¿Qué son las glicoproteínas?
Las glicoproteínas, o glucoproteínas, son moléculas formadas por una proteína unida a uno o varios glúcidos, sean simples o compuestos. Están presentes en animales, plantas y microorganismos como bacterias, levaduras y arqueas.
Fueron definidas por primera vez en 1908 por el Comité de Nomenclatura de Proteínas de la Sociedad Americana de Bioquímicos. 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 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 relevantes 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 fundamentales para la célula, ya que pueden conferirles especificidad y participar en procesos de señalización intra e intercelulares, pues son ligandos para receptores endógenos y exógenos.
Las glicoproteínas, y el resto de glicoconjugados, son tan valiosos 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.
Estructura de las glicoproteínas
La estructura de las glicoproteínas se estudia sobre la base de su secuencia aminoacídica, de los sitios de glicosilación dentro de la secuencia y de 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 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 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 asparragina, 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 distinta, puesto que la estructura completa incluye no solo los residuos aminoacídicos y sus arreglos espaciales, sino también los oligosacáridos unidos a estos.
Entre los residuos de azúcares encontrados 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.
Funciones de las glicoproteínas
- Estructurales. 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, la capa más externa de la cubierta celular. 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, caracterizadas por complejos patrones de glicosilación, y pueden hallarse como parte de la estructura de la pared celular o en la matriz extracelular.
- Reconocimiento celular. 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 es el caso del reconocimiento entre el óvulo y el espermatozoide, necesario para que se dé el fenómeno de la fecundación en los organismos pluricelulares con reproducción sexual. Los anticuerpos y muchas hormonas también son glicoproteínas, y sus funciones son primordiales para la señalización y defensa del cuerpo.
- Adhesión celular. Las células T del sistema inmune de los mamíferos poseen una glicoproteína con dominios de adhesión conocida como CD2, 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 con funciones patogénicas importantes para muchos mamíferos, 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. Es el caso de la proteína GP120 del 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.
- Glicoproteínas como blancos terapéuticos. 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 para el diseño de métodos de diagnóstico, terapias de nueva generación e incluso para vacunas.
Clases de glicoproteínas
La clasificación de las glicoproteínas 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:
- Proteoglicanos, una subclase dentro del grupo de las glicoproteínas que contiene, en la porción carbohidratada, polisacáridos compuestos principalmente por aminoazúcares (glucosaminoglucanos).
- Glicopéptidos, moléculas compuestas por carbohidratos unidos a oligopéptidos formados por aminoácidos en sus conformaciones L y/o D.
- Gluco aminoácidos, aminoácidos unidos a un sacárido a través de cualquier tipo de enlace covalente.
- Glicosil aminoácidos, aminoácidos unidos a una porción sacárida a través de enlaces O-, N-, o S-glicosídicos.
En la nomenclatura de estas proteínas 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.
Ejemplos de glicoproteínas
- Glicoforina A: es una proteína integral de la membrana de los eritrocitos (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.
- Inmunoglobulinas: la mayor parte de las proteínas de la sangre son glicoproteínas, y en este grupo se incluyen las inmunoglobulinas y muchas hormonas.
- Lactoalbúmina: proteína presente en la leche.
- Lectinas: proteínas de unión a carbohidratos y por ello tienen múltiples funciones en el reconocimiento.
- Hormonas animales: hay que destacar muchas hormonas animales que son glucoproteínas, entre las que se puede mencionar la lutropina (LH), folitropina (FSH) y la tirotropina (TSH), sintetizadas en la glándula pituitaria anterior, y la gonadotropina coriónica, 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.
- 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.
- Extensinas: proteínas vegetales que consisten en una red de glicoproteínas insolubles 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.
- Lectinas vegetales: un ejemplo especial son las lectinas de patata, que aparentemente tienen la capacidad de aglutinar células sanguíneas como los eritrocitos.
- Mucinas: glicoproteínas secretadas en las mucosas y forman parte de la saliva en los animales, cumpliendo funciones de lubricación y señalización, principalmente.
Referencias
- Montreuil, J., Vliegenthart, J., & Schachter, H. Glycoproteins. Elsevier.
- Nelson, D. L., & Cox, M. M. Lehninger Principios de Bioquímica. Ediciones Omega (5th ed.).
- Struwe, W., & Cosgrave, E. Functional and Structural Proteomics of Glycoproteins. Springer.
- Voet, D., & Voet, J. Bioquímica (3th ed.). Editorial Médica Panamericana.
- Wittman, V. Glycopeptides and Glycoproteins. Synthesis, Structure, and Application. Springer Science + Business Media, LLC.