Posttranslationale Modifikationen: was sie sind und wie sie mit der Krankheit in Zusammenhang stehen

Proteine ​​sind die Makromoleküle des Lebens. Sie machen 80 % des dehydratisierten Protoplasmas der gesamten Zelle aus und bilden etwa 50 % des Trockengewichts von alle unsere Gewebe, so dass Gewebewachstum, Biosynthese und Reparatur vollständig von ihnen abhängig sind.

Die Aminosäure ist die Grundeinheit des Proteins, denn aus diesen Molekülen entstehen durch aufeinanderfolgende Peptidbindungen die Proteinketten, die wir aus dem Biologieunterricht kennen. Aminosäuren bestehen aus Kohlenstoff (C), Sauerstoff (O), Stickstoff (N) und Wasserstoff (H), 4 der 5 Bioelemente, die 96% der Zellmasse der Erde ausmachen. Um Ihnen eine Vorstellung zu geben, wir haben 550 Gigatonnen organischen Kohlenstoffs auf dem Planeten, von denen 80% aus der Pflanzensubstanz stammen, die uns umgibt.

Der Prozess der Proteinsynthese innerhalb der Zelle ist ein komplexer Tanz zwischen DNA, RNA, Enzymen und Montageketten. Bei dieser Gelegenheit, Wir werden Ihnen einige allgemeine Pinselstriche zur Bildung von Proteinen auf zellulärer Ebene geben, mit besonderem Schwerpunkt auf posttranslationalen Modifikationen.

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Die Basis der Proteinsynthese in der Zelle

Zunächst müssen wir gewisse Grundlagen legen. Der Mensch hat seine genetische Information im Zellkern (die mitochondriale DNA nicht mitgezählt), und dieser hat einige kodierende Sequenzen für Proteine ​​oder RNA, die Gene genannt werden. Dank des Humangenomprojekts wissen wir, dass unsere Spezies etwa 20.000-25.000 kodierende Gene besitzt, was nur 1,5 % der gesamten DNA in unserem Körper ausmacht.

DNA besteht aus Nukleotiden, die je nach vorhandener Stickstoffbase in 4 Typen unterteilt sind: Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) und Thymin (T). Jede Aminosäure wird von einem Triplett von Nukleotiden kodiert, die als "Codons" bekannt sind. Wir geben Ihnen das Beispiel einiger Drillinge:

AGB, GCC, GCA, GCG

Alle diese Tripletts oder Codons kodieren austauschbar für die Aminosäure Alanin. Diese stammen jedenfalls nicht direkt von Genen, sondern sind RNA-Abschnitte, die aus der Transkription nuklearer DNA gewonnen werden. Wenn Sie sich mit Genetik auskennen, haben Sie vielleicht bemerkt, dass eines der Codons Uracil (U) enthält, das Thymin (T)-Analogon der RNA.

So dass, Während der Transkription wird aus den in den Genen vorhandenen Informationen eine Boten-RNA gebildet, die außerhalb des Zellkerns zu den Ribosomen wandert, die sich im Zytoplasma der Zelle befinden.. Dabei „lesen“ die Ribosomen die verschiedenen Codons und „übersetzen“ sie in Aminosäureketten, die nacheinander von der Transfer-RNA getragen werden. Wir geben Ihnen noch ein Beispiel:

AVV-UUU-UCA-CGU

Jedes dieser 4 Codons kodiert jeweils für die Aminosäuren Alanin, Phenylalanin, Serin und Arginin. Dieses theoretische Beispiel wäre ein Tetrapeptid (Oligopeptid), da es, um ein gemeinsames Protein zu sein, mindestens 100 dieser Aminosäuren enthalten muss. In jedem Fall umfasst diese Erklärung im Allgemeinen die Transkriptions- und Translationsprozesse, die zu Proteinen in Zellen führen.

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Was sind posttranslationale Modifikationen?

Posttranslationale Modifikationen (PTM) siehe die chemischen Veränderungen, die Proteine ​​durchlaufen, nachdem sie in Ribosomen synthetisiert wurden. Transkription und Translation führen zu Propeptiden, die modifiziert werden müssen, um letztendlich die wahre Funktionalität des Proteinwirkstoffs zu erreichen. Diese Veränderungen können durch enzymatische oder nicht-enzymatische Mechanismen erfolgen.

Eine der häufigsten posttranslationalen Modifikationen ist das Hinzufügen einer funktionellen Gruppe. In der folgenden Liste geben wir Ihnen einige Beispiele für dieses biochemische Ereignis.

• Acylierung: besteht aus der Addition einer Acylgruppe. Die Verbindung, die diese Gruppe spendet, wird als "acylierende Gruppe" bezeichnet. Aspirin beispielsweise stammt aus einem Acylierungsprozess.
• Phosphorylierung: besteht aus der Addition einer Phosphatgruppe. Es ist die posttranslationale Modifikation, die mit dem Energietransfer auf zellulärer Ebene verbunden ist.
• Methylierung: Fügen Sie eine Methylgruppe hinzu. Es handelt sich um einen epigenetischen Prozess, da die DNA-Methylierung die Transkription bestimmter Zielgene verhindert.
• Hydroxylierung: Addition einer Hydroxylgruppe (OH). Die Anlagerung der Hydroxylgruppe an Prolin ist beispielsweise ein wesentlicher Schritt für die Bildung von Kollagen in Lebewesen.
• Nitrierung: Zugabe einer Nitrogruppe.

Es gibt noch viele weitere Mechanismen zur Addition funktioneller Gruppen, da auch Nitrosylierung, Glykosylierung, Glykierung oder Prenylierung bekannt sind.. Von der Bildung von Medikamenten bis zur Synthese biologischer Gewebe sind all diese Prozesse auf die eine oder andere Weise für das Überleben unserer Spezies unerlässlich.

Wie bereits erwähnt, enthält das menschliche Genom 25.000 Gene, aber das menschliche Proteom enthält unsere Spezies (die Gesamtheit der in einer Zelle exprimierten Proteine) umfasst etwa eine Million Proteineinheiten. Neben dem Spleißen von Boten-RNA sind posttranslationale Modifikationen die Grundlage der Proteindiversität beim Menschen, da sie in der Lage sind, kleine Moleküle durch kovalente Bindungen hinzuzufügen, die die Funktionalität des Polypeptids vollständig verändern.

Neben dem Hinzufügen spezifischer Gruppen gibt es auch Modifikationen, die Proteine ​​miteinander verbinden. Ein Beispiel hierfür ist die Sumoylierung, bei der Zielproteine ​​um ein Miniaturprotein (small ubiquitin-related modifier, SUMO) erweitert werden. Proteinabbau und Kernlokalisation sind einige der Auswirkungen dieses Prozesses.

Ein weiterer wichtiger additiver posttranslationaler Mechanismus ist die Ubiquitinierung, die, wie der Name schon sagt, Ubiquitin an das Zielprotein anlagert. Eine der vielfältigen Funktionen dieses Prozesses ist das direkte Proteinrecycling, da Ubiquitin an Polypeptide bindet, die zerstört werden müssen.

Heute, etwa 200 verschiedene posttranslationale Modifikationen wurden entdeckt, die viele Aspekte der Zellfunktionalität beeinflussen, darunter Mechanismen wie Stoffwechsel, Signalübertragung und Proteinstabilität selbst. Mehr als 60 % der Proteinabschnitte, die aus posttranslationalen Modifikationen resultieren, sind mit Bereich des Proteins, der direkt mit anderen Molekülen interagiert, bzw. dessen Zentrum aktiv.

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Posttranslationale Modifikationen und pathologische Bilder

Das Wissen um diese Mechanismen ist an sich schon ein Schatz für die Gesellschaft, aber es geht noch mehr interessant, als wir entdeckten, dass posttranslationale Modifikationen auch auf diesem Gebiet nützlich sind Arzt.

Proteine ​​mit der Sequenz CAAX, Cystein (C) - aliphatischer Rest (A) - aliphatischer Rest (A) - beliebig Aminosäure (X), sind Bestandteil vieler Moleküle mit Kernlamina, sind in verschiedenen Regulationsprozessen essenziell und darüber hinaus Sie sind auch auf der Oberfläche der zytoplasmatischen Membranen vorhanden (der Barriere, die das Innere der Zelle des Außen). Die CAAX-Sequenz wurde in der Vergangenheit mit der Entwicklung von Krankheiten in Verbindung gebracht, da sie die posttranslationalen Modifikationen der Proteine ​​steuert, die sie präsentieren.

Wie von der Europäischen Kommission in dem Artikel CAAX Protein Processing in Human Disease: From Cancer to Progeria heute angegeben indicated versucht, die Enzyme, die Proteine ​​mit der Sequenz verarbeiten, als therapeutische Angriffspunkte für Krebs und Progerie zu verwenden CAAX. Die Ergebnisse sind auf molekularer Ebene zu komplex, um sie in diesem Raum zu beschreiben, aber die Tatsache, dass sie es sind Der Einsatz posttranslationaler Modifikationen als Untersuchungsgegenstand bei Krankheiten zeigt seine deutliche Bedeutung.

Fortsetzen

Von allen in diesen Zeilen präsentierten Daten möchten wir eine von besonderer Bedeutung hervorheben: Der Mensch hat etwa 25.000 verschiedene Gene in unserem Genom, aber das zelluläre Proteom umfasst eine Million Proteine. Diese Zahl ist dank posttranslationaler Modifikationen möglich, die funktionelle Gruppen hinzufügen und Proteine ​​​​zwischen ihnen verbinden, um dem Makromolekül Spezifität zu verleihen.

Wenn wir Sie bei einer zentralen Idee behalten möchten, ist dies die folgende: DNA wird in Boten-RNA transkribiert, die vom Zellkern zum Zytoplasma der Zelle wandert. Hier wird dieses mit Hilfe von Transfer-RNA und Ribosomen in das Protein übersetzt (von dem es seine Anweisungen in Form von Codons beherbergt). Nach diesem aufwendigen Prozess erfolgen posttranslationale Modifikationen, um dem Protopeptid seine endgültige Funktionalität zu verleihen.

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