Interaktion mellan protein och kolhydrater

Kolhydrat-protein-interaktioner är intermolekylära och intramolekylära interaktioner mellan protein- och kolhydratgrupper. Dessa interaktioner utgör grunden för specifik igenkänning av kolhydrater av lektiner. Kolhydrater är viktiga biopolymerer och har en mängd olika funktioner. Ofta tjänar kolhydrater en funktion som ett igenkänningselement. Det vill säga att de är specifikt igenkända av andra biomolekyler. Proteiner som binder kolhydratstrukturer kallas lektiner . Jämfört med studiet av protein–protein och protein–DNA-interaktion, är det relativt nyligen som forskare lär känna protein–kolhydratbindningen.

Många av dessa interaktioner involverade kolhydrater som finns på cellytan, som en del av ett membranglykoprotein eller glykolipid . Dessa interaktioner kan spela en roll i cellulär adhesion och andra cellulära igenkänningshändelser. Intramolekylära kolhydrat-proteininteraktioner hänvisar till interaktioner mellan glykan- och polypeptidgrupper i glykoproteiner eller de glykosylerade proteinerna .

Klassificering

Generellt finns det två typer av proteinkolhydratbindning som är viktiga i biologiska processer: lektin och antikropp.

Lektin

Lektin är ett slags protein som kan binda till kolhydrater med sina kolhydratigenkänningsdomäner (CRDs). Vi skulle kunna använda olika CRD för att klassificera dem.

C-typ

Ca ²⁺ krävs för att aktivera bindningen. Ca ²⁺ binder till proteinet och kolhydraten genom icke-kovalent bindning. Mannosbindande protein (MBP) innehåller CRD av C-typ.

P-typ

Två typer mannos-6-fosfat kan känna igen fosforylerad sackarid. Den ena är katjonberoende och den andra kräver inte katjon för att aktiveras.

Jag skriver

lektin av I-typ namngiven från den immunglobulinliknande domänen. Sialoadhesin är ett lektin av I-typ, som binder specifikt till sialinsyra.

Antikropp

De flesta antikroppar har liknande struktur förutom den hypervariabla regionen som kallas antigenbindningsstället. Denna region utgörs av kombinationen av olika aminosyror. När antigenet är ett slags kolhydrat ( polysackarid ), kan bindningen betraktas som en protein-kolhydratinteraktion.

Biologisk funktion

Protein-kolhydratinteraktioner spelar en viktig roll för biologisk funktion.

Cellvidhäftning
Signaltransduktion
Värd-patogenigenkänning
Inflammation
Stabilisering av proteinstruktur

Studiemetoder

Röntgenkristallografi

Precis som andra organiska molekylstudier är röntgenkristallografi ett mycket användbart verktyg för att känna till detaljerad information om interaktionen mellan kolhydrater och protein.

NMR-studie

Genom att använda titrering, NOESY ( N uclear O verhauser E ffect S pectroscop Y ), CIDNP-experiment, kan specificiteten och affiniteten för bindning, associationskonstanter och termodynamiska jämviktsparametrar för kolhydrat-proteinbindning studeras.

Molekylär modellering

I många fall krävs konformationsinformation, men ibland går den inte att få direkt från experimenten. Så den kunskapsbaserade modellbyggande metoden används.

Fluorescensspektrometri

Fluorescensspektrometri är ett användbart verktyg och har sina fördelar: ingen procedur för separation och många sätt att få fluoroforkälla: det finns några aminosyror och ligander som har fluorofor efter att de aktiverats.

Dubbel polarisationsinterferometri

Dubbelpolarisationsinterferometri är en etikettfri analytisk teknik för att mäta interaktioner och associerade konformationsförändringar .

Framsteg i studiet av protein-kolhydratbindning

Microarray-baserad studie av metall nanopartikelsonder

Nyligen rapporterades studier med användning av nanopartikelsonder av metall för att detektera kolhydrat-proteininteraktioner. Användning av guld och silver nanopartikelsonder vid resonant ljusspridning (RLS) ger särskilt hög känslighet. Zhenxin Wang och medarbetare tillämpade samma princip denna metod för att upptäcka interaktionen mellan kolhydrater och protein.

Kolhydratbiosensor

Eftersom Lektin starkt kan binda till specifika kolhydrater, utvecklar forskare flera lektinbaserade kolhydratbiosensorer. Designat lektin innehåller specifika grupper som kan detekteras med analytisk metod.

Isotermisk titreringskalorimetri