단백질에서의 당화와 여러가지 변형 과정

ER에서 Golgi로 갈때, 골지체에서 한번에 단백질이 형성되지 않는 이유는 무엇일까?

이는 N-Linked 올리고당의 전구체에서 다양성을 확인해 각각으로 변형되는데 이를 당화로 처리하기 때문이다.

이렇게 단백질이 생합성 후에는 효소로 공유결합을 변형시키는 PTM(Post translational Modification)이 진행되는 것인데, 이러한 대표적인 예시로 공간 조절과 일시적 조절, 그리고 당사슬로 특정 단백질을 수정하게 되는 당화(Glycosylation)와, 인산화(Phosphorylation)이 있다.

이렇게 PTM을 통해 단백질들은 단백질 기능을 확장하게 된다.

당화도 여러 가지가 있는데, 세포질에서 완전히 제거가 불가능한 N-Linked glycosylation, O-Linked glycosylation이 있다.

그 중에서 당이 최대로 잡힌 단백질은 Proteoglycan glycosylation으로 결합 조직에서 발현되는 것인데, 이는 글리코사미노글리칸(GAG) 사슬이 공유 결합으로 핵심 단백질에 붙어 있으며, GAG는 콘드로이틴 Sulfate/델마탄, 헤파란/헤파린 또는 헤파란/케라틴으로 구성된다.

주의할 점으로 Proteoglycan과 glycoprotein의 차이다.

Proteoglycan는 탄화가 약 90% 이상 진행된 것이며 이당류의 반복으로 폴리펩티드와 글리코사미노글리칸이 합쳐져 결합 조직에서 활액으로 역할을 하며, 이에 대해 대표적인 예시로 탄성이 없는 ehlers danlos syndrome으로 이탄당이 대부분이지만 GAG가 없는 형태로 존재하는 질병이 있다.

Glycoprotein은 탄화가 약 50% 이하로 되어 있으며 간단하거나 복잡합 구조로 되어 있고, 단백질과 당으로 구성되어 세포 신호나, 화학 물질 수송에 이용된다.

다시 당화로 넘어가면, EGF repeat glycosylation는 notch ligand와 표피 성장 인자, 그리고 외 단백질로 구성되어 구조적 도메인으로 역할을 하는 것이 있으며 이는 짧은 O-linked 올리고당만 glycosylate 하며 세포 신호 전달에 중요한 역할을 하게 된다.

콜라겐 glycosylation는, 콜라겐의 라이신이 먼저 hydroxylate 되는 것으로 당과 콜라겐 섬유가 Crosslink 되는 것이 있다.

디스트로글리칸 당질화(Dystroglycan glycosylation)는 트랜스 멤브레인 베타와 디스트로 글리칸, 그리고 세포 매트릭스의 라미닌으로 구성되어 골격과 근육, 신경 전달에 역할을 하는 것이 있다.

GPI anchored membrane protein은 Glycosylphosphatidylinositol 그룹으로 단백질을 진핵 세포막에 고정하는 것으로 막 단백질 수송, 세포 접착, 세포벽 합성, 세포 표면 보호 역할을 한다.

당질화 효과로는 강성, 분자 인식, 디설파이트 결합 형성으로 접힘, 안정성, 활성, 점도와 용해도를 통한 용액의 특성, beta turn 같은 2차 구조, 단백질 보호로 폴리펩티드 사슬과 유닛의 응집 방지로 샤페론과의 상호작용 등이 있다.

분자 인식의 경우, APC(항원 전달 세포)에서 단백질 조각의 염기서열을 확인하는 것으로 이것이 잘못된다면 자가면역 질환인 류마티스 관절염, RA로 진행된다.

당 단백질 합성 과정으로는 단백질을 합성하는 리보솜으로 부터 ER에서 옮겨져 효소로 글루코스가 제거되고 만노스가 제거되며 골지로 옮겨가 1개의 N 아세틸글루코사민이 추가되고 만노스가 제거된 후, 당이 첨가된다.

단백질의 분해 처리로 Proteolytic processing은 단백질 합성 직후, fmet으로 단백질이 전달되며 트립신에서 트립시노겐, 키모트립시노겐에서 키모트립신이 되며 이에 대한 예시로 디설파이드 결합으로 c 사슬이 제거되는 프리프로인슐린에서 인슐린으로 변하는 것이 있다.

단백질에서의 인산화(Phosphorylation)은 진행 생물에서 번역 후 변형과정으로 효소 조절 인자가 ATP를 소모하며 처리하게 되는데 이는 표면의 세포 신호와, 세포 증식, 분화에 영향을 끼친다.

아세틸화(Acetylation)은 전사를 촉진하며 히스톤 구조를 변형할 수 있으며 S 니트로실화는 세균, 효소, 식품으로 생성이 되며 효소들이 기질을 니트로실화하는 것으로 대표적으로 SOP의 헤모글로빈으로 비아그라와 협심증약이 대표적이다.