Posttranslační úpravy: co to je a jak jsou spojeny s onemocněním

Bílkoviny jsou makromolekuly života. Představují 80% dehydratované protoplazmy celé buňky a tvoří asi 50% sušiny všechny naše tkáně, takže růst tkáně, biosyntéza a oprava jsou na nich zcela závislé.

Aminokyselina je základní jednotkou proteinu, protože díky následným peptidovým vazbám tyto molekuly dávají vzniknout proteinovým řetězcům, které známe z biologických lekcí. Aminokyseliny jsou tvořeny uhlíkem (C), kyslíkem (O), dusíkem (N) a vodíkem (H), 4 z 5 bioelementů, které tvoří 96% buněčné hmoty Země. Pro představu máme na planetě 550 gigatunů organického uhlíku, z nichž 80% pochází z rostlinné hmoty, která nás obklopuje.

Proces syntézy bílkovin v buňce je složitý tanec mezi DNA, RNA, enzymy a montážními řetězci. Při této příležitosti Řekneme vám několik obecných tahů tvorby proteinů na buněčné úrovni se zvláštním důrazem na posttranslační modifikace.

• Související článek: „20 druhů proteinů a jejich funkce v těle“

Základ syntézy proteinů v buňce

Nejprve musíme položit určité základy. Lidská bytost má svou genetickou informaci v jádře (nepočítaje mitochondriální DNA), a to má některé kódující sekvence pro proteiny nebo RNA, nazývané geny.

Díky projektu Human Genome víme, že náš druh má přibližně 20 000–25 000 kódujících genů, což představuje pouze 1,5% celkové DNA v našem těle.

DNA se skládá z nukleotidů, které jsou 4 typů, podle přítomné dusíkové báze: adenin (A), guanin (G), cytosin (C) a thymin (T). Každá aminokyselina je kódována tripletem nukleotidů, které jsou známé jako „kodony“. Dáme vám příklad několika trojic:

GCU, GCC, GCA, GCG

Všechny tyto triplety nebo kodony zaměňují aminokyselinu alanin. V každém případě nepocházejí přímo z genů, ale spíše jde o segmenty RNA, které se získávají transkripcí jaderné DNA. Pokud víte o genetice, možná jste si všimli, že jeden z kodonů má uracil (U), thyminový (T) analog RNA.

Aby, Během transkripce se z informací přítomných v genech vytvoří messengerová RNA, která cestuje mimo jádro do ribozomů, které se nacházejí v cytoplazmě buňky.. Zde ribozomy „čtou“ různé kodony a „překládají“ je do řetězců aminokyselin, které jsou přenášeny jeden po druhém přenosovou RNA. Dáme vám ještě jeden příklad:

GCU-UUU-UCA-CGU

Každý z těchto 4 kodonů kóduje aminokyseliny alanin, fenylalanin, serin a arginin. Tento teoretický příklad by byl tetrapeptid (oligopeptid), protože je běžným proteinem, musí obsahovat alespoň 100 těchto aminokyselin. V každém případě toto vysvětlení obecně pokrývá procesy transkripce a translace, které vedou k tvorbě proteinů v buňkách.

• Mohlo by vás zajímat: „Nejdůležitější části buňky a organel: přehled“

Co jsou posttranslační úpravy?

Posttranslační úpravy (PTM) viz chemické změny, kterými proteiny procházejí, jakmile jsou syntetizovány v ribozomech. Transkripce a translace vedou k propeptidům, které je nutné upravit, aby se nakonec dosáhlo skutečné funkčnosti proteinového činidla. Tyto změny mohou probíhat prostřednictvím enzymatických nebo neenzymatických mechanismů.

Jednou z nejběžnějších posttranslačních modifikací je přidání funkční skupiny. V následujícím seznamu uvádíme několik příkladů této biochemické události.

• Acylace: spočívá v přidání acylové skupiny. Sloučenina, která daruje tuto skupinu, je známá jako „acylační skupina“. Aspirin například pochází z procesu acylace.
• Fosforylace: spočívá v přidání fosfátové skupiny. Jedná se o posttranslační modifikaci, která je spojena s přenosem energie na buněčné úrovni.
• Methylace: přidejte methylovou skupinu. Jedná se o epigenetický proces, protože methylace DNA zabraňuje transkripci určitých cílových genů.
• Hydroxylace: přidání hydroxylové skupiny (OH). Například přidání hydroxylové skupiny k prolinu je zásadním krokem pro tvorbu kolagenu u živých bytostí.
• Nitrace: přidání nitroskupiny.

Existuje mnoho dalších mechanismů pro přidání funkčních skupin, protože byla také zaznamenána nitrosylace, glykosylace, glykace nebo prenylace.. Od vzniku léků po syntézu biologických tkání jsou všechny tyto procesy tak či onak nezbytné pro přežití našeho druhu.

Jak jsme již řekli dříve, lidský genom obsahuje 25 000 genů, ale lidský proteom obsahuje náš druh (celkem bílkovin exprimovaných v buňce) je přibližně jeden milion proteinových jednotek. Kromě sestřihu messengerové RNA jsou posttranslační modifikace základem proteinové rozmanitosti u lidí, protože jsou schopné přidávat malé molekuly prostřednictvím kovalentních vazeb, které zcela mění funkčnost polypeptidu.

Kromě přidání specifických skupin existují také modifikace, které spojují proteiny dohromady. Příkladem toho je sumoylace, která přidává miniaturní protein (malý modifikátor související s ubikvitinem, SUMO) k cílovým proteinům. Některé z účinků tohoto procesu jsou degradace proteinů a lokalizace jader.

Dalším důležitým aditivním posttranslačním mechanismem je ubikvitinace, která, jak již název napovídá, přidává ubikvitin do cílového proteinu. Jednou z mnoha funkcí tohoto procesu je přímá recyklace bílkovin, protože ubikvitin se váže na polypeptidy, které musí být zničeny.

Dnes, bylo zjištěno asi 200 různých posttranslačních modifikací, které ovlivňují mnoho aspektů funkčnosti buněk, mezi něž patří mechanismy, jako je metabolismus, signální transdukce a samotná stabilita proteinu. Více než 60% proteinových řezů, které jsou výsledkem posttranslačních modifikací, je spojeno s oblast proteinu, která interaguje přímo s jinými molekulami, nebo co je stejné, s jeho středem aktivní.

• Mohlo by vás zajímat: „Překlad DNA: co to je a jaké jsou jeho fáze“

Posttranslační úpravy a patologické obrázky

Znalost těchto mechanismů je sama o sobě pokladem pro společnost, ale věcí je ještě více zajímavé, když jsme zjistili, že posttranslační úpravy mají také své využití v této oblasti doktor.

Proteiny, které mají v sobě sekvenci CAAX, cystein (C) - alifatický zbytek (A) - alifatický zbytek (A) - jakýkoli aminokyseliny (X), jsou součástí mnoha molekul s jadernými vrstvami, jsou nezbytné v různých regulačních procesech a navíc Jsou také přítomny na povrchu cytoplazmatických membrán (bariéra, která ohraničuje vnitřek buňky Vnější). Sekvence CAAX byla historicky spojována s vývojem nemocí, protože řídí posttranslační modifikace proteinů, které ji představují.

Jak uvádí Evropská komise v článku Zpracování proteinů CAAX u lidské choroby DI: Od rakoviny k Progerii, dnes se pokouší použít jako terapeutické cíle pro rakovinu a progerii enzymy, které zpracovávají proteiny se sekvencí CAAX. Výsledky jsou na molekulární úrovni příliš složité, než aby je bylo možné v tomto prostoru popsat, ale skutečnost, že jsou Ukázalo se, že použití posttranslačních modifikací jako předmětu studia nemocí je jasné důležitost.

Životopis

Ze všech údajů uvedených v těchto řádcích chceme zdůraznit jedno zvlášť důležité: Lidské bytosti mají v našem genomu asi 25 000 různých genů, ale buněčný proteom představuje milion proteinů. Tento údaj je možný díky posttranslačním modifikacím, které přidávají funkční skupiny a spojují mezi nimi proteiny, aby byla makromolekula specifická.

Chceme-li, abyste si zachovali ústřední myšlenku, jedná se o následující: DNA je přepsána do messengerové RNA, která putuje z jádra do buněčné cytoplazmy. Zde se pomocí transmisní RNA a ribozomů překládá na protein (ze kterého obsahuje své pokyny ve formě kodonů). Po tomto složitém procesu dochází k posttranslačním úpravám, aby protopeptid získal svoji definitivní funkčnost.

Bibliografické odkazy:

• Jensen, O. N. (2004). Modifikace specifická proteomika: charakterizace posttranslačních modifikací hmotnostní spektrometrií. Aktuální názor v chemické biologii, 8 (1), 33-41.
• Krišna, R. G., & Wold, F. (1993). Posttranslační modifikace proteinů. Metody analýzy proteinové sekvence, 167-172.
• Mann, M., & Jensen, O. N. (2003). Proteomická analýza posttranslačních modifikací. Nature biotechnology, 21 (3), 255-261.
• Scott, I., Yamauchi, M., & Sricholpech, M. (2012). Lysinová posttranslační modifikace kolagenu. Eseje z biochemie, 52, 113-133.
• Seet, B. T., Dikic, I., Zhou, M. M., & Pawson, T. (2006). Čtení modifikací proteinů s interakčními doménami. Recenze přírody Molekulární buněčná biologie, 7 (7), 473-483.
• Seo, J. W., & Lee, K. J. (2004). Posttranslační modifikace a jejich biologické funkce: proteomická analýza a systematické přístupy. Zprávy BMB, 37 (1), 35-44.
• Snider, N. T., & Omary, M. B. (2014). Posttranslační modifikace proteinů se středními vlákny: mechanismy a funkce. Recenze přírody Molekulární buněčná biologie, 15 (3), 163-177.
• Westermann, S., & Weber, K. (2003). Posttranslační úpravy regulují funkci mikrotubulů. Recenze přírody Molekulární buněčná biologie, 4 (12), 938-948.