Translaation jälkeiset muutokset: mitä ne ovat ja miten ne liittyvät tautiin

Proteiinit ovat elämän makromolekyylejä. Ne edustavat 80% koko solun dehydratoidusta protoplasmasta ja muodostavat noin 50% solun kuivapainosta kaikki kudoksemme, joten kudosten kasvu, biosynteesi ja korjaus ovat täysin riippuvaisia ​​niistä.

Aminohappo on proteiinin emäksinen yksikkö, koska peräkkäisten peptidisidosten kautta nämä molekyylit synnyttävät proteiiniketjuja, jotka tiedämme biologiatunneilta. Aminohapot koostuvat hiilestä (C), hapesta (O), typestä (N) ja vedystä (H), neljä viidestä bioelementistä, jotka muodostavat 96% maapallon solumassasta. Aidon antamiseksi meillä on maapallolla 550 gigatonia orgaanista hiiltä, ​​josta 80% tulee meitä ympäröivästä kasviaineesta.

Proteiinisynteesiprosessi solussa on monimutkainen tanssi DNA: n, RNA: n, entsyymien ja kokoonpanoketjujen välillä. Tässä tilaisuudessa Kerromme sinulle joitain yleisiä siveltimiä proteiinien muodostumisesta solutasolla, painottaen erityisesti translaation jälkeisiä modifikaatioita.

• Aiheeseen liittyvä artikkeli: "20 proteiinityyppiä ja niiden toiminnot kehossa"

Proteiinisynteesin perusta solussa

Ensinnäkin meidän on luotava tietyt perustukset. Ihmisen geneettinen tieto on ytimessä (lukuun ottamatta mitokondrioiden DNA: ta), ja sillä on joitain proteiineja tai RNA: ta koodaavia sekvenssejä, joita kutsutaan geeneiksi. Human Genome -projektin ansiosta tiedämme, että lajillamme on noin 20000-25000 koodaavaa geeniä, mikä edustaa vain 1,5% koko kehomme DNA: sta.

DNA koostuu nukleotideista, joita on 4 tyyppiä niiden sisältämän typpiemäksen mukaan: adeniini (A), guaniini (G), sytosiini (C) ja tymiini (T). Kutakin aminohappoa koodaa nukleotidien tripletti, joka tunnetaan nimellä "kodonit". Annamme sinulle esimerkin muutamista kolmikoista:

GCU, GCC, GCA, GCG

Kaikki nämä tripletit tai kodonit koodaavat alaniinihappoa keskenään. Joka tapauksessa nämä eivät ole peräisin suoraan geeneistä, vaan pikemminkin RNA-segmentit, jotka saadaan ydin-DNA: n transkriptiosta. Jos tiedät genetiikasta, olet ehkä huomannut, että yhdessä kodoneista on urasiili (U), RNA: n tymiini (T) -analogi.

Jotta, Transkription aikana messenger-RNA muodostuu geeneissä olevasta informaatiosta ja se kulkee ytimen ulkopuolella ribosomeihin, jotka sijaitsevat solun sytoplasmassa.. Tässä ribosomit "lukevat" eri kodoneja ja "kääntävät" ne aminohappoketjuiksi, joita siirto-RNA kantaa yksi kerrallaan. Annamme sinulle vielä yhden esimerkin:

GCU-UUU-UCA-CGU

Kukin näistä 4 kodonista koodaa vastaavasti aminohappoja alaniini, fenyylialaniini, seriini ja arginiini. Tämä teoreettinen esimerkki olisi tetrapeptidi (oligopeptidi), koska ollakseen tavallinen proteiini, sen on sisällettävä vähintään 100 näitä aminohappoja. Joka tapauksessa tämä selitys kattaa yleisellä tavalla transkriptio- ja translaatioprosessit, joista syntyy proteiineja soluissa.

• Saatat olla kiinnostunut: "Tärkeimmät soluosat ja organellit: yleiskatsaus"

Mitä ovat käännöksen jälkeiset muutokset?

Translaation jälkeiset muutokset (PTM) viittaavat kemialliset muutokset, jotka proteiinit käyvät läpi, kun ne on syntetisoitu ribosomeissa. Transkriptio ja translaatio johtavat propeptideihin, joita on modifioitava proteiiniaineen todellisen toiminnallisuuden saavuttamiseksi lopulta. Nämä muutokset voivat tapahtua entsymaattisten tai ei-entsymaattisten mekanismien avulla.

Yksi yleisimmistä translaation jälkeisistä modifikaatioista on toiminnallisen ryhmän lisääminen. Seuraavassa luettelossa annamme sinulle esimerkkejä tästä biokemiallisesta tapahtumasta.

• Asylointi: koostuu asyyliryhmän lisäyksestä. Yhdiste, joka lahjoittaa tämän ryhmän, tunnetaan "asyloivana ryhmänä". Esimerkiksi aspiriini tulee asylointiprosessista.
• Fosforylaatio: koostuu fosfaattiryhmän lisäämisestä. Translaation jälkeinen modifikaatio liittyy energiansiirtoon solutasolla.
• Metylointi: lisää metyyliryhmä. Se on epigeneettinen prosessi, koska DNA: n metylaatio estää tiettyjen kohdegeenien transkriptiota.
• Hydroksylointi: hydroksyyliryhmän (OH) lisääminen. Esimerkiksi hydroksyyliryhmän lisääminen proliiniin on välttämätön vaihe kollageenin muodostumiselle elävissä olennoissa.
• Nitraus: nitroryhmän lisääminen.

Funktionaalisten ryhmien lisäämiseksi on olemassa paljon enemmän mekanismeja, koska myös nitrosylaatio, glykosylaatio, glykaatio tai prenylaatio on kirjattu.. Lääkkeiden muodostumisesta biologisten kudosten synteesiin kaikki nämä prosessit ovat välttämättömiä lajimme selviytymiselle tavalla tai toisella.

Kuten olemme aiemmin sanoneet, ihmisen genomi sisältää 25 000 geeniä, mutta ihmisen proteomi sisältää lajimme (solussa ilmaistujen proteiinien kokonaismäärä) on noin miljoona proteiiniyksikköä. Lähettimen RNA: n liittämisen lisäksi translaation jälkeiset modifikaatiot ovat ihmisproteiinien monimuotoisuuden perusta, koska ne pystyvät lisäämään pieniä molekyylejä kovalenttisten sidosten kautta, jotka muuttavat täysin polypeptidin toiminnallisuutta.

Spesifisten ryhmien lisäämisen lisäksi on myös modifikaatioita, jotka yhdistävät proteiinit yhteen. Esimerkki tästä on sumoylaatio, joka lisää miniatyyriproteiinin (pieni ubikitiiniin liittyvä modifioija, SUMO) kohdeproteiineihin. Proteiinien hajoaminen ja ydinvoiman lokalisointi ovat joitain tämän prosessin vaikutuksista.

Toinen tärkeä lisäaine translaation jälkeinen mekanismi on ubikvitinaatio, joka nimensä mukaan lisää ubikitiinia kohdeproteiiniin. Yksi tämän prosessin monista tehtävistä on ohjata proteiinien kierrätystä, koska ubikitiini sitoutuu polypeptideihin, jotka on tuhottava.

Tänään, noin 200 erilaista translaation jälkeistä muunnosta on havaittu, jotka vaikuttavat moniin solun toiminnallisuuden näkökohtiin, muun muassa mekanismeihin, kuten aineenvaihduntaan, signaalitransduktioon ja itse proteiinin vakauteen. Yli 60% translaation jälkeisistä modifikaatioista johtuvista proteiiniosista liittyy proteiinin alue, joka on vuorovaikutuksessa suoraan muiden molekyylien kanssa, tai mikä on sama, sen keskusta aktiivinen.

• Saatat olla kiinnostunut: "DNA-käännös: mikä se on ja mitkä ovat sen vaiheet"

Translaation jälkeiset muutokset ja patologiset kuvat

Näiden mekanismien tuntemus on sinänsä aarre yhteiskunnalle, mutta asioita saa vielä enemmän mielenkiintoista, kun huomasimme, että translaation jälkeisillä muutoksilla on hyötyä myös kentällä lääkäri.

Proteiinit, joissa on sekvenssi CAAX, kysteiini (C) - alifaattinen tähde (A) - alifaattinen tähde (A) - mikä tahansa aminohappo (X), ovat osa monia molekyylejä, joissa on ydinlamellit, ovat välttämättömiä erilaisissa säätelyprosesseissa ja lisäksi Niitä on myös sytoplasman kalvojen pinnalla (este, joka rajaa solun sisäosan Ulkopuoli). CAAX-sekvenssi on historiallisesti liitetty sairauksien kehittymiseen, koska se säätelee sitä esittelevien proteiinien translaation jälkeisiä modifikaatioita.

Kuten Euroopan komissio on todennut artikkelissa CAAX Protein Processing in Human DIsease: From Cancer to Progeria, tänään yrittää käyttää syövän ja progerian terapeuttisina kohteina entsyymejä, jotka prosessoivat proteiineja sekvenssin kanssa CAAX. Tulokset ovat molekyylitasolla liian monimutkaisia ​​kuvaamaan tässä tilassa, mutta tosiasia, että ne ovat Translaation jälkeisten modifikaatioiden käyttö tutkimuskohteena sairauksissa osoittaa sen selvästi merkitys.

Jatkaa

Kaikista näillä riveillä esitetyistä tiedoista haluamme korostaa yhtä erityisen tärkeää: Ihmisen genomissa on noin 25 000 erilaista geeniä, mutta soluproteomi on miljoona proteiinia. Tämä luku on mahdollista translaation jälkeisten modifikaatioiden ansiosta, jotka lisäävät funktionaalisia ryhmiä ja yhdistävät proteiineja niiden välille makromolekyylin spesifisyyden antamiseksi.

Jos haluamme sinun säilyttävän keskeisen idean, tämä on seuraava: DNA transkriptoidaan messenger-RNA: ksi, joka kulkee ytimestä solun sytoplasmaan. Tässä se muunnetaan proteiiniksi (josta se sisältää ohjeet kodonien muodossa) siirto-RNA: n ja ribosomien avulla. Tämän monimutkaisen prosessin jälkeen tapahtuu translaation jälkeisiä modifikaatioita, jotta protopeptidille saadaan lopullinen toiminnallisuus.

Bibliografiset viitteet:

• Jensen, O. N. (2004). Modifikaatiokohtainen proteomiikka: translaation jälkeisten modifikaatioiden karakterisointi massaspektrometrialla. Nykyinen mielipide kemiallisessa biologiassa, 8 (1), 33-41.
• Krishna, R. G., & Wold, F. (1993). Proteiinien translaation jälkeiset modifikaatiot. Menetelmät proteiinisekvenssianalyysissä, 167-172.
• Mann, M., & Jensen, O. N. (2003). Translaation jälkeisten modifikaatioiden proteoominen analyysi. Luonnon biotekniikka, 21 (3), 255-261.
• Scott, I., Yamauchi, M., ja Sricholpech, M. (2012). Lysiinin kollageenin translaation jälkeiset modifikaatiot. Esseet biokemiassa, 52, 113-133.
• Seet, B. T., Dikic, I., Zhou, M. M., & Pawson, T. (2006). Proteiinimodifikaatioiden lukeminen vuorovaikutusalueilla. Luonto-arvostelut Molecular cell biology, 7 (7), 473-483.
• Seo, J. W., & Lee, K. J. (2004). Translaation jälkeiset modifikaatiot ja niiden biologiset toiminnot: proteoominen analyysi ja systemaattiset lähestymistavat. BMB-raportit, 37 (1), 35-44.
• Snider, N. T. & Omary, M. B. (2014). Välituotehakuproteiinien translaation jälkeiset modifikaatiot: mekanismit ja toiminnot. Luonto-arvostelut Molecular cell biology, 15 (3), 163-177.
• Westermann, S., & Weber, K. (2003). Translaation jälkeiset muutokset säätelevät mikrotubulusten toimintaa. Nature review Molecular cell biology, 4 (12), 938-948.