Гликоконъюгаты

Гликоконъюгатами называют углеводсодержащие биополимеры, молекулы которых наряду с моносахаридами после полного гидролиза распадаются на соединения других классов — аминокислоты, жирные кислоты, спирты и др. Гликоконъюгатами являются ферменты, гормоны, иммуноглобулины, компоненты биологических мембран и клеточных стенок. К гликоконъюгатам относятся гликопептиды, гликопротеины, гликозаминопротеогликаны, гликолипиды и липополисахариды, гликолипопротеины и другие соединения. Точного определения у этих терминов нет, и те или иные классы биополимеров называют гликопротеинами, либо протеогликанами, руководствуясь при этом скорее традицией, чем какими-либо четким критериями. Аналогично обстоит дело с коваленто связанными углеводами и липидами: их называют гликолипидами, а также липополисахаридами.

Гликопротеины (гликобелки)

Гликобелки состоят из белкового компонента, ковалентно связанного с углеводной частью в виде олигосахаридов, полисахаридов, а в некоторых случаях гликанов. Также как и гликопептиды, гликобелки делятся на два класса: N-гликобелки (связанные с аспаргином) и O-гликобелки, связанные с серином или треонином.

В разных гликобелках может присутствовать от 100 до 200 единиц гликанов. Например, около 1 % углеводных компонентов содержится в коллагене, до 60 % в муцине, и свыше 99 % в гликогене. Гликобелки обнаружены во всех тканях и биологических жидкостях. Углеводная часть молекулы гликобелков определяет их сродство к соответствующему клеточному рецептору, повышает устойчивость молекулы к действию протеолитических ферментов, нагреванию и т.д. Гликобелки слизей выполняют важную защитную функцию; гликобелки межклеточного вещества определяют характер ионного обмена клетки, иммунные реакции, дифференцировку тканей, процессы «узнавания» клеток и др. К гликобелкам относится большинство белковых гормонов. Нарушение обмена каждого гликопротеина приводит к патологическому изменению соответствующей функции.

На сегодняшний день расшифровано более 100 структур гликан-белковых комплексов. Более предпочтительным является использование техники ЯМР в растворе, поскольку олигосахариды, в отличие от моно- и дисахаридов, представляющих собой сравнительно жесткие молекулы, проявляют некоторую гибкость, что затрудняет их кристаллизацию. Все полученные комплексы характеризуются очень маленькими размерами гликан-связывающих сайтов, а также расположением гликанов в положении с минимальной энергией.

Структуры связанных с сахаром белков, определенные с высоким разрешением при помощи рентгеновской кристаллографии, являются хорошей иллюстрацией взаимодействий между атомами углеводорода и белка (рис. 5.14) Так, в первом гликобелке (мышиный мышечный белок MHC Class I H-2Kbm1 в комплексе с фукозой и глюкозамином) гликаны располагаются с внешней стороны белка. Несмотря на относительно высокое разрешение (1.7 Å), из-за подвижности гликанов удается зарегистрировать только несколько из них. Во втором белке (Fc-фрагмент иммуноглобулина IgG из M. musculus, разрешение 2.1 Å), гликаны располагаются внутри белковой молекулы; их подвижность существенно ограничена и поэтому их положение легко регистрируется.

Рис. 5.14. Рентгеновские структуры двух гликобелков. а) Кристаллическая структура мышиного белка MHC Class I H-2Kbm1 (major histocompatibility complex, аббревиатура MHC)(PDB код 1FZK) б) кристаллическая структура мышиного белка иммуноглобулина IgG Fc (PDB код 2RGS). Гликаны выделены красным цветом