Modifikasi pasca-translasi: apa itu dan bagaimana kaitannya dengan penyakit

Protein adalah makromolekul kehidupan. Mereka mewakili 80% dari protoplasma dehidrasi dari seluruh sel dan membentuk sekitar 50% dari berat kering semua jaringan kita, sehingga pertumbuhan jaringan, biosintesis dan perbaikan sepenuhnya bergantung pada mereka.

Asam amino adalah unit dasar protein, karena melalui ikatan peptida yang berurutan, molekul-molekul ini membentuk rantai protein yang kita ketahui dari pelajaran biologi. Asam amino terdiri dari karbon (C), oksigen (O), nitrogen (N) dan Hidrogen (H), 4 dari 5 bioelemen yang membentuk 96% massa sel Bumi. Sebagai gambaran, kita memiliki 550 gigaton karbon organik di planet ini, 80% di antaranya berasal dari materi tumbuhan yang mengelilingi kita.

Proses sintesis protein di dalam sel adalah tarian kompleks antara DNA, RNA, enzim, dan rantai perakitan. Dalam kesempatan ini, Kami akan memberi tahu Anda beberapa sapuan kuas umum tentang pembentukan protein pada tingkat sel, dengan penekanan khusus pada modifikasi pasca-translasi.

• Artikel terkait: "20 jenis protein dan fungsinya dalam tubuh"

Dasar Sintesis Protein dalam Sel

Pertama-tama, kita harus meletakkan dasar-dasar tertentu. Manusia memiliki informasi genetiknya di dalam nukleus (tidak termasuk DNA mitokondria), dan ini memiliki beberapa urutan pengkodean untuk protein atau RNA, yang disebut gen. Berkat proyek Genom Manusia, kita tahu bahwa spesies kita memiliki sekitar 20.000-25.000 gen pengkode, yang hanya mewakili 1,5% dari total DNA dalam tubuh kita..

DNA terdiri dari nukleotida, yang terdiri dari 4 jenis, menurut basa nitrogen yang mereka hadir: adenin (A), guanin (G), sitosin (C) dan timin (T). Setiap asam amino dikodekan oleh triplet nukleotida, yang dikenal sebagai "kodon." Kami memberi Anda contoh beberapa kembar tiga:

GCU, GCC, GCA, GCG

Semua triplet atau kodon ini mengkode asam amino alanin, secara bergantian. Bagaimanapun, ini tidak datang langsung dari gen, melainkan segmen RNA, yang diperoleh dari transkripsi DNA inti. Jika Anda mengetahui tentang genetika, Anda mungkin telah memperhatikan bahwa salah satu kodon memiliki urasil (U), analog timin (T) dari RNA.

Yang seperti itu, Selama transkripsi, RNA pembawa pesan terbentuk dari informasi yang ada dalam gen dan berjalan di luar nukleus, ke ribosom, yang terletak di sitoplasma sel.. Di sini, ribosom "membaca" kodon yang berbeda dan "menerjemahkan" mereka menjadi rantai asam amino, yang dibawa satu per satu oleh RNA transfer. Kami memberi Anda satu contoh lagi:

GCU-UUU-UCA-CGU

Masing-masing dari 4 kode kodon ini, masing-masing, untuk asam amino alanin, fenilalanin, serin dan arginin. Contoh teoretis ini adalah tetrapeptida (oligopeptida), karena untuk menjadi protein umum, ia harus mengandung setidaknya 100 asam amino ini. Bagaimanapun, penjelasan ini mencakup, secara umum, proses transkripsi dan translasi yang menghasilkan protein di dalam sel.

• Anda mungkin tertarik pada: "Bagian terpenting dari sel dan organel: gambaran umum"

Apa itu modifikasi pasca-translasi?

Modifikasi pasca-translasi (PTM) mengacu pada perubahan kimia yang dialami protein setelah disintesis di ribosom ribosom. Transkripsi dan translasi memunculkan propeptida, yang harus dimodifikasi untuk mencapai fungsi sebenarnya dari agen protein. Perubahan ini dapat terjadi melalui mekanisme enzimatik atau non-enzimatik.

Salah satu modifikasi pasca-translasi yang paling umum adalah penambahan gugus fungsi. Dalam daftar berikut, kami memberikan beberapa contoh peristiwa biokimia ini.

• Asilasi: terdiri dari penambahan gugus asil. Senyawa yang menyumbangkan gugus ini dikenal sebagai "gugus pengasilasi". Aspirin, misalnya, berasal dari proses asilasi.
• Fosforilasi: terdiri dari penambahan gugus fosfat. Ini adalah modifikasi pasca-translasi yang dikaitkan dengan transfer energi pada tingkat sel.
• Metilasi: menambahkan gugus metil. Ini adalah proses epigenetik, karena metilasi DNA mencegah transkripsi gen target tertentu.
• Hidroksilasi: penambahan gugus hidroksil (OH). Penambahan gugus hidroksil ke prolin, misalnya, merupakan langkah penting untuk pembentukan kolagen pada makhluk hidup.
• Nitrasi: penambahan gugus nitro.

Ada lebih banyak mekanisme untuk menambahkan gugus fungsi, karena nitrosilasi, glikosilasi, glikasi atau prenilasi juga telah dicatat.. Dari pembentukan obat hingga sintesis jaringan biologis, semua proses ini penting untuk kelangsungan hidup spesies kita, dalam satu atau lain cara.

Seperti yang telah kami katakan sebelumnya, genom manusia mengandung 25.000 gen, tetapi proteom manusia mengandung spesies kita (total protein yang diekspresikan dalam sel) adalah sekitar satu juta unit protein. Selain penyambungan RNA pembawa pesan, modifikasi pasca-translasi adalah dasar keanekaragaman protein pada manusia, karena mereka mampu menambahkan molekul kecil melalui ikatan kovalen yang sepenuhnya mengubah fungsi polipeptida.

Selain penambahan kelompok tertentu, ada juga modifikasi yang menghubungkan protein bersama. Contohnya adalah sumoylation, yang menambahkan protein mini (pengubah kecil terkait ubiquitin, SUMO) ke protein target. Degradasi protein dan lokalisasi nukleus adalah beberapa efek dari proses ini.

Mekanisme pasca-translasi aditif penting lainnya adalah ubiquitination, yang, seperti namanya, menambahkan ubiquitin ke protein target. Salah satu dari banyak fungsi dari proses ini adalah untuk mengarahkan daur ulang protein, karena ubiquitin mengikat polipeptida yang harus dihancurkan.

Hari ini, sekitar 200 modifikasi pasca-translasi yang berbeda telah terdeteksi, yang mempengaruhi banyak aspek fungsi sel, di antaranya adalah mekanisme seperti metabolisme, transduksi sinyal dan stabilitas protein itu sendiri. Lebih dari 60% bagian protein yang dihasilkan dari modifikasi pasca-translasi dikaitkan dengan area protein yang berinteraksi langsung dengan molekul lain, atau yang sama, pusatnya aktif.

• Anda mungkin tertarik pada: "Penerjemahan DNA: apa itu dan apa fasenya"

Modifikasi pasca-translasi dan gambar patologis

Pengetahuan tentang mekanisme ini sendiri merupakan harta bagi masyarakat, tetapi segalanya menjadi lebih dari itu menarik ketika kami menemukan bahwa modifikasi pasca-translasi juga memiliki kegunaan di lapangan dokter.

Protein yang memiliki di dalamnya urutan CAAX, sistein (C) - residu alifatik (A) - residu alifatik (A) - apa saja asam amino (X), adalah bagian dari banyak molekul dengan lamina inti, sangat penting dalam berbagai proses pengaturan dan, di samping itu, Mereka juga hadir di permukaan membran sitoplasma (penghalang yang membatasi bagian dalam sel) Eksterior). Urutan CAAX secara historis dikaitkan dengan perkembangan penyakit, karena mengatur modifikasi pasca-translasi dari protein yang menyajikannya..

Seperti yang ditunjukkan oleh Komisi Eropa dalam artikel Pemrosesan Protein CAAX pada Penyakit Manusia: Dari Kanker hingga Progeria, hari ini sedang mencoba menggunakan sebagai target terapi untuk kanker dan progeria, enzim yang memproses protein dengan urutan CAAX. Hasilnya terlalu kompleks pada tingkat molekuler untuk dijelaskan di ruang ini, tetapi faktanya adalah Penggunaan modifikasi pasca-translasi sebagai objek studi penyakit menunjukkan hal yang jelas pentingnya.

Lanjut

Dari semua data yang disajikan dalam baris ini, kami ingin menyoroti salah satu yang sangat penting: Manusia memiliki sekitar 25.000 gen berbeda dalam genom kita, tetapi proteom seluler berjumlah satu juta protein. Angka ini dimungkinkan berkat modifikasi pasca-translasi, yang menambahkan kelompok fungsional dan menghubungkan protein di antara mereka, untuk memberikan spesifisitas pada makromolekul.

Jika kami ingin Anda menyimpan ide sentral, berikut ini: DNA ditranskripsi menjadi RNA pembawa pesan, yang berjalan dari nukleus ke sitoplasma sel. Di sini, ia diterjemahkan ke dalam protein (dari mana ia menyimpan instruksinya dalam bentuk kodon), dengan bantuan RNA transfer dan ribosom. Setelah proses yang kompleks ini, modifikasi pasca-translasi terjadi, untuk memberikan protopeptida fungsionalitas definitifnya.

Referensi bibliografi:

• Jensen, O. N (2004). Proteomik khusus modifikasi: karakterisasi modifikasi pasca-translasi dengan spektrometri massa. Pendapat terkini dalam biologi kimia, 8 (1), 33-41.
• Krisna, R G., & Wold, F. (1993). Modifikasi protein pasca-translasi. Metode dalam analisis urutan protein, 167-172.
• Mann, M., & Jensen, O. N (2003). Analisis proteomik modifikasi pasca-translasi. Bioteknologi alam, 21 (3), 255-261.
• Scott, I., Yamauchi, M., & Sricholpech, M. (2012). Modifikasi kolagen pasca-translasi lisin. Esai dalam biokimia, 52, 113-133.
• Seet, B. T., Dikic, I., Zhou, M. M., & Pawson, T. (2006). Membaca modifikasi protein dengan domain interaksi. Tinjauan Alam Biologi sel molekuler, 7 (7), 473-483.
• Seo, J. W., & Lee, K. J (2004). Modifikasi pasca-translasi dan fungsi biologisnya: analisis proteomik dan pendekatan sistematis. Laporan BMB, 37 (1), 35-44.
• Snider, N. T., & Omar, M. B (2014). Modifikasi pasca-translasi protein filamen menengah: mekanisme dan fungsi. Tinjauan Alam Biologi sel molekuler, 15 (3), 163-177.
• Westermann, S., & Weber, K. (2003). Modifikasi pasca-translasi mengatur fungsi mikrotubulus. Tinjauan Alam Biologi sel molekuler, 4 (12), 938-948.