Glicoproteine
Che cosa sono le glicoproteine?
L'espressione "glicoproteine" sta ad indicare una famiglia di proteine, aventi funzioni strutturale o enzimatiche, caratterizzate dalla presenza di almeno un amminoacido legato tramite legame covalente ad uno zucchero o una catena glucidica. L'associazione di glucidi e proteine è molto comune, infatti almeno il 50% delle proteine presentano questa caratteristica.
Propriamente, le glicoproteine rappresentano quella parte di questi composti in cui i glucidi sono presenti sotto forma di oligosaccaridi, cioè catene lineari o ramificate composte da una modesta quantità di monosaccaridi, in genere non più di 10-15. Molecole con catene glucidiche più lunghe costituiscono invece la famiglia dei proteoglicani.
Tipi di glicoproteine
Le glicoproteine si possono suddividere in base al numero di monosaccaridi che compongono le catene glucidiche, la complessità di queste ultime ed il tipo di legame chimico con cui esse sono legate agli amminoacidi. Tale caratteristica dipende dal tipo di amminoacido a cui è legata la catena.
Alcune glicoproteine possiedono un gruppo glucidico formato da un singolo monosaccaride, altre invece presentano delle catene di carboidrati che possono essere lineari oppure ramificate, tenute insieme da legami glicosidici.
I monosaccaridi che compongono queste catene sono in genere sempre gli stessi, si tratta di molecole di carboidrati a cinque o sei atomi di carbonio e dalla struttura circolare che possono combinarsi tra loro in molte maniere differenti e formare legami che coinvolgono punti differenti delle molecole, così da potersi organizzare in una moltitudine di differente di combinazioni.
Figura 1: Nonostante i tipi di zuccheri che compongono gli oligosaccaridi delle glicoproteine siano pochi, possono combinarsi insieme in molteplici modalità in base alla posizione dei legami glicosidici.
Gli amminoacidi a cui queste catene si legano sono essenzialmente tre: l'Asparagina, la Serina e la Treonina. Serina e Treonina formano un legame ossidrilico con lo zucchero, che in genere è l'N-acetil-galattosammina (raramente il galattosio); questo tipo di legame viene definito legame O-linked perché coinvolge l'atomo di ossigeno.
L'Asparagina invece lega lo zucchero, generalmente uno zucchero pentoso (cioè a cinque atomi di carbonio) in corrispondenza dell'atomo di azoto, formando per questo un legame che viene definito N-linked. Una stessa glicoproteina può legare più catene glucidiche, sia lineari che ramificate, alternativamente mediante legami N-linked e O-linked.
Figura 2: Differenza tra glicosilazione N-linked e O-linked.
Formazione delle glicoproteine
Le glicoproteine si formano attraverso l'aggiunta dei gruppi glucidici alle catene proteiche mediante un processo che avviene successivamente alla traduzione del m-RNA e che prende il nome di "glicosilazione". I processi che portano alla glicosilazione N-linked e O-linked sono differenti e seguono vie che coinvolgono talvolta il reticolo endoplasmatico e l'apparato di Golgi, altre volte solo quest'ultimo.
Nello specifico le glicoproteine N-linked percorrono una prima parte della propria via metabolica nel reticolo endoplasmatico, in cui i glucidi sono aggiunti alla catena peptidica secondo una specifica sequenza di reazioni che è determinata dalla natura della sequenza amminoacidica di partenza, per poi subire una ulteriore modifica nell'apparato di Golgi.
Questa seconda fase non è legata esclusivamente al tipo di proteina che la cellula sta processando ma anche alla funzione che la singola proteina dovrà svolgere. In base a tale esigenza vengono aggiunte o rimosse catene o singoli monosaccaridi indirizzando la proteina ad una specifica sede cellulare.
Questa particolare classe di glicoproteine è composta da tre tipi di molecole: quelle in cui la catena glucidica è formata da sole molecole di Mannosio (lo zucchero più abbondante nelle glicoproteine); altre molecole dove si alternano altri tipi di zucchero (principalmente Galattosio, Fucosio e N-acetilgalattosammina) e un terzo tipo in cui si ritrova una struttura portante di Mannosio che lega una struttura oligosaccaridica complessa.
Le glicoproteine O-linked invece si formano direttamente nell'apparato di Golgi secondo processi profondamente specifici in cui i monosaccaridi vengono aggiunti uno per volta in genere in piccole quantità, andando a formare catene di pochi residui glucidici.
Significato della glicosilazione
La presenza di gruppi glucidici legate alle catene amminoacidiche ha varie funzioni: aumenta la solubilità delle molecole, le protegge dall'azione degli enzimi proteasi che potrebbero altrimenti denaturarle, agiscono sulla modulazione dell'azione specifica delle proteine e ne determinano il ripiegamento.
Questa funzione specifica è di primaria importanza, sia perché la struttura tridimensionale della proteina è direttamente responsabile della sua capacità funzionale e sia perché tale caratteristica rappresenta il bersaglio dei sistemi di controllo della qualità cellulare, grazie a cui la cellula elimina le proteine non correttamente assemblate individuandole proprio in base allo scorretto ripiegamento tridimensionale.
Glicoproteine di membrana
La maggior parte delle glicoproteine si trova associata alla membrana cellulare. Anche le membrane interne presentano delle glicoproteine, ma in quantità minori. Le glicoproteine di membrana sono una componente molto importante della membrana plasmatica e quasi tutte terminano con la frazione glucidica esposta esternamente alla cellula. Questa particolarità è legata ad alcune delle funzioni svolte da queste proteine, ossia:
- stabilizzazione strutturale della cellula
- mantenimento della coesione dei tessuti
- coinvolgimento nella comunicazione intercellulare
- interazione con organismi patogeni
Nello specifico, la stabilizzazione cellulare è data dalla formazione di legami a idrogeno che coinvolgono le glicoproteine e i glicolipidi di membrana. A tal proposito vale la pena ricordare che i gruppi glucidici delle glicoproteine di membrana sono pressoché gli stessi di quelli che si ritrovano associati ai lipidi e che formano i glicolipidi di membrana. L'insieme dei gruppi glucidici associati alle proteine di membrana e ai glicolipidi è definito glicocalice. La creazione di una rete di legami a idrogeno che avvolge la cellula le conferisce stabilità e maggiore resistenza.
Allo stesso modo, l'estensione di questa rete di legami anche alle cellule adiacenti permette l'attuazione del fenomeno di adesione cellula/cellula che garantisce la stabilizzazione dei tessuti e in generale delle strutture che prevedono l'associazione tra gruppi di cellule anche negli organismi dove queste non formano tessuti veri e propri.
Le catene glucidiche delle glicoproteine di membrana rappresentano anche i siti target per le molecole segnale che permettono la comunicazione attraverso, ad esempio, le vie ormonali.
Infine molti organismi patogeni quali virus e batteri utilizzano specifiche glicoproteine come bersaglio; questa caratteristica rende tali organismi selettivi rispetto agli organismi che sono in grado di infettare e spesso anche rispetto ai tipi cellulari con la predilezione di specifiche cellule o specifici organi.
Anche nella risposta immunitaria, che si basa sul riconoscimento da parte dei linfociti di specifiche molecole dette antigeni, molto spesso sono coinvolte le glicoproteine di membrana dei batteri patogeni che rappresentano appunto l'antigene che i linfociti sono in grado di riconoscere e contro cui organizzano la risposta difensiva.
Figura 3: Gli oligosaccaridi che compongono le glicoproteine e i glicolipidi formano, insieme, il glicocalice.
I più importanti tipi di glicoproteine
Oltre alle glicoproteine di membrana, svolgono un ruolo molto importante le glicoproteine del collagene, quelle dei mucociti e quelle associate alle immunoglobuline. Vale la pena di sottolineare infine che anche il gruppo sanguigno è determinato dalla differente composizione delle glicoproteine di membrana dei globuli rossi.
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