グリコシル化
グリコシル化 (Glycosylation)は、タンパク質もしくは脂質へ糖類が付加する反応である。糖鎖付加（とうさふか）とも言う。この反応は、細胞膜の合成やタンパク質分泌における翻訳後修飾の重要な過程の1つであり、こういった合成の大部分は粗面小胞体で行われる。グリコシル化は、非酵素的糖化反応であるメイラード反応とは対照的に酵素によって管理されている。
グリコシル化にはN-結合型グリコシル化とO-結合型グリコシル化の2つのタイプが存在する。アスパラギン側鎖のアミドのN原子への付加はN-結合型グリコシル化、セリンとトレオニン側鎖のヒドロキシ基のO原子への付加はO-結合型グリコシル化である。
役割
多糖類鎖は様々な機能を標的のタンパク質へ結びつける。たとえば、いくつかのタンパク質は最初にグリコシル化されない限り正確に折りたたまれない。また、多糖類がアスパラギンのアミドに結合されることによってタンパク質に安定性を与え、いくつかの糖タンパク質を分泌する。実験では、グリコシル化は適切な折りたたみの厳格な必要条件ではないが、グリコシル化しないタンパク質は敏速に退化することが証明されている。グリコシル化は細胞間の接着のような役割も持つ。
O-N-アセチルガラクトサミン (O-GalNAc)
O-結合型グリコシル化は、タンパク質処理の間の後期段階にゴルジ体で起こる。これは、UDP-N-アセチル-D-ガラクトサミン：ポリペプチド N-アシルガラクトサミニルトランスフェラーゼ(EC 2.4.1.41)によるセリンまたはトレオニン残基へのN-アセチルガラクトサミンの付加反応で、他の炭水化物（例えばガラクトースやシアル酸）がその次に続く。この過程は、始めに非グリコシル化されたプロテオグリカン核タンパク質へのグリコサミノグリカン鎖(GAG)の付加を必然的に含むプロテオグリカンのようなタンパク質の型にとって重要である。それらの付加は、通常はセリンO-糖タンパク質で、それは2つの主な機能のうち1つの機能を持つと考えられている。1つの機能は細胞外マトリックスの構成を形成するための分泌作用で必然的に含み、プロテオグリカンの大きな糖の複合体間の相互作用で細胞同士を付着させる。その他の機能は、粘膜の分泌作用を構成する動作で、それは炭水化物が高濃度になった物で「ねばねば」とした粘液を与える。血中で循環するタンパク質は、イムノグロブリンAとイムノグロブリンDの2つの抗体とC1インヒビターの例外を除いて正常にO-グリコシル化はしない。
O-フコース
O-フコースは、ノッチタンパク質のEGF様反復配列(EGF-like repeats)のコンセンサス配列が-C₂-X-X-G-G-S/T-C₃-の場所に付加する。C₂とC₃はそれぞれ2番目と3番目に保存されたシステインで、Gはグリシン、S/TはO-フコースが結合するセリン/トレオニン、Xは任意のアミノ酸である。この反応は、GDP-フコースタンパク質O-フコシルトランスフェラーゼ1(POFUT1)及びGDP-フコースタンパク質O-フコシルトランスフェラーゼ2(POFUT2)の2つの酵素で行われる。O-フコースには順番にN-アセチルグルコサミン(GlcNAc)、ガラクトース、シアル酸の3つの単糖が結合し、トロンボスポンジン反復配列では、グルコースが1つ付加する。2種類のフコシルトランスフェラーゼは小胞体に配置されており、グリコシルトランスフェラーゼはゴルジ体に配置されている。
O-グルコース
O-グルコースは、ノッチタンパク質のEGF様反復配列(EGF-like repeats)のコンセンサス配列が-C₁-X-S-X-P-C₂-の場所に付加する。C₁とC₂はそれぞれ1番目と2番目に保存されたシステインで、SはO-グルコースが付加するセリン、Pはプロリン、Xは任意のアミノ酸である。また、O-グルコースにはα1,3結合で1～2個のキシロースが結合している。
O-N-アセチルグルコサミン (O-GlcNAc)
O-GlcNAcは、O-GlcNAcトランスフェラーゼによってセリンまたはトレオニンへ付加される。O-GlcNAcはセリンとトレオニンに生じるが、同時にセリン/トレオニンにはリン酸化も起こる。つまり、もしセリン/トレオニンにリン酸化が起こるとO-GlcNAc修飾は生じず、逆にO-GlcNAcが現れるとリン酸化は起こらない。リン酸化とO-GlcNAcは拮抗関係にあると言える。これはリン酸化/脱リン酸化が細胞内シグナルの調節になるため自然科学上のパラダイムとなる非常に重要な発見である。現在、癌の調査がリン酸化に焦点を向けられ研究が進められている。また、O-GlcNAcの付加と除去は糖尿病の発症において、重要な調整機構である。
GPIアンカー
グリコシル化の特殊構造はGPIアンカー（グリコホスファチジルイノシトール）という。グリコシル化のこの構造にはグリカンを介在にして疎水性の脂質をタンパク質に繋ぎ止める働きをもつ。（プレニル化を参照）
C-マンノシル化
マンノースは、トロンボスポンジン(TSP)タンパク質のトリプトファン残基へ付加する。糖が窒素または酸素のような反応しやすい原子ではなく炭素へ結合し、アスパラギン/セリン/トレオニンではなくトリプトファン残基に結合するためこれは例外的な修飾である。