266: 寡糖转移酶(Oligosaccharyltransferase)
几乎所有的活细胞都被一层复杂的碳水化合物(carbohydrate)包裹着。它们是由几种类型的单糖以无数不同的方式连接在一起。这种碳水化合物涂层在细胞的生活中起着许多重要作用。这种糖衣扮演着各种角色,对细胞生命很重要。例如,在一些结构中,碳水化合物是笨重的,形成一个保护罩,控制进入细胞表面。分泌蛋白,如血清蛋白,常常被糖基化(glycosylated),这增加了它们的可溶性和稳定性。糖类也有几种不同的形状和大小,每个生物体通常有自己的糖类群,具有不同的特征。ABO血型是一个熟悉的例子。我们自己的细胞表面糖基化的个人变化,以及在医疗方面,如输血,我们必须避免使用那些与我们自己的糖基化模式不同。
糖基化蛋白
糖类最常通过两种方法与蛋白质结合:通过与丝氨酸(serine)或苏氨酸(threonine)的氧原子结合(O-糖基化,O-glycosylation)或与天冬酰胺(asparagine)的氮结合(N-糖基化,N-glycosylation)。N-糖基化反应是由寡糖转移酶(oligosaccharyltransferase)进行的。 我们的细胞制造这种酶的两种类似形式~OST-A(这里显示的PDB条目6s7o)和OST-B(PDB条目6s7t,这里没有显示)。首先,一组不同的酶在一个由脂质制成的标尺上逐一建立糖类。第二,寡糖转移酶,顾名思义,将糖链从脂质转移到蛋白质上的天冬酰胺。在我们的细胞中,这种转移发生在内质网中,糖链在内质网和高尔基体(Golgi body)中被其他酶进一步修改和排列。 由此产生的糖蛋白要么被运输到细胞表面,要么被排出细胞外。
病毒和糖类
我们与病毒不断地进行拔河,围绕着糖基化的蛋白质进行斗争。然而,病毒已经进化到可以躲避这种保护。例如,流感病毒使用血球凝集素(hemagglutinin)分子来识别细胞表面的碳水化合物,并在感染期间使用它们。免疫系统也被卷入这场战斗。内在的免疫系统(intrinsic immune system)可以识别病原体表面不熟悉的碳水化合物。但威胁生命的病毒,如人類免疫缺陷病毒(Human Immunodeficiency Virus,HIV)和SARS冠狀病毒2型。它们用类似人类的碳水化合物包裹自己,以帮助它们逃避我们的免疫系统。
行动中的OST-A
寡糖转移酶A与蛋白质合成机器一起工作,在制造蛋白质时添加糖链。这里显示的结构(PDB条目6fti)代表了转移反应后过程中的一个步骤。核糖体(ribosome)构建蛋白质链,通过蛋白质传导通道Sec61将其运送到内质网。寡糖转移酶在适当的天冬酰胺位点向新的蛋白质链添加糖链。该酶识别蛋白质序列中的一个特征模式,并在天冬酰胺上添加一个糖链,其中糖链上的两个后面氨基酸是丝氨酸或苏氨酸,而不是旁边的脯氨酸。
探索结构
要切换到有互动控制的页面,请点击图表下方的按钮。如果加载没有开始,请尝试点击图表。
通过观察一个更简单的细菌寡糖转移酶(PDB条目5ogl),我们可以看到碳水化合物转移反应的细节。碳水化合物通过焦磷酸(pyrophosphate)附着在脂质上,使碳水化合物活化,进行化学反应。需要附近的二价金属离子来结合分子并催化它们之间的反应。点击图片下方的按钮,切换到可操作的互动图片,以更详细地查看这个结构。
进一步的讨论议题
- 要找到N-糖基化的蛋白质,请使用 RCSB PDB高级搜索并选择结构属性->糖基化位置->N-糖基化。
- 要了解更多关于碳水化合物以及如何在PDB档案中探索它们,请看RCSB PDB PDB-101页面 探索PDB中的碳水化合物档案。
参考文献
- 6s7o 2019 Cryo-electron microscopy structures of human oligosaccharyltransferase complexes OST-A and OST-B. Science 366 1372-1375
- 6fti 2018 Structural basis for coupling protein transport and N-glycosylation at the mammalian endoplasmic reticulum. Science 360 215-219
- 6ogl 2017 Molecular basis of lipid-linked oligosaccharide recognition and processing by bacterial oligosaccharyltransferase. Nat Struct Mol Biol 24 1100-1106
- 2017 Biological roles of glycans. Glycobiology 27 3-49
- 2006 Glycosylation in cellular mechanisms of health and disease. Cell 126 855-867