Pēc translācijas veiktas modifikācijas: kādi tie ir un kā tie ir saistīti ar slimību

Olbaltumvielas ir dzīves makromolekulas. Tie veido 80% no visas šūnas dehidrētās protoplazmas un veido apmēram 50% no organisma sausā svara visi mūsu audi, tāpēc audu augšana, biosintēze un atjaunošanās ir pilnībā atkarīga no tiem.

Aminoskābe ir proteīna pamata vienība, jo, izmantojot secīgas peptīdu saites, šīs molekulas rada olbaltumvielu ķēdes, kuras mēs zinām no bioloģijas stundām. Aminoskābes veido ogleklis (C), skābeklis (O), slāpeklis (N) un ūdeņradis (H), 4 no 5 bioelementiem, kas veido 96% no Zemes šūnu masas. Lai dotu jums priekšstatu, uz planētas mums ir 550 gigatoni organiskā oglekļa, no kuriem 80% nāk no augu vielas, kas mūs ieskauj.

Olbaltumvielu sintēzes process šūnā ir sarežģīta deja starp DNS, RNS, fermentiem un montāžas ķēdēm. Izmantojot šo iespēju, Mēs jums pateiksim dažus vispārīgus olbaltumvielu veidošanās šūnas šūnu līmenī, īpašu uzmanību pievēršot modifikācijām pēc translācijas.

• Saistītais raksts: "20 olbaltumvielu veidi un to funkcijas organismā"

Olbaltumvielu sintēzes pamats šūnā

Pirmkārt, mums ir jānosaka noteikti pamati. Cilvēka ģenētiskā informācija atrodas kodolā (neskaitot mitohondriju DNS), un tam ir dažas olbaltumvielu vai RNS kodēšanas sekvences, ko sauc par gēniem. Pateicoties cilvēka genoma projektam, mēs zinām, ka mūsu sugai ir aptuveni 20 000-25 000 kodējošu gēnu, kas veido tikai 1,5% no kopējā mūsu ķermeņa DNS.

DNS sastāv no nukleotīdiem, kas ir 4 veidu atkarībā no tajos esošās slāpekļa bāzes: adenīna (A), guanīna (G), citozīna (C) un timīna (T). Katru aminoskābi kodē nukleotīdu triplets, kas pazīstams kā "kodons". Mēs sniedzam jums dažus trīskāršus:

GCU, GCC, GCA, GCG

Visi šie trīskāršie vai kodoni savstarpēji aizstāj aminoskābi alanīnu. Jebkurā gadījumā tie nenāk tieši no gēniem, bet drīzāk ir RNS segmenti, kas iegūti no kodola DNS transkripcijas. Ja jūs zināt par ģenētiku, iespējams, pamanījāt, ka vienā no kodoniem ir uracils (U), RNS timīna (T) analogs.

Tā, Transkripcijas laikā no gēnos esošās informācijas tiek veidota kurjera RNS, kas pārvietojas ārpus kodola, uz ribosomām, kas atrodas šūnas citoplazmā.. Šeit ribosomas "nolasa" dažādos kodonus un "pārtulko" tos aminoskābju ķēdēs, kuras pa vienam nes pārneses RNS. Mēs sniedzam jums vēl vienu piemēru:

GCU-UUU-UCA-CGU

Katrs no šiem 4 kodoniem attiecīgi kodē alanīna, fenilalanīna, serīna un arginīna aminoskābes. Šis teorētiskais piemērs būtu tetrapeptīds (oligopeptīds), jo, lai tas būtu kopīgs proteīns, tajā jābūt vismaz 100 šīm aminoskābēm. Jebkurā gadījumā šis skaidrojums kopumā aptver transkripcijas un tulkošanas procesus, kas šūnās rada olbaltumvielas.

• Jūs varētu interesēt: "Svarīgākās šūnu un organellu daļas: pārskats"

Kas ir modifikācijas pēc tulkošanas?

Pēctulkojuma modifikācijas (PTM) attiecas uz ķīmiskās izmaiņas, kas notiek olbaltumvielās, tiklīdz tās ir sintezētas ribosomās. Transkripcijas un tulkošanas rezultātā rodas propeptīdi, kas jāmaina, lai galu galā sasniegtu proteīna aģenta patieso funkcionalitāti. Šīs izmaiņas var notikt, izmantojot fermentatīvus vai nefermentālus mehānismus.

Viena no visizplatītākajām pēctulkojuma modifikācijām ir funkcionālās grupas pievienošana. Šajā sarakstā mēs sniedzam dažus šī bioķīmiskā notikuma piemērus.

• Acilēšana: sastāv no acilgrupas pievienošanas. Savienojums, kas ziedo šo grupu, ir pazīstams kā "acilējošā grupa". Piemēram, aspirīns nāk no acilēšanas procesa.
• Fosforilēšana: sastāv no fosfātu grupas pievienošanas. Tieši pēctulkojuma modifikācija ir saistīta ar enerģijas pārnesi šūnu līmenī.
• Metilēšana: pievieno metilgrupu. Tas ir epigenētisks process, jo DNS metilēšana novērš noteiktu mērķa gēnu transkripciju.
• Hidroksilēšana: hidroksilgrupas (OH) pievienošana. Piemēram, hidroksilgrupas pievienošana prolīnam ir būtisks solis kolagēna veidošanās dzīvās būtnēs.
• Nitrēšana: nitrogrupas pievienošana.

Funkcionālo grupu pievienošanai ir daudz vairāk mehānismu, jo ir reģistrēta arī nitrozilēšana, glikozilēšana, glikācija vai prenilēšana.. Sākot no narkotiku veidošanās līdz bioloģisko audu sintēzei, visi šie procesi vienā vai otrā veidā ir būtiski mūsu sugas izdzīvošanai.

Kā mēs jau iepriekš teicām, cilvēka genomā ir 25 000 gēnu, bet cilvēka proteomā ir mūsu suga (šūnā izteikto olbaltumvielu kopskaits) ir aptuveni miljons olbaltumvielu vienību. Līdztekus kurjera RNS savienošanai, pēctranslācijas modifikācijas ir cilvēku olbaltumvielu daudzveidības pamats, jo tie spēj pievienot mazas molekulas caur kovalentām saitēm, kas pilnībā maina polipeptīda funkcionalitāti.

Papildus specifisku grupu pievienošanai ir arī modifikācijas, kas savieno olbaltumvielas kopā. Piemērs tam ir sumoilēšana, kas mērķa olbaltumvielām pievieno miniatūru olbaltumvielu (nelielu ar ubiquitin saistītu modifikatoru, SUMO). Olbaltumvielu noārdīšanās un kodola lokalizācija ir daži no šī procesa sekām.

Vēl viens svarīgs piedevas posttranslācijas mehānisms ir ubikvitinācija, kas, kā norāda tās nosaukums, mērķa proteīnam pievieno ubikvitīnu. Viena no daudzajām šī procesa funkcijām ir virzīt olbaltumvielu pārstrādi, jo ubikvitīns saistās ar polipeptīdiem, kuri jāiznīcina.

Šodien tika atklātas aptuveni 200 dažādas modifikācijas pēc tulkojuma, kas ietekmē daudzus šūnu funkcionalitātes aspektus, tostarp tādus mehānismus kā vielmaiņa, signāla transdukcija un pati olbaltumvielu stabilitāte. Vairāk nekā 60% olbaltumvielu sekciju, kas rodas pēctranslācijas modifikāciju rezultātā, ir saistītas ar olbaltumvielu laukums, kas tieši mijiedarbojas ar citām molekulām, vai kas ir tas pats, tā centrs aktīvs.

• Jūs varētu interesēt: "DNS tulkojums: kas tas ir un kādi ir tā fāzes"

Pēctulkojuma modifikācijas un patoloģiski attēli

Zināšanas par šiem mehānismiem pati par sevi ir dārgums sabiedrībai, bet lietas iegūst vēl vairāk interesanti, kad mēs atklājām, ka arī pēctulkojuma modifikācijām ir lietderība šajā jomā ārsts.

Olbaltumvielas, kuru iekšpusē ir sekvence CAAX, cisteīns (C) - alifātiskais atlikums (A) - alifātiskais atlikums (A) - jebkurš aminoskābe (X) ir daļa no daudzām molekulām ar kodola plāksnēm, ir būtiska dažādos regulēšanas procesos un Tie atrodas arī uz citoplazmas membrānu virsmas (barjera, kas norobežo šūnu šūnu iekšpusi. Ārpuse). CAAX secība vēsturiski ir bijusi saistīta ar slimību attīstību, jo tā regulē olbaltumvielu pēctranslācijas modifikācijas, kas to rada.

Kā šodien norādījusi Eiropas Komisija rakstā CAAX Protein Processing in Human DIsease: From Cancer to Progeria, today mēģina kā vēža un progērijas terapeitiskos mērķus izmantot fermentus, kas pēc kārtas pārstrādā olbaltumvielas CAAX. Rezultāti ir pārāk sarežģīti molekulārā līmenī, lai tos aprakstītu šajā telpā, bet fakts, ka tie ir Pēc translācijas veikto modifikāciju izmantošana kā pētījumu objekts slimībās parāda to skaidri nozīme.

Turpināt

No visiem šajās rindās sniegtajiem datiem mēs vēlamies uzsvērt vienu īpaši svarīgu: Cilvēka mūsu genomā ir aptuveni 25 000 dažādu gēnu, bet šūnu proteoma daudzums ir miljons olbaltumvielu. Šis skaitlis ir iespējams, pateicoties pēctranslācijas modifikācijām, kas pievieno funkcionālās grupas un savieno olbaltumvielas starp tām, lai piešķirtu makromolekulai specifiskumu.

Ja mēs vēlamies, lai jūs saglabātu centrālo ideju, tas ir šāds: DNS tiek pārrakstīta kurjera RNS, kas no kodola pārvietojas uz šūnu citoplazmu. Šeit tas tiek pārvērsts olbaltumvielā (no kuras kodoni satur savas instrukcijas), ar pārneses RNS un ribosomu palīdzību. Pēc šī sarežģītā procesa notiek pēctulkojuma modifikācijas, lai piešķirtu protopeptīdam tā galīgo funkcionalitāti.

Bibliogrāfiskās atsauces:

• Jensens, O. N. (2004). Modifikācijai raksturīgā proteomika: pēctranslācijas modifikāciju raksturošana ar masu spektrometriju. Pašreizējais viedoklis ķīmiskajā bioloģijā, 8. panta 1. punkts, 33. – 41.
• Krišna, R. G., un Volts, F. (1993). Pēc translācijas olbaltumvielu modifikācijas. Metodes olbaltumvielu secības analīzē, 167.-172.
• Manns, M. un Jensens, O. N. (2003). Pēctulkošanas modifikāciju proteomiskā analīze. Dabas biotehnoloģija, 21 (3), 255-261.
• Skots, I., Jamauči, M. un Šriholpecs, M. (2012). Lizīns pēc translācijas pārveido kolagēnu. Esejas bioķīmijā, 52, 113-133.
• Seets, B. T., Dikičs, I., Džou, M. M., & Pawson, T. (2006). Olbaltumvielu modifikāciju lasīšana ar mijiedarbības domēniem. Dabas pārskati Molekulāro šūnu bioloģija, 7 (7), 473-483.
• Seo, Dž. W., & Lee, K. Dž. (2004). Pēctranslācijas modifikācijas un to bioloģiskās funkcijas: proteomiskā analīze un sistemātiskas pieejas. BMB ziņojumi, 37. panta 1. punkts, 35. – 44.
• Snider, N. T., & Omary, M. B. (2014). Starpposma pavedienu proteīnu modifikācijas pēc translācijas: mehānismi un funkcijas. Dabas pārskati Molekulāro šūnu bioloģija, 15 (3), 163-177.
• Vestermans, S., un Vēbers, K. (2003). Pēc translācijas veiktas modifikācijas regulē mikrotubulu darbību. Dabas pārskati Molekulāro šūnu bioloģija, 4 (12), 938-948.