Glicoproteínas: estructura, funciones, clases y ejemplos
Las glicoproteínas o glucoproteínas son proteínas transmembranales que forman parte de la gran familia de glicoconjugados de membrana y están presentes en animales, plantas y microorganismos como bacterias, levaduras y arqueas.
Fueron definidas por primera vez en el año 1908 por el Comité de Nomenclatura de Proteínas de la Sociedad Americana de Bioquímicos y son el resultado de la unión glicosídica de una proteína con una porción carbohidratada denominada glucano.
Son proteínas particularmente abundantes en la superficie de la membrana plasmática de muchas células y constituyen parte importante de la capa de carbohidratos que recubre a las mismas y que en muchos casos se denomina glucocálix.
Las proteínas precursoras de las glucoproteínas son modificadas covalentemente en el retículo endoplasmático y el complejo de Golgi de muchos eucariotas después de su traducción, aunque también se dan casos de glicosilación en el citosol, pero son menos comunes y se dan con un solo tipo de azúcar.
La glicosilación de proteínas muchas veces tiene efectos funcionales importantes en su actividad, ya que puede participar en el plegamiento y, por ende, en el establecimiento de su estructura terciaria.
Los glucanos tienen múltiples funciones biológicamente importantes para la célula, ya que pueden conferir especificidad a las células y participar en procesos de señalización intra e intercelulares, ya que son ligandos para receptores endógenos y exógenos.
Las glicoproteínas, así como el resto de glicoconjugados, son tan importantes que una célula dedica hasta 1% de su genoma a la maquinaria de glicosilación y, en los humanos, más del 70% de las proteínas están modificadas por glicosilación.
Índice del artículo
La estructura de las glicoproteínas se estudia en base a su secuencia aminoacídica, a los sitios de glicosilación dentro de la secuencia y a las estructuras de las porciones glucanos que se unen en dichos lugares.
Las cadenas de oligosacáridos que se unen por glicosilación a estas proteínas por lo general son muy diversas, pero son cortas, ya que no superan los 15 residuos de azúcares. Algunas proteínas poseen una sola cadena oligosacárida, pero otras pueden tener más de una y estas pueden ser ramificadas.
La unión entre oligosacáridos y proteínas ocurre a través del carbono anomérico del carbohidrato y el grupo hidroxilo (-OH) de un residuo de serina o treonina, en el caso de la O-glicosilación, o a través del nitrógeno amida de un residuo de asparagina, en el caso de la N-glicosilación.
Los carbohidratos así unidos pueden representar hasta el 70% del peso molecular de una glicoproteína y las características de la porción carbohidratada (tamaño y carga, por ejemplo) pueden proteger algunas proteínas frente a la proteólisis enzimática.
Una misma proteína puede tener, en tejidos distintos, patrones de glicosilación diferentes que la convierten en una glicoproteína diferente, puesto que la estructura completa incluye no solo a los residuos aminoacídicos y a sus arreglos espaciales, sino también a los oligosacáridos unidos a estos.
Entre los residuos de azúcares que se encuentran reiteradamente en las glucoproteínas se encuentran: D-galactosa, D-manosa, D-glucosa, L-fucosa, D-xilosa, L-arabinofuranosa, N-acetil-D-glucosamina, N-acetil-D-galactosamina, algunos ácidos siálicos y modificaciones de todos estos.
Desde el punto de vista estructural, las glicoproteínas proporcionan cadenas de carbohidratos que participan en la protección y lubricación de las células, ya que estas son capaces de hidratarse y formar una sustancia viscosa que resiste agresiones mecánicas y químicas.
En bacterias y arqueas también se encuentran algunas glucoproteínas y estas son importantes componentes de la capa S, que es la capa más externa de la cubierta celular.
Además, también se encuentran como constituyentes de las proteínas flagelinas, que forman parte de los filamentos flagelares que emplean como órganos locomotores.
Las plantas también poseen glicoproteínas estructurales que se caracterizan por complejos patrones de glicosilación y que pueden hallarse como parte de la estructura de la pared celular o en la matriz extracelular.
Las glicoproteínas ejercen funciones trascendentales como sitios de reconocimiento entre células, puesto que muchos receptores en la superficie celular son capaces de reconocer secuencias específicas de oligosacáridos.
Ejemplo de los reconocimientos intercelulares que ocurren por medio de las cadenas de oligosacáridos en la superficie celular es el caso del reconocimiento entre el óvulo y el espermatozoide, necesarios para que se dé el fenómeno de la fecundación en los organismos pluricelulares con reproducción sexual.
Los grupo sanguíneos en los humanos están determinados por la identidad de los azúcares unidos a las glicoproteínas que los especifican. Los anticuerpos y muchas hormonas también son glicoproteínas y sus funciones son primordiales para la señalización y defensa del cuerpo.
Las células T del sistema inmune de los mamíferos poseen una glicoproteína con dominios de adhesión conocida como CD2, que es un componente clave para la estimulación inmunológica puesto que media la unión entre el linfocito y las células presentadoras de antígeno a través de su receptor, la glicoproteína CD58.
Algunos virus que tienen funciones patogénicas importantes para muchos mamíferos, y entre ellos los seres humanos, poseen glicoproteínas de superficie que funcionan en los procesos de adhesión de la partícula viral a las células que parasitan.
Tal es el caso de la proteína GP120 del Virus Humano de Inmunodeficiencia Adquirida o VIH, que interactúa con una proteína superficial de las células humanas conocida como GP41 y que colabora con la entrada del virus a la célula.
De la misma forma, muchas proteínas glicosiladas participan en importantes procesos de adhesión celular que tienen lugar en la vida corriente de las células presentes en muchos tejidos de los organismos pluricelulares.
Estos complejos proteína-carbohidrato son los blancos preferidos por muchos patógenos como parásitos y virus, y muchas glicoproteínas con patrones de glicosilación aberrantes tienen funciones determinantes en enfermedades autoinmunes y cánceres.
Por estas razones, diversos investigadores se han dado a la tarea de plantear estas proteínas como posibles blancos terapéuticos y para el diseño de métodos de diagnóstico, terapias de nueva generación e incluso para el diseño de vacunas.
La clasificación de las glucoproteínas se basa principalmente en la naturaleza del enlace glicosídico que une las porciones proteicas y carbohidratadas y en las características de los glucanos unidos.
De acuerdo a los residuos azucarados, pueden tenerse glucoproteínas con monosacáridos, disacáridos, oligosacáridos, polisacáridos y derivados de estos. Algunos autores consideran una clasificación de glicoproteínas en:
– Los proteoglicanos, que son una subclase dentro del grupo de las glicoproteínas que contiene, en la porción carbohidratada, polisacáridos compuestos principalmente por aminoazúcares (glucosaminoglucanos).
– Los glicopéptidos, que son moléculas compuestas por carbohidratos unidos a oligopéptidos formados por aminoácidos en sus conformaciones L y/o D.
– Los gluco aminoácidos, que son aminoácidos unidos a un sacárido a través de cualquier tipo de enlace covalente.
– Los glicosil aminoácidos, que son aminoácidos unidos a una porción sacárida a través de enlaces O-, N-, o S-glicosídicos.
En la nomenclatura de estas proteínas así unidas a carbohidratos se emplean los prefijos O-, N- y S- para especificar a través de qué enlaces se unen los azúcares a la cadena polipeptídica.
– La glicoforina A es una de las glicoproteínas mejor estudiadas: es una proteína integral de la membrana de los eritrocitos (células o glóbulos rojos de la sangre) y tiene 15 cadenas de oligosacáridos unidas covalentemente a los residuos aminoacídicos de la región N-terminal a través de enlaces O-glicosídicos y una cadena unida por un enlace N-glicosídico.
– La mayor parte de las proteínas de la sangre son glicoproteínas y en este grupo se incluyen las inmunoglobulinas y muchas hormonas.
– La lactoalbúmina, una proteína presente en la leche es glicosilada, así como muchas proteínas pancreáticas y lisosomales.
– Las lectinas son proteínas de unión a carbohidratos y por ellos tienen múltiples funciones en el reconocimiento.
– Hay que destacar, también, a muchas hormonas animales que son glucoproteínas; entre estas se puede hacer mención de la lutropina (LH), folitropina (FSH) y la tirotropina (TSH), que son sintetizadas en la glándula pituitaria anterior, y la gonadotropina coriónica que es producida en la placenta de los humanos, los primates y los equinos.
Estas hormonas tienen funciones reproductivas ya que la LH estimula la esteroidogénesis en los ovarios y las células testiculares de Leydig.
– El colágeno, abundante proteína presente prioritariamente en los tejidos conectivos de los animales, representa una enorme familia de glicoproteínas compuesta por más de 15 tipos de proteínas que, aunque tienen muchas características en común, son bastante diferentes.
Estas proteínas contienen porciones “no-colagénicas”, algunas de las cuales están formadas por carbohidratos.
– Las extensinas son proteínas vegetales que consisten en una red de glicoproteínas insolubles que son ricas en residuos de hidroxiprolinas y serinas. Se encuentran en la pared de las células vegetales y se piensa que ejercen funciones en la defensa frente a diferentes tipos de estrés y patógenos.
– Las plantas también poseen proteínas tipo lectinas y un ejemplo especial de estas son las lectinas de patata, que aparentemente tienen la capacidad de aglutinar células sanguíneas como los eritrocitos.
– Por último, pero no menos importante pueden nombrarse las mucinas, que son glicoproteínas secretadas en las mucosas y forman parte de la saliva en los animales, cumpliendo funciones de lubricación y señalización, principalmente.
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