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Von der Zelloberfläche ins Innere: Wie beeinflussen N-gebundene Glykane die Proteinfaltung?
Die Funktionen von Glykanen werden bei Biomolekülen oft übersehen, sie sind jedoch für die Grundfunktion von Zellen von entscheidender Bedeutung. Besonders im Proteinfaltungsprozess spielen N-gebundene Glykane eine unverzichtbare Rolle. Dieser Prozess beeinflusst nicht nur die Form von Proteinen in Zellen, sondern hängt auch mit dem normalen Betrieb vieler biologischer Funktionen zusammen.
N-verknüpfte Glykane sind Kohlenhydratstrukturen, die an die Aminosäure Asparagin (Asn) gebunden sind. Diese Struktur wird im endoplasmatischen Retikulum synthetisiert und ist Teil der Proteinbiosynthese.
Struktur und Funktion von N-gebundenen Glykanen
Die Synthese N-gebundener Glykane beginnt im endoplasmatischen Retikulum, wenn sich zwei N-Acetylglucosamine mit Dolicholmonophosphat verbinden. Anschließend wurden der Struktur fünf Mannosereste hinzugefügt, was zu einer Kernstruktur aus 14 Monosaccharidresten führte. Zu diesen 14 Resten gehören 3 Glucose, 9 Mannose und 2 N-Acetylglucosamin.
Diese 17 verschiedenen Gruppen bestimmen nicht nur die Struktur N-gebundener Glykane, sondern beeinflussen auch deren späteren Beitrag zur Proteinfaltung.
Sobald N-verknüpfte Glykane auf eine neu synthetisierte Polypeptidkette übertragen werden, durchlaufen sie eine Reihe von Prozessen, bei denen Zuckerreste basierend auf spezifischen Proteinfaltungsanforderungen entfernt werden. Beispielsweise hängt die Entfernung von Glukoseresten von der korrekten Faltung des Proteins ab; wenn die Faltung fehlschlägt, lagern sich diese Glukosereste wieder an das Protein an und rekombinieren mit molekularen Chaperonen.
Regulierung der Proteinfaltung
N-gebundene Glykane sind für die korrekte Faltung von Proteinen unerlässlich. Chaperonproteine im endoplasmatischen Retikulum, wie Calnexin und Calreticulin, binden an Glukosereste auf N-gebundenen Glykanen und helfen dabei, neu synthetisierte Polypeptide in die richtige Struktur zu falten.
Wenn ein Protein nach wiederholten Faltungsvorgängen nicht die richtige Form erreichen kann, wird es schließlich aus dem endoplasmatischen Retikulum ausgestoßen und durch intrazelluläre Proteasen abgebaut.
Darüber hinaus kann das Vorhandensein von N-gebundenen Glykanen auch die innere Struktur von Proteinen beeinflussen und Cystein durch sterische Effekte vorübergehend daran hindern, Disulfidbindungen zu bilden, sodass Zellen den Prozess der Bildung von Disulfidbindungen in Zuständen niedriger Energie besser kontrollieren können . .
Die Rolle von Zellinteraktionen
N-gebundene Glykane sind auch für die Zell-Zell-Interaktionen von entscheidender Bedeutung. In Krebszellen werden abnormale N-gebundene Glykane von natürlichen Killerzellen als krebsähnliches Verhalten erkannt. N-gebundene Glykane auf der Oberfläche von Immunzellen helfen dabei, das Migrationsmuster der Zelle zu bestimmen, und spezifische Glykosylierungsmuster ermöglichen es Immunzellen, genau auf Infektionen oder andere Immunherausforderungen zu reagieren.
Die Anzahl und Struktur der N-gebundenen Glykane kann die Wirksamkeit von Antikörpern und damit das Ergebnis der Immunantwort beeinflussen.
Schlussfolgerung
Mit eingehender Forschung zu N-gebundenen Glykanen enthüllen Wissenschaftler nach und nach deren Bedeutung in der Zellbiologie und ihren komplexen Zusammenhang mit Krankheiten. Zukünftige Forschungen könnten mehr über die Rolle von Zuckern in der Zellbiologie und Krankheitsmechanismen aufdecken und neue mögliche Behandlungsmethoden vorschlagen. Welche Durchbrüche und Innovationen wird die Glykowissenschaft Ihrer Meinung nach in Zukunft bringen, wenn wir die Rolle von Zuckern in verschiedenen biologischen Prozessen überdenken?
