimatica.

1) Proteine glicate: sono proteine che hanno reagito spontaneamente con un monosaccaride, di

solito glucosio o talvolta fruttoso, con formazione di un prodotto di condensazione in cui il

gruppo aldeidico del monosaccaride è legato covalentemente alla proteina, da cui il nome di

proteine glicate, definite anche ed impropriamente glicosilate. Infatti in queste proteine il

monosaccaride non forma con la proteina un legame glucosidico o emiacetalico che richiede

l’intervento di un enzima, bensì un legame aldiminico o base di Schiff che non coinvolge

una reazione enzimatica. Molte sono le proteine suscettibili di legare spontaneamente un

monosaccaride e trasformarsi quindi in proteine glicate; tra queste si possono elencare in

primis l’emoglobina, e poi proteine presenti in circolo, quali albumina, lipoproteine a bassa

ed alta densità, antitrombina III, fibrinogeno e fibrina, proteine costituenti la matrice

extracellulare o presenti sulle membrane plasmatica o delle particelle subcellulare (proteine

della membrana del globulo rosso, della membrana delle cellule degli endoteli, della

mielina, della membrana basale dei glomeruli renali, delle arterie coronariche, del

cristallino, o endocellulari non legate a membrane alcune prive di attività catalitica, quali

ferritina, collageno in via di formazione, tubulina, altre con attività catalitica, quali catepsina

B, esosoaminidasi, ribonucleasi pancreatica, ,. La prima reazione del processo di glicazione

consiste nella formazione di un legame aldiminico o base di Schiff tra il gruppo aldeidico

riducente del monosaccaride ed un gruppo aminico della proteina (gruppo aminico N-

terminale, aminogruppo di residui di lisina, aminogruppo del residuo di guanidina

dell’arginina). La reazione, che comporta la formazione del legame monosaccaride–

HC=NH-lisina-proteina con eliminazione di una molecola di H O, è reversibile e procede

2

rapidamente fino a raggiungere un equilibrio. Successivamente la base di Schiff va incontro

ad un riarrangiamento intramolecolare con formazione di un prodotto stabile detto prodotto

di Amadori (in cui i carboni 2 e 1 del monosaccaride presentano l’assetto O=C-CH -NH-

2

proteina). Quest’ultimo si modifica ulteriormente e lentamente generando nuovi prodotti

detti composti di glicazione finale (AGE: advanced glycation end products), che sono stabili

e comportano modificazioni non reversibili; questi prodotti sono frequentemente colorati e

fluorescenti e spesso si modificano a formare legami crociati con altre proteine o altre

macromolecole in cui sono presenti gruppi aminici. La probabilità che il prodotto di

glicazione raggiunga lo stadio di prodotto di Amadori o di AGE dipende dal tempo di

emivita delle proteine interessate, che può essere di ore o giorni (albumina del siero) o

settimane (collagene, proteine della mielina e della lente del cristallino). Nel primo caso il

processo si arresterà allo stadio di prodotto di Amadori, nel secondo caso invece arriverà

alla formazione degli AGE. La sindrome diabetica è la condizione patologica in cui i

processi di glicazione delle proteine sono più rilevanti. In particolare in questa patologia

aumenta considerevolmente l’emoglobina glicata che si presenta in 4 forme dette HbA ,

11

HbA , probabilmente prodotti della glicazione di fruttoso-1,6-bifosfato e glucosio-6-

12

fosfato, HbA di struttura ignota, HbA . Quest’ultima, che è la forma più stabile ed

1b 1c

abbondante, è il prodotto di Amadori derivante dalla condensazione del gruppo aldeidico del

glucosio con l’aminogruppo della valina N-terminale delle catene della globina; è detta

anche fruttosamina perché apparentemente è una molecola di fruttoso in cui il gruppo

alcolico in 1 è legato ad un gruppo NH-protide. Le forme glicate dell’emoglobina tendono

ad avere una maggiore affinità per O e quindi a rilasciarlo meno facilmente in periferia con

2

elevato rischio di acidosi come conseguenza dell’instaurarsi di un metabolismo del glucosio

di tipo anaerobico. La concentrazione di HbA è normalmente al di sotto del 7%

1c

dell’emoglobina totale, e in soggetti diabetici con un cattivo controllo della glicemia può

giungere anche al 15%. Questa alterazione, unitamente alla presenza di albumina glicata, è

un indice biochimico della gravità della patologia e soprattutto del perdurare dello

scompenso metabolico. L’albumina glicata segnala l’insorgenza dell’iperglicemia in tempi

recenti (una, due settimane), mentre HbA segnala l’insorgenza dell’iperglicemia da almeno

1c

in tempi più lontani (uno/due mesi). Alla presenza delle proteine glicate soprattutto di quelle

a lunga vita e quindi capaci di formare legami crociati tra proteine diverse e quindi originare

aggregati multiproteici, viene attribuito un ruolo importante nella patogenesi delle

complicanze della malattia diabetica con particolare riferimento all’accumulo di fibrina in

molti vasi periferici, alla opacizzazione del cristallino (cataratta diabetica), all’ispessimento

della membrana basale dei glomeruli renali, alla lesione della guaina mielinica dei nervi

periferici.

2) Proteine glicosilate o glicoprotidi: si possono dividere in due grandi gruppi, proteine in cui

la componente glucidica è un oligosaccaride, e proteine in cui la componente glucidica è un

polisaccaride o meglio un mucopolisaccaride anche identificato come glicosaminoglicano,

in quanto contenente aminomonosaccaridi, quali glucosamina e galattosamina

frequentemente acetilate o solforilate. Le prime sono classificate come protide-

oligosaccaride, le seconde come protide-polisaccaride o proteoglicani.

Nelle proteine oligosaccaride il legame fra la proteina e la prima unità glucidica può essere

di tipo: a) O-glucosidico, che si costituisce fra il gruppo glucosidico del monosaccaride ed

un gruppo alcolico di un residuo aminoacidico della proteina (serina, treonina e nel solo

collageno idrossilisina); di solito il monosaccaride impegnato è N-acetilgalattosoamina (Gal-

N-Ac) o galattosio (Gal); tipico esempio sono le mucine glicoproteine prodotte a levello

della mucosa gastrica con funzione di proteggere quest’ultima dall’azione proteolitico della

pepsina e denaturante dell’acido cloridrico componente del succo gastrico. Caratteristica

ulteriore di queste mucine è la presenza su di esse di acidi grassi (ad es. miristica) di solito

esterificati con il gruppo tiolico (SH) di residui di cisteina. Altro esempio sono le sequenze

antigeniche che definiscono i gruppi sanguigni esposte sulla membrana di tutte le cellule e

particolare degli eritrociti (vedi capitolo annesso); a questo gruppo afferiscono inoltre molte

glicoproteine componenti la membrana di cellule neuronali e della glia; nel collageno residui

di idrossilisina si impegnano con legame O-glucosidico con Gal soltanto o con Gal-Glc

-glucosidico;b)

quest’ultimo unito a Gal con legame 1-2 N-glucosidico, che si costituisce

fra il gruppo glucosidico del monosaccaride che inizia la catena dell’oligosaccaride ed un

gruppo aminico di un residuo di asparagina della proteina inserito nella sequenza Asn-X-Ser

(Thr), in cui X può essere un aminoacido, ad esclusione di prolina ed acido aspartico o

glutamico; di solito il monosaccaride impegnato è N-acetilglusoamina (Glc-N-Ac). La

 , ;

configurazione del legame glucosidico neoformato può essere o più spesso

afferiscono a questo gruppo molte proteine della membrana plasmatica, in particolare della

mielina (tipico es. la glicoproteina associata alla mielina MAG), o dei lisosomi, proteine di

natura ormonale e quindi circolanti ed enzimi c) amidico o peptidico che si costituisce fra

l’aminoacido carbossilterminale della proteina, di solito un residuo di glicina, il cui

carbossile libero si impegna con legame amidico con il gruppo NH di etanolamina a sua

2

volta legata a fosfato e questo legato a mannoso il quale con legame glucosidico si unisce ad

un altro mannoso, frequentemente fosforilato, a sua volta legato ad una terza unità di

mannoso; quest’ultima si impegna con glucosamina molto probabilmente fosforilata;

mediante questo fosfato la glucosamina con legame estere si lega ad inositolo a sua volta

impegnato con il suo gruppo alcolico in 1 con fosfato quest’ultimo facente parte di un di-

acilglicerolo di membrana; quindi in sostanza la catena di ancoraggio raccorda la proteina

extracellulare a fosfatidilinositoli componenti del foglietto lipidico (lato extracellulare) della

membrana plasmatica di cellule che si affacciano allo spazio extracellulare. Queste proteine

sono definite proteine ancorate via un glicosilfosfato inositolo (GPI anchored proteins).

Tipici esempi sono l’acetilcolinesterasi ancorata alla membrana del globuli rossi, alcune

proteine presenti sulla membrana dei neuroni quali TAG ed F3contactina; quest’ultima con

funzione di ligando per proteine espresse sulla membrana degli oligodendrociti, le cellule

che nel sistema nervoso centrale sono responsabili della generazione della mielina, la guaina

che riveste gli assoni (nervi); ne consegue che F3contactina fa da ponte fra assone–mielina-

oligodendrocita; sulla membrana degli oligodendrociti è presente la proteina N-CAM 120

anch’essa una GPI anchored protein, a sua volta responsabile di interazione con proteine

neuronali quali N-CAM 180, presenti sull’assone.

 

Nei proteoglicani, il legame è di solito O-glucosidico, (eccetto alcuni poche casi in cui è

N-glucosidico, vedi dopo); questo legame si forma tra il gruppo alcolico di un residuo di

serina ed il gruppo glucosidico della prima unità saccaridica dell’oligosaccaride che

constituisce il ponte di unione fra la proteina e la catena polisaccaridica. Questa prima unità

saccaridica è il D-xiloso nel caso in cui la catena polisaccaridica sia rappresentata da acidi

condroitinsolforici, dermatansolfati, eparansolfati ed eparina. Lo xiloso è un aldopentoso che

inaspettatamente è in forma piranosica (vedi dopo). Nel caso in cui la catena polisaccaridica

sia data da cheratansolfati il legame fra la proteina e la catena polisaccaridica è mediato: 1)

da un residuo di GalNAc unita con legame O-glucosidico ad una serina della proteina.

GlalNAc è unita a sua volta con legame glucosidico due molecole di Gal, di cui una è

impegnata con legame glucosidico con NeurNAc, l’altra invece si unisce al

cheratansolfato la cui catena inizia con GlcNAc unita a Gal con legame 1,3- glucosidico;

GlcNAc è la prima unità glucidica del cheratansolfato; ad essa si unisce Gal con legame 1,4-

 

glucosidico; 2) da un residuo di GlcNAC unita con legame N-glucosidico ad un residuo

di asparagina (Asn) della proteina inserito nella sequenza Asn-X-Ser (Thr). GlcNAC a sua

volta si unisce ad un altro residuo di GlcNAC a cui si legano in sequenza due residui di Man

a loro volta uniti a GlcNAC; su questa sequenza si inserisce il cheratansolfato con Gal

iniziale.

Proteoglicani: si trovano distribuiti 1) negli spazi extracellulari e concorrono a formare la

matrice extracellulare con funzione di stabilizzare l’impalcatura del tessuto, garantire scambi

cellula cellula ed interazione cellula cellula (versicano, decorina, aggregano della

cartilagine): 2) ancorati alla membrana plasmatica attraverso una sequenza aminoacidica

(sindacano); 3) intracellari sotto forma di granuli (serglicina). La proteina a cui si ancora il

glicosaminoglicano viene definita proteina principale e può avere massa molecolare assai

varia; per quanto attiene la componente glucidica, essa può essere rappresentata da

condroitinsolfato e cheratansolfato nell’aggrecano, condroitinsolfato e dermatansolfato nel

versicano, decorina e serglicina, condroitinsolfato ed eparansolfato nel sindacano. In tutti i

proteoglicani noti le catene polisaccaridiche sono unite alla proteina principale a mezzo di

un oligosaccaride ponte formato: a) secondo alcune versione dal trisaccaride Xil (xiloso)-

Gal-Gal, secondo altre dal tetrasaccaride Xil-Gal-Gal-GlcA (acido glucuronico); b) GalNAc-

Gal. La prima unità del ponte saccaridico (Xil o GalNAc) impegna il suo carbonio

glucosidico con la proteina in cui di solito è un residuo di serina ad essere coinvolto; si

costituisce così un legame O-glucosidico fra Xil o GalNAc ed il gruppo alcolico della

serina della proteina.. La serina di attacco è frequentemente inclusa in una sequenza Ser-Gly

più volte ripetute nella catena proteica (tre nella decorina fino a più di cento nell’aggregano).

Nella serglicina è caratteristico un segmento di 49 aminoacidi costituito unicamente dalla

successione Ser-Gly da cui il nome di questo proteoglicano. I proteoglicani della cartilagine

unitamente al collageno, scleroprotide ricco di glicina, prolina, ossiprolina ed idrossilisina,

quest’ultima legata a Gal o Gal-Glc, formano la trama della cartilagine a cui conferiscono

elasticità fortemente dipendente dalla natura polianionica delle catene di condroitinsolfato e

cheratansolfato presenti alla periferia del complesso proteico, che conferisce alla struttura


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DESCRIZIONE APPUNTO

Appunti di biologia cellulare della professoressa Defilipppi sulla struttura ed il metabolismo dei glicoprotidi. Gli argomenti trattati sono i seguenti: le proteine che legano monosaccaridi, oligosaccaridi e polisaccaridi (proteine glicate) e la struttura delle unità disaccaridiche fondamentali.


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in tecniche di laboratorio biomedico (CUNEO - TORINO)
SSD:
Università: Torino - Unito
A.A.: 2013-2014

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher cecilialll di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Biologia cellulare e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Torino - Unito o del prof Defilippi Paola.

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