Biologia cellulare - smistamento delle proteine

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.

Proteine glicate

Le proteine glicate sono proteine che hanno reagito spontaneamente con un monosaccaride, di solito glucosio o talvolta fruttosio, 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 H₂O, è reversibile e procede 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-CH₂-NH-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_1α1, HbA_1α2, probabilmente prodotti della glicazione di fruttoso-1,6-bifosfato e glucosio-6-fosfato, HbA_1b di struttura ignota, HbA_1c. Quest'ultima, che è la forma più stabile ed 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 O₂ e quindi a rilasciarlo meno facilmente in periferia con elevato rischio di acidosi come conseguenza dell'instaurarsi di un metabolismo del glucosio di tipo anaerobico. La concentrazione di HbA_1c è normalmente al di sotto del 7% 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_1c segnala l'insorgenza dell'iperglicemia da almeno 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.

Proteine glicosilate o glicoprotidi

Le proteine glicosilate si possono dividere in due grandi gruppi:

• Proteine in cui la componente glucidica è un oligosaccaride
• 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:

• 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 collagene idrossilisina). Di solito il monosaccaride impegnato è N-acetilgalattosoamina (Gal-N-Ac) o galattosio (Gal). Tipico esempio sono le mucine glicoproteine prodotte a livello della mucosa gastrica con funzione di proteggere quest'ultima dall'azione proteolitica 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 in particolare degli eritrociti. A questo gruppo afferiscono inoltre molte glicoproteine componenti la membrana di cellule neuronali e della glia. Nel collagene residui di idrossilisina si impegnano con legame O-glucosidico con Gal soltanto o con Gal-Glc^α-glucosidico
• 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-acetilglucosamina (Glc-N-Ac). La configurazione del legame glucosidico neoformato può essere α o β