Glikozilacija

**Glikozilacija** je reakcija u kojoj je ugljikohidrat, tj. donor glikozila, vezan za hidroksil ili drugu funkcijsku grupu druge molekula (glikozil akceptor). U biologiji se **glikozilacija** odnosi posebno na enzimski proces koji veže glikane na glikoproteine ili druge organske molekule, ali zapravo za ovu hemikaliju reakcija također može biti neenzimatska. Enzimski proces stvara jedan od osnovnih biopolimera, koji se nalaze u ćelijama (zajedno sa DNK, RNK i proteinima). Glikozilacija je oblik kotranslacije i posttranslacijska modifikacija. Glikani imaju različite strukturne i funkcijske uloge u membranskim i izlučenim proteinima. Većina proteina sintetiziranih u hrapavom endoplazmatskom retikulumu prolazi kroz glikozilaciju. To je enzimski usmjeren postupak specifičan za mjesto, za razliku od neenzimske hemijske reakcije glikacije. Glikozilacija se također odvija  u citoplazmi i jedru,  kao modifikacija *O*-GlcNAc-a. Aglikozilacija je obilježje konstruiranih antitijela koja zaobilaze glikozilaciju. Proizvodi se pet klasa glikana:
**N*-vezani glikani  za dušik asparagina ili arginina bočnih lanaca. *N*- vezana glikozilacija zahtijeva učešće posebnog lipida zvanog dolikol-fosfat.
**O*-vezani glikani za hidroksil kisik serin, treonin, tirozin, hidroksilizin ili hidroksiprolin bočnim lancima ili na kisike na lipidima kao što je ceramid
* fosfoglikani povezani preko fosfata fosfoserina;
**C*-vezani glikani, rijedak oblik glikozilacije gdje se šećer dodaje ugljiku na triptofanskom bočnom lancu;
* glipiranje, što je dodatak GPI sidra koje proteine povezuje s lipidima, putem glikanskih veza.

## Namjena 
:
1. Ćelijska membrana
2. Kanal blokiran Mg2+ na mjestu blokade (3)
3. Blokada ćrlije pomoću Mg2+
4. Mjesto vezanja spojeva halucinogena
5. Mjesto vezanja za Zn2+
6. Mjesto vezanja za agoniste (glutamat) i / ili antagonističke ligande (APV)
7. Mjesto glikozilacije
8. Protonska mjesta vezanja
9. Mjesta vezanja glicina
10. Mjesto vezanja poliamina
11. Vanćelijski prostor
12. Unutarćelijski prostor
13. Podjedinica kopleksa
14. Glutamat
15. Fosfatne grupe
]]
Glikozilacija je postupak kojim je ugljikohidrat kovalentno vezan za ciljnu makromolekulu, tipski protein i lipid. Ova modifikacija služi raznim funkcijama. Naprimjer, neki se proteini ne savijaju pravilno ako nisu glikozilirani. U drugim slučajevima proteini nisu stabilni ukoliko ne sadrže oligosaharide, povezane na amidni dušik nekih ostataka asparagina. Uticaj glikozilacije na savijanje i stabilnost glikoproteina je dvojak. Prvo, visoko topljivi glikani mogu imati direktan fizičko-hemijski stabilizacijski učinak. Drugo, *N*-povezani glikani posreduju u kritičnoj kontrolnoj tački kontrole kvaliteta u presavijanju glikoproteina u endoplazmatskom retikulumu. Glikozilacija također ima ulogu u adheziji ćelija sa ćelijom (mehanizam koji koriste ćelije imunskog sistema), putem proteini koji vežu šećer, zvani lektini, koji prepoznaju specifični ugljikohidratni dijelovi.  Glikozilacija je važan parametar u optimizaciji mnogih lijekova na bazi glikoproteina, kao što su monoklonska antitijela. Glikozilacija je također osnova  ABO sistema krvnih grupa. Prisustvo ili odsustvo glikoziltransferaze diktira koji je krvnogrupni antigen  predstavljen, a time i koje su specifičnosti antitijela ispoljen. Ova imunska uloga možda je dovela do diverzifikacije heterogenosti glikana i stvara prepreku za zoonozni prenos virusa. Pored toga, glikozilaciju virusi često koriste da bi zaštitili virusni protein od imunskog prepoznavanja. Značajan primjer je gusti glikanski štit omotača šiljka virusa ljudske imunodeficijencije.

Sve u svemu, glikozilaciju treba shvatiti pod vjerovatnim evolucijskim selekcijskim pritiscima,  koji su je oblikovali. U jednom modelu, diverzifikacija se može smatrati isključivo rezultatom endogene funkcionalnosti (kao što je ćelijski promet. Međutim, vjerovatnije je da je diverzifikacija pokrenuta izbjegavanjem mehanizma infekcije patogenima (npr. u rodu *Helicobacter*, vezanjem za terminalne ostatke saharida) i da se tada raznolikost unutar višećelijskog organizma koristi endogeno.

## Raznolikost glikoproteina 
Glikozilacija povećava raznolikost u proteomima, jer se gotovo svaki njen aspekt može modificirati, kao što su:
* Glikozidna veza – mjesto povezivanja glikana;
* Sastav glikana – vrste šećera povezane s datim proteinima;
* Glikanska struktura – mogu biti nerazgranati ili razgranati lanci šećera;
* Dužina glikana – mogu biti oligosaharidi kratkog ili dugog lanca.

## Mehanizmi 
Postoje različiti mehanizmi za glikozilaciju, iako većina ima nekoliko zajedničkih karakteristika: 
* Donorska molekula često je aktivirani nukleotidni šećer.
* Proces je bez šablona (za razliku od transkripcije DNK ili translacije) proteina; umjesto toga, ćelija ima segregirajuće enzime u različitim ćelijskim odjeljcima (npr. endoplazmatski retikulum, cisterne u Golgijevom aparatu). Stoga je glikozilacija specifična za određenu lokaciju.

## Tipovi 
### *N*-vezana glikozilacija 
*N*-vezana glikozilacija je vrlo rasprostranjen oblik glikozilacije i važna je za presavijanje mnogih eukariotskih glikoproteina i za vezanje ćelija&ndash;ćelija i ćelija&ndash;[vanćelijski matriks. Proces *N*-vezane glikozilacije [eukariotiima događa se u u lumenu endoplazmatskog retikuluma i široko u arhejama, ali vrlo rijetko kod  bakterija. Pored njihove funkcije u savijanju proteina i ćelijskom vezanju, * N*-vezani glikani proteina mogu modulirati funkciju proteina, u nekim slučajevima djelujući kao prekidač za uključivanje / isključivanje.

### *O*- vezana glikozilacija 
* O*-vezana glikozilacija je oblik glikozilacije koja se javlja u eukariotima,  u Golgijevom aparatu, ma ali javlja se i kod  Archaea i  bakterija.

### Glikozilacija fosfoserina 
U literaturi,  zabilježeni su  ksiloza–, fukoza–, manoza– i GlcNAc–fosfoserinski glikani. Fukozni i GlcNAc-ni pronađensu samo u *Dictyostelium discoideum*, manozni u *Leishmania mexicana*, a ksilozni u *Trypanosoma cruzi*. Mannozni je nedavno zabilježen kod kičmenjaka, miša, *Mus musculus*, na receptoru lamininskog receptora alfa-distroglikana4  na površini ćelije. Pretpostavlja se da ovaj rijetki nalaz može biti povezan s činjenicom da je alfa-distroglikan visoko konzerviran, od nižih kralježnjaka do sisara.

### *C*-manozilacija 
a u sekvenci]]
Prvom ostatku triptofana u sekvenci dodaje se šećer manoza W&ndash;X&ndash;X&ndash;W (W = triptofan; X =bilo koja aminokiselina). C-C veza nastaje između prvog ugljika alfa–manoze i drugog ugljika triptofana. Međutim, nisu sve sekvence koje imaju ovaj obrazac manozilirane. Utvrđeno je da zapravo postoje samo dvije trećine i jasna prednost da druga aminokiselina bude jedna od polarnih (Ser, Ala, Gly i Thr) kako bi došlo do manozilacije. Nedavno je došlo do napretka u tehnici predviđanja hoće li sekvenca biti mjesto za manodilaciju koji pruža tačnost od 93%, za razliku od tačnosti od 67% ako se samo uzme u obzir WXXW motiv. 
Trombospondini su jedan od proteina koji se najčešće modificiraju na ovaj način. Međutim, postoji još jedna grupa proteina koji prolaze kroz *C*-manozilaciju, tip I citokinskih receptora. *C*– manozilacija je neuobičajena jer je šećer vezan za ugljik, a ne za reaktivni atom kao što su dušik ili kisik. U 2011. godini, utvrđena je prva kristalna struktura proteina koji imaju ovaj  tip glikozilacije – strukture ljudskog komplementa 8. Currently it is established that 18% of human proteins, secreted and transmembrane undergo the process of C-mannosylation.  Brojne studije pokazale su da ovaj proces ima važnu ulogu u lučenju trombospondina tipa 1,  sa  proteinima koji se zadržavaju u endoplazmatskom retikulumu ako nisu podvrgnuti C-manolizaciji. Ovo objašnjava zašto je tip citokinskih receptora, eritropoetinski receptor ostao u endoplazmatskom retikulumu ako nema C-manolacijskih mjesta.

### Formiranje GPI sidra (glipiranje) 
Glipiranje je poseban oblik glikozilacije, koji karakterizira stvaranje GPI-sidra. U ovom tipu glikozilacije protein je vezan za lipidno sidro, putem lanca glikana. (Vidi također prenilacija.)

### Hemijska glikozilacija 
Glikozilacija se također može izvršiti upotrebom alata sintetske organske hemije. Za razliku od biohemijskih procesa, sintetska glikohemija se u velikoj mjeri oslanja na zaštitne grupe (npr 4,6-*O*-benzilidena), kako bi se postigla željena regioselektivnost. Drugi izazov hemijske glikozilacije je stereoselektivnost da svaka glikozidna veza ima dva stereo ishoda, α/β ili *cis*/*trans*. Općenito, α- ili *cis* – glikozid predstavlja veći izazov za sintezu. Razvijeni su  i novi metodi,  zasnovani na učešću rastvarača ili stvaranju bicikličnih sulfonijevih iona kao hiralno-pomoćnih grupa.

### Neenzimska  glikozilacija 
Neenzimatska glikozilacija je takođe poznata i kao glikacija ili neenzimatska glikacija. To je spontana reakcija i tip postranslacijska modifikacija proteina, što znači da mijenja njihovu strukturu i biološku aktivnost. To je kovalentno vezano između karbonilne grupe reducirajućeg šećera (uglavnom glukoze i fruktoze) i aminokiselinakog bočnog lanca proteina. U ovom procesu nije potrebna intervencija enzima. Odvija se preko i blizu vodnih kanala i isturenih tubula.

Isprva reakcija tvori privremene molekule kojr kasnije prolaze kroz različite reakcije (Amadorijevo preuređivanje, reakcije Schiffova baza, Maillardove reakcije, umrežavanje)  i formiraju trajne ostatke poznate kao krajnji proizvodi napredne glikacije (AGE).

AGE se akumuliraju u dugotrajnim vanćelijskim proteinima kao što je kolagen  koji je najglikoviraniji i strukturno najzastupljeniji protein, posebno kod ljudi. Također, neke studije su pokazale da spontanu neenzimsku glikozilaciju može pokrenuti i lizin.

## Deglikozilacija 
Postoje različiti enzimi za uklanjanje glikana iz proteina ili uklanjanje nekog dijela lanca šećera.
* α2-3,6,8,9-Neuraminidaza (iz  *Arthrobacter ureafaciens*): cijepa sve nereducirajuće terminalne razgranate i nerazgranate sijalne kiseline.
* β1,4-galaktozidaza (iz *Streptococcus pneumoniae*): oslobađa samo β1,4-vezani, nereducirani terminal galaktoza iz složenih ugljikohidrata i glikoproteina.
* β–*N*–acetilglukozaminidaza (iz *Streptococcus pneumoniae*): cijepa sve nereducirajuće terminalne β-vezane ostatke N-acetilglukozamina iz složenih ugljikohidrata i glikoproteina.
* *Endo*-α-* N*– acetilgalaktozaminidaza (*O*– glikozidaza iz *Streptococcus pneumoniae*): uklanja *O*–glikozilaciju. Ovaj enzim cijepa serin– ili treonin–nesupstituirani Galβ1,3GalNAc
* PNGase F: cijepa asparagin– vezane oligosaharide, osim ako je α1,3-jezgro fukozilirano.

## Klinički značaj
Postoje tri tipa poremećaja glikozilacije, sortirana prema tipu promjena koje u procesu glikozilacije: urođene promjene, stečene i stečene neenzimske promjene.
* **Kongenitalne promjene**:  Kod ljudi, zabilježeno je  preko 40 kongenitalnih poremećaja glikozilacije (CGD). Mogu se podijeliti u četiri grupee: poremećaji bjelančevina *N*– glikozilacije, poremećaji bjelančevina *O*–glikozilacije, poremećaji glikozilacije lipida i poremećaji drugih puteva glikozilacije višestrukih puteva glikozilacije. Nije poznat nijedan efikasan tretman za bilo koji od ovih poremećaja. Njih 80% utiče na nervni sistem. 
* **Stečene promjene**:  U ovoj drugoj grupi glavni poremećaji su zarazne bolesti, autoimunske bolesti ili rak. U tim slučajevima, promjene u glikozilaciji su uzrok određenih bioloških događaja. Naprimjer, kod reumatoidnog artritisa (RA), tijelo pacijenta proizvodi antitijela protiv enzima limfocita galaktoziltransferaze, koji inhibiraju glikozilaciju IgG. Stoga, promjene u N–glikozilaciji proizvode imunodeficijenciju koja je uključena u ovu bolest. U ovoj drugoj grupi također su i poremećaji uzrokovani mutacijama na enzimima koji kontroliraju glikozilaciju usječenih proteina, kao u poremećaju zvanom Alagilleov sindrom.
***Neenzimske promjene**:  Neenzimski poremećaji su također stečeni, ali  su posljedica nedostatka enzima koji vežu oligosaharide na protein. U ovoj grupi izdvajaju se Alzheimerova bolest i dijabetes.

Sve ove bolesti teško je dijagnosticirati, jer ne utiču samo na jedan organ, već na mnoge od njih i na različite načine. Kao posljedica toga, teško ih je liječiti. Međutim, zahvaljujući velikom napretku postignutom u sekvenciranju nove generacije, naučnici sada mogu bolje razumjeti ove poremećaje i otkrili su nove CDG.

### Efekti na terapijsku efikasnost 
Zabilježeno je da glikozilacija kod sisara može poboljšati terapijsku efikasnost bioterapijama. Naprimjer, poboljšana je terapijska efikasnost rekombinantnih ljudskih interferona gama, izraženih u HEK &nbsp;293, u odnosu na rezistentne ćelijske linije raka jajnika.

## Također pogledajte 
* Hemijska glikozilacija
* Fukozilacija
* Glikacija
* Glikorandomizacija

## Reference 
## Vanjski linkovi 
* GlycoEP  : In silico Platform for Prediction of *N*-, *O*- and *C*-Glycosites in Eukaryotic Protein Sequences PLoS ONE 8(6): e67008
* Online textbook of glycobiology with chapters about glycosylation
* GlyProt: In-silico *N*-glycosylation of proteins on the web
* NetNGlyc: The NetNglyc server predicts *N*-glycosylation sites in human proteins using artificial neural networks that examine the sequence context of Asn-Xaa-Ser/Thr sequons.
* Supplementary Material of the Book "The Sugar Code"
* Additional information on glycosylation and figures 
* 

Kategorija:Posttranslacione modifikacije
Kategorija:Organske reakcije
Kategorija:Ugljikohidrati
Kategorija:Hemija ugljikohidrata
Kategorija:Biohemija
Kategorija:Kongenitalni poremećaji glikozilacije