Пост-транслационни модификации: какви са те и как са свързани с болестта

Протеините са макромолекулите на живота. Те представляват 80% от дехидратираната протоплазма на цялата клетка и образуват около 50% от сухото тегло на всички наши тъкани, така че растежът, биосинтезата и възстановяването на тъканите са напълно зависими от тях.

Аминокиселината е основната единица на протеина, тъй като чрез последователни пептидни връзки тези молекули пораждат протеиновите вериги, които познаваме от уроците по биология. Аминокиселините се състоят от въглерод (C), кислород (O), азот (N) и водород (H), 4 от 5-те биоелемента, които съставляват 96% от клетъчната маса на Земята. За да ви дадем представа, имаме 550 гигатона органичен въглерод на планетата, 80% от които идват от растителната материя, която ни заобикаля.

Процесът на протеинов синтез в клетката е сложен танц между ДНК, РНК, ензими и вериги за сглобяване. В тази възможност, Ще ви разкажем някои общи движения на четката за образуване на протеини на клетъчно ниво, със специален акцент върху пост-транслационните модификации.

• Свързана статия: "20-те вида протеини и техните функции в тялото"

Основата на протеиновия синтез в клетката

На първо място, трябва да поставим определени основи. Човешкото същество има своята генетична информация в ядрото (без да се брои митохондриалната ДНК) и това има някои кодиращи последователности за протеини или РНК, наречени гени. Благодарение на проекта „Човешки геном“ знаем, че нашият вид има около 20 000-25 000 кодиращи гени, което представлява само 1,5% от общата ДНК в тялото ни.

ДНК се състои от нуклеотиди, които са от 4 вида, в зависимост от азотната база, която те представят: аденин (А), гуанин (G), цитозин (С) и тимин (Т). Всяка аминокиселина е кодирана от триплет нуклеотиди, които са известни като „кодони“. Даваме ви примера с няколко тройки:

GCU, GCC, GCA, GCG

Всички тези триплети или кодони кодират взаимозаменяемо аминокиселината аланин. Във всеки случай те не идват директно от гени, а по-скоро са РНК сегменти, които се получават от транскрипцията на ядрена ДНК. Ако знаете за генетиката, може би сте забелязали, че един от кодоните има урацил (U), аналогът на тимина (T) на РНК.

Така че, По време на транскрипцията от информацията, присъстваща в гените, се образува пратеник РНК и тя пътува извън ядрото, до рибозомите, които се намират в цитоплазмата на клетката.. Тук рибозомите „четат“ различните кодони и ги „превеждат“ във вериги от аминокиселини, които се пренасят една по една от трансферната РНК. Даваме ви още един пример:

GCU-UUU-UCA-CGU

Всеки от тези 4 кодона кодира съответно аминокиселините аланин, фенилаланин, серин и аргинин. Този теоретичен пример би бил тетрапептид (олигопептид), тъй като за да бъде обикновен протеин, той трябва да съдържа поне 100 от тези аминокиселини. Във всеки случай това обяснение обхваща най-общо процесите на транскрипция и транслация, които пораждат протеини в клетките.

• Може да се интересувате от: „Най-важните клетъчни части и органели: общ преглед“

Какво представляват пост-транслационните модификации?

Пост-транслационни модификации (PTM) се отнасят до химичните промени, на които се подлагат протеините, след като са синтезирани в рибозомите. Транскрипцията и транслацията пораждат пропептиди, които трябва да бъдат модифицирани, за да постигнат в крайна сметка истинската функционалност на протеиновия агент. Тези промени могат да се осъществят чрез ензимни или не-ензимни механизми.

Една от най-често срещаните модификации след транслацията е добавянето на функционална група. В следващия списък ще ви дадем няколко примера за това биохимично събитие.

• Ацилиране: състои се от добавяне на ацилова група. Съединението, което дарява тази група, е известно като "ацилираща група". Аспиринът, например, идва от процес на ацилиране.
• Фосфорилиране: състои се от добавяне на фосфатна група. Това е пост-транслационната модификация, която е свързана с трансфера на енергия на клетъчно ниво.
• Метилиране: добавете метилова група. Това е епигенетичен процес, тъй като метилирането на ДНК предотвратява транскрипцията на определени целеви гени.
• Хидроксилиране: добавяне на хидроксилна група (OH). Добавянето на хидроксилната група към пролина например е съществена стъпка за образуването на колаген в живите същества.
• Нитрация: добавяне на нитро група.

Има много повече механизми за добавяне на функционални групи, тъй като също са регистрирани нитрозилиране, гликозилиране, гликиране или пренилиране.. От образуването на лекарства до синтеза на биологични тъкани, всички тези процеси са от съществено значение за оцеляването на нашия вид, по един или друг начин.

Както казахме по-рано, човешкият геном съдържа 25 000 гена, но човешкият протеом съдържа нашият вид (общото количество протеини, експресирани в клетка) е около един милион протеинови единици. В допълнение към сплайсирането на информационната РНК, пост-транслационните модификации са в основата на протеиновото разнообразие при хората, тъй като те са способни да добавят малки молекули чрез ковалентни връзки, които напълно променят функционалността на полипептида.

В допълнение към добавянето на специфични групи, има и модификации, които свързват протеините заедно. Пример за това е сумоилирането, което добавя миниатюрен протеин (малък модификатор, свързан с убиквитин, SUMO) към целевите протеини. Разграждането на протеините и локализирането на ядрената система са някои от ефектите на този процес.

Друг важен добавъчен посттранслационен механизъм е убиквитинацията, която, както подсказва името му, добавя убиквитин към целевия протеин. Една от многобройните функции на този процес е да насочва рециклирането на протеини, тъй като убиквитинът се свързва с полипептиди, които трябва да бъдат унищожени.

Днес, са открити около 200 различни пост-транслационни модификации, които засягат много аспекти на клетъчната функционалност, сред които са механизми като метаболизъм, предаване на сигнала и самата стабилност на протеина. Повече от 60% от протеиновите участъци в резултат на пост-транслационни модификации са свързани с област на протеина, която взаимодейства директно с други молекули, или това, което е същото, неговия център активен.

• Може да се интересувате от: „Превод на ДНК: какво е това и какви са неговите фази“

Пост-транслационни модификации и патологични картини

Познаването на тези механизми само по себе си е богатство за обществото, но нещата стават още повече интересно, когато открихме, че пост-транслационните модификации също имат полезност в областта лекар.

Протеини, които имат в себе си последователността CAAX, цистеин (C) - алифатен остатък (A) - алифатен остатък (A) - всеки аминокиселините (X), са част от много молекули с ядрени пластини, са от съществено значение при различни регулаторни процеси и освен това Те присъстват и на повърхността на цитоплазматичните мембрани (бариерата, която ограничава вътрешността на клетката на Външно). Последователността CAAX исторически се свързва с развитието на заболявания, тъй като управлява пост-транслационните модификации на протеините, които я представят.

Както посочва Европейската комисия в статията CAAX Protein Processing in Human DIsease: From Cancer to Progeria, днес се опитва да използва като терапевтични цели за рак и прогерия ензимите, които обработват протеините с последователността CAAX. Резултатите са твърде сложни на молекулярно ниво, за да се опишат в това пространство, но фактът, че са Използването на пост-транслационни модификации като обект на изследване при заболявания показва своята яснота значение.

Продължи

От всички данни, представени в тези редове, искаме да подчертаем една от особено значение: Човешките същества имат около 25 000 различни гена в нашия геном, но клетъчният протеом възлиза на милион протеини. Тази цифра е възможна благодарение на пост-транслационни модификации, които добавят функционални групи и свързват протеини между тях, за да придадат специфичност на макромолекулата.

Ако искаме да запазите централна идея, това е следното: ДНК се транскрибира в информационна РНК, която преминава от ядрото към клетъчната цитоплазма. Тук той се превежда в протеина (от който съхранява своите инструкции под формата на кодони), с помощта на трансферна РНК и рибозоми. След този сложен процес се извършват пост-транслационни модификации, за да се даде на протопептида неговата окончателна функционалност.

Библиографски справки:

• Йенсен, О. Н. (2004). Специфична за модификация протеомика: характеризиране на пост-транслационни модификации чрез масова спектрометрия. Настоящо становище по химична биология, 8 (1), 33-41.
• Кришна, Р. G., & Wold, F. (1993). Пост-транслационни модификации на протеини. Методи за анализ на протеинова последователност, 167-172.
• Ман, М. и Йенсен, О. Н. (2003). Протеомичен анализ на пост-транслационни модификации. Природна биотехнология, 21 (3), 255-261.
• Скот, И., Ямаучи, М., и Срихолпеч, М. (2012). Лизин пост-транслационни модификации на колаген. Есета по биохимия, 52, 113-133.
• Seet, B. Т., Дикич, И., Джоу, М. М., & Pawson, T. (2006). Четене на модификации на протеини с домейни на взаимодействие. Nature прегледи Молекулярно-клетъчна биология, 7 (7), 473-483.
• Seo, J. W., & Lee, K. J. (2004). Пост-транслационни модификации и техните биологични функции: протеомичен анализ и систематични подходи. Доклади на BMB, 37 (1), 35-44.
• Снайдер, Н. T., & Omary, M. Б. (2014). Пост-транслационни модификации на междинни нишковидни протеини: механизми и функции. Nature прегледи Молекулярно-клетъчна биология, 15 (3), 163-177.
• Вестерман, С. и Вебер, К. (2003). Пост-транслационните модификации регулират функцията на микротубулите. Nature прегледи Молекулярно-клетъчна биология, 4 (12), 938-948.