Μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις: τι είναι και πώς σχετίζονται με την ασθένεια
Οι πρωτεΐνες είναι τα μακρομόρια της ζωής. Αντιπροσωπεύουν το 80% του αφυδατωμένου πρωτοπλάσματος ολόκληρου του κυττάρου και σχηματίζουν περίπου το 50% του ξηρού βάρους του Όλοι οι ιστοί μας, έτσι η ανάπτυξη των ιστών, η βιοσύνθεση και η επισκευή εξαρτώνται εξ ολοκλήρου από αυτούς.
Το αμινοξύ είναι η βασική μονάδα της πρωτεΐνης, επειδή μέσω διαδοχικών πεπτιδικών δεσμών, αυτά τα μόρια δημιουργούν τις πρωτεϊνικές αλυσίδες που γνωρίζουμε από τα μαθήματα βιολογίας. Τα αμινοξέα αποτελούνται από άνθρακα (C), οξυγόνο (O), άζωτο (N) και υδρογόνο (H), 4 από τα 5 βιοστοιχεία που αποτελούν το 96% της κυτταρικής μάζας της Γης. Για να σας δώσουμε μια ιδέα, έχουμε 550 gigatons οργανικού άνθρακα στον πλανήτη, το 80% των οποίων προέρχεται από τη φυτική ύλη που μας περιβάλλει.
Η διαδικασία της πρωτεϊνικής σύνθεσης μέσα στο κύτταρο είναι ένας πολύπλοκος χορός μεταξύ DNA, RNA, ενζύμων και αλυσίδων συναρμολόγησης. Σε αυτήν την ευκαιρία, Θα σας πούμε μερικές γενικές πινελιές για το σχηματισμό πρωτεϊνών σε κυτταρικό επίπεδο, με ιδιαίτερη έμφαση στις μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις.
- Σχετικό άρθρο: "Οι 20 τύποι πρωτεϊνών και οι λειτουργίες τους στο σώμα"
Η βάση της πρωτεϊνικής σύνθεσης στο κύτταρο
Πρώτα απ 'όλα, πρέπει να θέσουμε ορισμένα θεμέλια. Ο άνθρωπος έχει τις γενετικές του πληροφορίες στον πυρήνα (χωρίς να υπολογίζει το μιτοχονδριακό DNA) και αυτό έχει κάποιες κωδικοποιητικές αλληλουχίες για πρωτεΐνες ή RNA, που ονομάζονται γονίδια. Χάρη στο πρόγραμμα Human Genome, γνωρίζουμε ότι το είδος μας έχει περίπου 20.000-25.000 γονίδια κωδικοποίησης, το οποίο αντιπροσωπεύει μόνο το 1,5% του συνολικού DNA στο σώμα μας.
Το DNA αποτελείται από νουκλεοτίδια, τα οποία είναι 4 τύπων, σύμφωνα με τη βάση αζώτου που παρουσιάζουν: αδενίνη (Α), γουανίνη (G), κυτοσίνη (C) και θυμίνη (Τ). Κάθε αμινοξύ κωδικοποιείται από ένα τρίδυμο νουκλεοτιδίων, τα οποία είναι γνωστά ως «κωδικόνια». Σας δίνουμε το παράδειγμα μερικών τριπλών:
GCU, GCC, GCA, GCG
Όλα αυτά τα τρίδυμα ή τα κωδικόνια κωδικοποιούν εναλλακτικά το αμινοξύ αλανίνη. Σε κάθε περίπτωση, αυτά δεν προέρχονται απευθείας από γονίδια, αλλά είναι τμήματα RNA, τα οποία λαμβάνονται από τη μεταγραφή πυρηνικού DNA. Εάν γνωρίζετε για τη γενετική, μπορεί να έχετε παρατηρήσει ότι ένα από τα κωδικόνια έχει ουρακίλη (U), το ανάλογο θυμίνης (Τ) του RNA.
Ετσι ώστε, Κατά τη μεταγραφή, ένα αγγελιοφόρο RNA σχηματίζεται από τις πληροφορίες που υπάρχουν στα γονίδια και ταξιδεύει έξω από τον πυρήνα, προς τα ριβοσώματα, τα οποία βρίσκονται στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου.. Εδώ, τα ριβοσώματα "διαβάζουν" τα διαφορετικά κωδικόνια και "μεταφράζουν" σε αλυσίδες αμινοξέων, οι οποίες μεταφέρονται ένα προς ένα από το RNA μεταφοράς. Σας δίνουμε ένα ακόμη παράδειγμα:
GCU-UUU-UCA-CGU
Καθένα από αυτά τα 4 κωδικόνια κωδικοποιεί, αντίστοιχα, για τα αμινοξέα αλανίνη, φαινυλαλανίνη, σερίνη και αργινίνη. Αυτό το θεωρητικό παράδειγμα θα ήταν ένα τετραπεπτίδιο (ολιγοπεπτίδιο), δεδομένου ότι για να είναι μια κοινή πρωτεΐνη, πρέπει να περιέχει τουλάχιστον 100 από αυτά τα αμινοξέα. Σε κάθε περίπτωση, αυτή η εξήγηση καλύπτει, γενικά, τις διαδικασίες μεταγραφής και μετάφρασης που δημιουργούν πρωτεΐνες εντός των κυττάρων.
- Μπορεί να σας ενδιαφέρει: "Τα πιο σημαντικά μέρη του κυττάρου και των οργανίων: μια επισκόπηση"
Τι είναι οι μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις;
Ανατρέξτε στις μεταφραστικές τροποποιήσεις (PTM) τις χημικές αλλαγές που υφίστανται οι πρωτεΐνες όταν έχουν συντεθεί σε ριβοσώματα. Η μεταγραφή και η μετάφραση δημιουργούν προπεπτίδια, τα οποία πρέπει να τροποποιηθούν για να επιτευχθεί τελικά η πραγματική λειτουργικότητα του πρωτεϊνικού παράγοντα. Αυτές οι αλλαγές μπορούν να πραγματοποιηθούν μέσω ενζυματικών ή μη ενζυματικών μηχανισμών.
Μία από τις πιο κοινές μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις είναι η προσθήκη μιας λειτουργικής ομάδας. Στην παρακάτω λίστα, σας δίνουμε μερικά παραδείγματα αυτού του βιοχημικού γεγονότος.
- Ακυλίωση: συνίσταται στην προσθήκη μιας ακυλομάδας. Η ένωση που δωρίζει αυτήν την ομάδα είναι γνωστή ως «ομάδα ακυλίωσης». Η ασπιρίνη, για παράδειγμα, προέρχεται από μια διαδικασία ακυλίωσης.
- Φωσφορυλίωση: συνίσταται στην προσθήκη μιας φωσφορικής ομάδας. Είναι η μετα-μεταφραστική τροποποίηση που σχετίζεται με τη μεταφορά ενέργειας σε κυτταρικό επίπεδο.
- Μεθυλίωση: προσθέστε μια ομάδα μεθυλίου. Είναι μια επιγενετική διαδικασία, καθώς η μεθυλίωση του DNA εμποδίζει τη μεταγραφή ορισμένων γονιδίων στόχων.
- Υδροξυλίωση: προσθήκη υδροξυλομάδας (ΟΗ). Η προσθήκη της υδροξυλομάδας στην προλίνη, για παράδειγμα, είναι ένα ουσιαστικό βήμα για το σχηματισμό κολλαγόνου στα έμβια όντα.
- Nitration: προσθήκη μιας νιτροομάδας.
Υπάρχουν πολλοί περισσότεροι μηχανισμοί για την προσθήκη λειτουργικών ομάδων, καθώς έχουν επίσης καταγραφεί νιτροζυλίωση, γλυκοσυλίωση, γλυκοζυλίωση ή πρενυλίωση.. Από το σχηματισμό φαρμάκων έως τη σύνθεση βιολογικών ιστών, όλες αυτές οι διαδικασίες είναι απαραίτητες για την επιβίωση του είδους μας, με τον ένα ή τον άλλο τρόπο.
Όπως είπαμε προηγουμένως, το ανθρώπινο γονιδίωμα περιέχει 25.000 γονίδια, αλλά το ανθρώπινο πρωτόνιο περιέχει το είδος μας (το σύνολο των πρωτεϊνών που εκφράζονται σε ένα κύτταρο) είναι περίπου ένα εκατομμύριο πρωτεϊνικές μονάδες. Εκτός από τη συναρμολόγηση του messenger RNA, οι μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις είναι η βάση της πρωτεϊνικής ποικιλομορφίας στους ανθρώπους, καθώς είναι σε θέση να προσθέσουν μικρά μόρια μέσω ομοιοπολικών δεσμών που αλλάζουν εντελώς τη λειτουργικότητα του πολυπεπτιδίου.
Εκτός από την προσθήκη συγκεκριμένων ομάδων, υπάρχουν επίσης τροποποιήσεις που συνδέουν τις πρωτεΐνες μαζί. Ένα παράδειγμα αυτού είναι η σουμοϋλίωση, η οποία προσθέτει μια μικροσκοπική πρωτεΐνη (μικρός τροποποιητής που σχετίζεται με την ουβικιτίνη, SUMO) στις πρωτεΐνες στόχους. Η αποδόμηση των πρωτεϊνών και ο πυρηνικός εντοπισμός είναι μερικά από τα αποτελέσματα αυτής της διαδικασίας.
Ένας άλλος σημαντικός πρόσθετος μετα-μεταφραστικός μηχανισμός είναι ο ουβικιτινισμός, ο οποίος, όπως υποδηλώνει το όνομά του, προσθέτει ουμπικιτίνη στην πρωτεΐνη στόχο. Μία από τις πολλαπλές λειτουργίες αυτής της διαδικασίας είναι να κατευθύνει την ανακύκλωση πρωτεϊνών, καθώς η ουβικιτίνη συνδέεται με πολυπεπτίδια που πρέπει να καταστραφούν.
Σήμερα, έχουν εντοπιστεί περίπου 200 διαφορετικές μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις, που επηρεάζουν πολλές πτυχές της λειτουργικότητας των κυττάρων, μεταξύ των οποίων είναι μηχανισμοί όπως ο μεταβολισμός, η μεταγωγή σήματος και η ίδια η σταθερότητα των πρωτεϊνών. Πάνω από το 60% των τμημάτων πρωτεΐνης που προκύπτουν από μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις σχετίζονται με περιοχή της πρωτεΐνης που αλληλεπιδρά άμεσα με άλλα μόρια, ή το ίδιο, το κέντρο της ενεργός.
- Μπορεί να σας ενδιαφέρει: "Μετάφραση DNA: τι είναι και ποιες είναι οι φάσεις του"
Μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις και παθολογικές εικόνες
Η γνώση αυτών των μηχανισμών είναι από μόνη της θησαυρός για την κοινωνία, αλλά τα πράγματα γίνονται ακόμη περισσότερα ενδιαφέρον όταν ανακαλύψαμε ότι οι μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις έχουν επίσης χρησιμότητα στον τομέα γιατρός.
Πρωτεΐνες που έχουν μέσα τους την ακολουθία CAAX, κυστεΐνη (C) - αλειφατικό υπόλειμμα (A) - αλειφατικό υπόλειμμα (A) - οποιαδήποτε το αμινοξύ (X), είναι μέρος πολλών μορίων με πυρηνικά ελάσματα, είναι απαραίτητα σε διάφορες ρυθμιστικές διαδικασίες και, επιπλέον, Υπάρχουν επίσης στην επιφάνεια των κυτταροπλασματικών μεμβρανών (το φράγμα που οριοθετεί το εσωτερικό του κυττάρου του Εξωτερικός). Η ακολουθία CAAX έχει ιστορικά συνδεθεί με την ανάπτυξη ασθενειών, καθώς διέπει μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις των πρωτεϊνών που την παρουσιάζουν.
Όπως υποδεικνύεται από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή στο άρθρο Επεξεργασία πρωτεϊνών CAAX στην ανθρώπινη νόσο: Από τον καρκίνο στο Progeria, σήμερα προσπαθεί να χρησιμοποιήσει ως θεραπευτικούς στόχους για τον καρκίνο και τα προγόρια τα ένζυμα που επεξεργάζονται πρωτεΐνες με την αλληλουχία CAAX. Τα αποτελέσματα είναι πολύ περίπλοκα σε μοριακό επίπεδο για να περιγραφούν σε αυτόν τον χώρο, αλλά το γεγονός ότι είναι Η χρήση μετα-μεταφραστικών τροποποιήσεων ως αντικείμενο μελέτης σε ασθένειες δείχνει σαφή σημασια.
ΒΙΟΓΡΑΦΙΚΟ
Από όλα τα δεδομένα που παρουσιάζονται σε αυτές τις γραμμές, θέλουμε να επισημάνουμε ένα ιδιαίτερο ενδιαφέρον: Τα ανθρώπινα όντα έχουν περίπου 25.000 διαφορετικά γονίδια στο γονιδίωμά μας, αλλά το κυτταρικό πρωτεόμιο ανέρχεται σε ένα εκατομμύριο πρωτεΐνες. Αυτός ο αριθμός είναι δυνατός χάρη στις μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις, οι οποίες προσθέτουν λειτουργικές ομάδες και συνδέουν πρωτεΐνες μεταξύ τους, προκειμένου να δώσουν εξειδίκευση στο μακρομόριο.
Αν θέλουμε να διατηρήσετε μια κεντρική ιδέα, αυτό είναι το εξής: Το DNA μεταγράφεται στο messenger RNA, το οποίο ταξιδεύει από τον πυρήνα στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων. Εδώ, μεταφράζεται στην πρωτεΐνη (από την οποία φιλοξενεί τις οδηγίες της με τη μορφή κωδικονίων), με τη βοήθεια του RNA μεταφοράς και των ριβοσωμάτων. Μετά από αυτήν την πολύπλοκη διαδικασία, πραγματοποιούνται μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις, προκειμένου να δοθεί στο πρωτόπεδο η οριστική του λειτουργικότητα.
Βιβλιογραφικές αναφορές:
- Jensen, Ο. Ν. (2004). Ειδική τροποποίηση πρωτεϊνωμάτων: χαρακτηρισμός μετα-μεταφραστικών τροποποιήσεων με φασματομετρία μάζας. Τρέχουσα γνώμη στη χημική βιολογία, 8 (1), 33-41.
- Krishna, R. G., & Wold, F. (1993). Μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις πρωτεϊνών. Μέθοδοι ανάλυσης αλληλουχίας πρωτεΐνης, 167-172.
- Mann, Μ., & Jensen, O. Ν. (2003). Πρωτεωμική ανάλυση μετα-μεταφραστικών τροποποιήσεων. Βιοτεχνολογία της φύσης, 21 (3), 255-261.
- Scott, Ι., Yamauchi, M., & Sricholpech, M. (2012). Λυσίνη μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις του κολλαγόνου. Δοκίμια στη βιοχημεία, 52, 113-133.
- Σετ, Β. T., Dikic, I., Zhou, M. Μ., & Pawson, Τ. (2006). Ανάγνωση τροποποιήσεων πρωτεΐνης με τομείς αλληλεπίδρασης. Η Nature αναλύει τη Μοριακή βιολογία των κυττάρων, 7 (7), 473-483.
- Seo, J. W., & Lee, Κ. Ι. (2004). Μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις και οι βιολογικές τους λειτουργίες: πρωτεϊμική ανάλυση και συστηματικές προσεγγίσεις. Αναφορές BMB, 37 (1), 35-44.
- Snider, Ν. Τ., & Omary, Μ. ΣΙ. (2014). Μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις των ενδιάμεσων νηματίων πρωτεϊνών: μηχανισμοί και λειτουργίες. Η Nature αναλύει τη Μοριακή βιολογία των κυττάρων, 15 (3), 163-177.
- Westermann, S., & Weber, Κ. (2003). Οι μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις ρυθμίζουν τη λειτουργία μικροσωληναρίων. Η Nature αναλύει τη Μοριακή βιολογία των κυττάρων, 4 (12), 938-948.