שינויים שלאחר התרגום: מה הם ואיך הם קשורים למחלה

חלבונים הם מקרומולקולות החיים. הם מייצגים 80% מהפרוטופלזמה המיובשת של כל התא ויוצרים כ- 50% מהמשקל היבש של כל הרקמות שלנו, ולכן גידול רקמות, ביוסינתזה ותיקון תלויים בהן לחלוטין.

חומצת האמינו היא היחידה הבסיסית של החלבון, מכיוון שדרך קשרי פפטיד עוקבים מולקולות אלו מולידות את שרשראות החלבון המוכרות לנו משיעורי ביולוגיה. חומצות אמינו מורכבות מפחמן (C), חמצן (O), חנקן (N) ומימן (H), 4 מתוך 5 היסודות הביולוגיים המהווים 96% ממסת התאים של כדור הארץ. כדי לתת לך מושג, יש לנו 550 ג'יגה טון של פחמן אורגני על פני כדור הארץ, 80% מהם מגיעים מחומר הצומח שמקיף אותנו.

תהליך סינתזת החלבון בתוך התא הוא ריקוד מורכב בין DNA, RNA, אנזימים ושרשראות הרכבה. בהזדמנות זו, אנו נספר לכם כמה משיכות מכחול כלליות ליצירת חלבונים ברמה התאית, עם דגש מיוחד על שינויים שלאחר התרגום..

• מאמר קשור: "20 סוגי החלבונים ותפקידיהם בגוף"

הבסיס לסינתזת החלבון בתא

קודם כל, עלינו להניח יסודות מסוימים. לאדם יש את המידע הגנטי שלו בתוך הגרעין (לא מונה את ה- DNA המיטוכונדריאלי), ויש לזה כמה רצפי קידוד של חלבונים או RNA, הנקראים גנים. הודות לפרויקט הגנום האנושי אנו יודעים כי למין שלנו ישנם כ- 20,000-25,000 גנים מקודדים, המהווים רק 1.5% מסך ה- DNA בגופנו

.

ה- DNA מורכב מנוקליאוטידים, שהם מ -4 סוגים, על פי בסיס החנקן שהם מציגים: אדנין (A), גואנין (G), ציטוזין (C) ותימין (T). כל חומצת אמינו מקודדת על ידי שלישיית נוקלאוטידים, המכונים "קודונים". אנו נותנים לך את הדוגמה של כמה שלישיות:

GCU, GCC, GCA, GCG

כל השלישיות או הקודונים הללו מקודדים עבור חומצת האמינו אלנין, לסירוגין. בכל מקרה, אלה לא מגיעים ישירות מגנים, אלא הם מקטעי RNA, שמתקבלים משעתוק של DNA גרעיני. אם אתה יודע על גנטיקה, אולי שמת לב שאחד מהקודונים מכיל uracil (U), האנלוג של התימין (T) של RNA.

אז זה, במהלך השעתוק נוצר RNA שליח מהמידע הקיים בגנים והוא עובר מחוץ לגרעין, אל הריבוזומים, הנמצאים בציטופלזמה של התא.. כאן, הריבוזומים "קוראים" את הקודונים השונים ו"מתרגמים "אותם לשרשראות של חומצות אמינו, הנישאות בזה אחר זה על ידי ה- RNA המעביר. אנו נותנים לך דוגמה נוספת:

GCU-UUU-UCA-CGU

כל אחד מ -4 קודונים אלה מקודד, בהתאמה, עבור חומצות האמינו אלנין, פנילאלנין, סרין וארגינין. דוגמה תיאורטית זו תהיה טטרפפטיד (אוליגופפטיד), שכן כדי להיות חלבון נפוץ, עליו להכיל לפחות 100 מחומצות אמינו אלה. בכל מקרה, הסבר זה מכסה, באופן כללי, את תהליכי התעתיק והתרגום שמולידים חלבונים בתוך התאים.

• אתה עשוי להתעניין ב: "החלקים החשובים ביותר בתא ובאברונים: סקירה כללית"

מהם שינויים שלאחר התרגום?

שינויים לאחר תרגום (PTM) מתייחסים השינויים הכימיים שעוברים על חלבונים לאחר שהם מסונתזים בריבוזומים. תעתיק ותרגום מולידים פרופרטידים, אותם יש לשנות כדי להשיג בסופו של דבר את הפונקציונליות האמיתית של חומר החלבון. שינויים אלה יכולים להתרחש באמצעות מנגנונים אנזימטיים או לא אנזימטיים.

אחד השינויים הנפוצים ביותר לאחר התרגום הוא הוספת קבוצה פונקציונלית. ברשימה הבאה אנו נותנים לך כמה דוגמאות לאירוע ביוכימי זה.

• Acylation: מורכב מתוספת של קבוצת acyl. המתחם שתורם קבוצה זו מכונה "הקבוצה המצטברת". אספירין, למשל, מגיע מתהליך אצילציה.
• זרחון: מורכב מתוספת של קבוצת פוספט. השינוי שלאחר התרגום קשור בהעברת אנרגיה ברמה התאית.
• מתילציה: הוסף קבוצת מתיל. זהו תהליך אפיגנטי, מכיוון שמתילציה של DNA מונעת תעתיק של גני יעד מסוימים.
• הידרוקסילציה: תוספת של קבוצת הידרוקסיל (OH). תוספת קבוצת ההידרוקסיל לפרולין, למשל, היא שלב חיוני ליצירת קולגן ביצורים חיים.
• ניטרציה: תוספת של קבוצת ניטרו.

ישנם מנגנונים רבים נוספים להוספת קבוצות פונקציונליות, שכן נרשמו גם ניטרוסילציה, גליקוזילציה, גליקציה או פרנילציה.. החל מהיווצרות תרופות ועד סינתזת רקמות ביולוגיות, כל התהליכים הללו חיוניים להישרדותם של המינים שלנו, באופן כזה או אחר.

כפי שאמרנו בעבר, הגנום האנושי מכיל 25,000 גנים, אך הפרוטאום האנושי מכיל המין שלנו (סך החלבונים המתבטאים בתא) הוא כמיליון יחידות חלבון. בנוסף לאיחוד ה- RNA של המסנג'ר, שינויים שלאחר התרגום הם הבסיס למגוון החלבונים בבני אדם, מכיוון שהם מסוגלים להוסיף מולקולות קטנות באמצעות קשרים קוולנטיים המשנים לחלוטין את הפונקציונליות של הפוליפפטיד.

בנוסף לתוספת של קבוצות ספציפיות, ישנם גם שינויים המקשרים חלבונים יחד. דוגמה לכך היא sumoylation, שמוסיף חלבון מיניאטורי (שינוי קטן הקשור לאוביקוויטין, SUMO) למטרת חלבונים. השפלה של חלבונים ולוקליזציה גרעינית הם חלק מההשפעות של תהליך זה.

מנגנון תוסף חשוב נוסף לאחר התרגום הוא היוביקווינציה, שכשמו כן הוא מוסיף יוביקוויטין לחלבון היעד. אחד התפקידים המרובים של תהליך זה הוא הפעלת מחזור חלבונים מכיוון שהאוביקוויטין נקשר לפוליפפטידים שיש להשמיד אותם.

היום, אותרו כ- 200 שינויים שונים לאחר התרגום, המשפיעים על היבטים רבים של פונקציונליות התאים, ביניהם מנגנונים כמו חילוף חומרים, התמרת אותות ויציבות החלבון עצמה. יותר מ 60% מקטעי החלבון הנובעים משינויים שלאחר התרגום קשורים אזור החלבון אשר מתקשר ישירות עם מולקולות אחרות, או מה זהה, מרכזו פָּעִיל.

• אתה עשוי להתעניין ב: "תרגום DNA: מה זה ומה השלבים שלו"

שינויים לאחר תרגום ותמונות פתולוגיות

הכרת המנגנונים הללו היא כשלעצמה אוצר עבור החברה, אך הדברים מקבלים עוד יותר מעניין כשגילינו שלשינויים שלאחר התרגום יש גם שימוש בתחום דוֹקטוֹר.

חלבונים שיש בהם את הרצף CAAX, ציסטאין (C) - שאריות אליפטיות (A) - שאריות אליפטיות (A) - כל חומצות אמיניות (X), הן חלק ממולקולות רבות בעלות שכבות גרעיניות, חיוניות בתהליכי ויסות שונים ובנוסף, הם נמצאים גם על פני קרום הציטופלזמה (המחסום התוחם את פנים התא של חִיצוֹנִי). רצף ה- CAAX נקשר באופן היסטורי להתפתחות מחלות, מכיוון שהוא שולט בשינויים שלאחר התרגום של החלבונים המציגים אותו..

כפי שצוינה הנציבות האירופית במאמר עיבוד חלבונים CAAX במחלות אנוש: מסרטן לפרוגריה, היום מנסה להשתמש כמטרות טיפוליות לסרטן ולפרוגריה באנזימים המעבדים חלבונים עם הרצף CAAX. התוצאות מורכבות מדי ברמה המולקולרית לתיאור במרחב זה, אך העובדה שכן השימוש בשינויים שלאחר התרגום כמושא מחקר במחלות מראה שהוא ברור חֲשִׁיבוּת.

קורות חיים

מבין כל הנתונים המוצגים בשורות אלה, אנו רוצים להדגיש אחד בעל חשיבות מיוחדת: לבני אדם יש כ -25,000 גנים שונים בגנום שלנו, אך הפרוטאום התאי מסתכם במיליון חלבונים. נתון זה אפשרי הודות לשינויים שלאחר התרגום, המוסיפים קבוצות פונקציונליות ומקשרים חלבונים ביניהם, על מנת לתת ספציפיות למקרומולקולה.

אם אנו רוצים שתשמור על רעיון מרכזי, זה הדבר הבא: DNA מועתק ל- RNA של שליח, שעובר מהגרעין לציטופלזמה של התא. כאן זה מתורגם לחלבון (ממנו הוא מכיל את הוראותיו בצורה של קודונים), בעזרת העברת RNA וריבוזומים. לאחר תהליך מורכב זה, מתרחשים שינויים לאחר תרגום, על מנת לתת לפרוטופפטיד את הפונקציונליות הסופית שלו.

הפניות ביבליוגרפיות:

• ג'נסן, או. נ. (2004). פרוטאומיקה ספציפית לשינוי: אפיון של שינויים לאחר תרגום על ידי ספקטרומטר מסה. חוות הדעת הנוכחית בביולוגיה כימית, 8 (1), 33-41.
• קרישנה, ​​ר. ג ', וולד, פ. (1993). שינויים לאחר תרגום של חלבונים. שיטות בניתוח רצף חלבונים, 167-172.
• מאן, מ 'וג'נסן, או. נ. (2003). ניתוח פרוטאומי של שינויים לאחר תרגום. ביוטכנולוגיה טבעית, 21 (3), 255-261.
• סקוט, I., Yamauchi, M., & Sricholpech, M. (2012). שינויים בליזין לאחר תרגום של קולגן. מאמרים בביוכימיה, 52, 113-133.
• סיט, ב. T., Dikic, I., Zhou, M. מ ', ופוסון, ט' (2006). קריאת שינויים בחלבון עם תחומי אינטראקציה. סקירות טבע ביולוגיה של תאים מולקולריים, 7 (7), 473-483.
• Seo, J. W., & Lee, K. י. (2004). שינויים לאחר תרגום ותפקידיהם הביולוגיים: ניתוח פרוטאומי וגישות שיטתיות. דוחות BMB, 37 (1), 35-44.
• סניידר, נ. T., & Omary, M. ב. (2014). שינויים לאחר תרגום של חלבוני נימה ביניים: מנגנונים ותפקודים. סקירות טבע ביולוגיה של תאים מולקולריים, 15 (3), 163-177.
• ווסטרמן, ש ', וובר, ק. (2003). שינויים לאחר תרגום מווסתים את תפקוד המיקרובולה. סקירות טבע ביולוגיה של תאים מולקולריים, 4 (12), 938-948.