Post-translationelle modifikasjoner: hva er de og hvordan er de forbundet med sykdommen

Proteiner er livets makromolekyler. De representerer 80% av dehydrert protoplasma i hele cellen og danner ca. 50% av tørrvekten av alle vevene våre, så vevsvekst, biosyntese og reparasjon er helt avhengig av dem.

Aminosyren er den grunnleggende enheten til proteinet, fordi gjennom påfølgende peptidbindinger gir disse molekylene proteinkjedene som vi kjenner fra biologileksjoner. Aminosyrer består av karbon (C), oksygen (O), nitrogen (N) og hydrogen (H), 4 av de 5 bioelementene som utgjør 96% av jordens cellemasse. For å gi deg en ide har vi 550 gigatons organisk karbon på planeten, hvorav 80% kommer fra plantematerialet som omgir oss.

Prosessen med proteinsyntese i cellen er en kompleks dans mellom DNA, RNA, enzymer og monteringskjeder. I denne muligheten, Vi vil fortelle deg noen generelle penselstrøk av dannelsen av proteiner på mobilnivå, med spesiell vekt på endringer etter translasjon.

• Relatert artikkel: "De 20 typer proteiner og deres funksjoner i kroppen"

Grunnlaget for proteinsyntese i cellen

Først og fremst må vi legge visse grunnlag. Mennesket har sin genetiske informasjon i kjernen (teller ikke mitokondrie-DNA), og dette har noen kodende sekvenser for proteiner eller RNA, kalt gener. Takket være Human Genome-prosjektet vet vi at arten vår har 20.000-25.000 kodende gener, som bare representerer 1,5% av total DNA i kroppen vår.

DNA består av nukleotider, som er av 4 typer, i henhold til nitrogenbasen de presenterer: adenin (A), guanin (G), cytosin (C) og tymin (T). Hver aminosyre er kodet av en triplett av nukleotider, som er kjent som "kodoner". Vi gir deg eksemplet på noen få trillinger:

GCU, GCC, GCA, GCG

Alle disse triplettene eller kodonene koder for aminosyren alanin, om hverandre. I alle fall kommer disse ikke direkte fra gener, men snarere er det RNA-segmenter, som er hentet fra transkripsjonen av nukleært DNA. Hvis du vet om genetikk, har du kanskje lagt merke til at en av kodonene har uracil (U), thymin (T) -analogen til RNA.

Så det, Under transkripsjon dannes et budbringer-RNA fra informasjonen som er tilstede i genene, og det beveger seg utenfor kjernen til ribosomene, som ligger i celleplasten.. Her "leser" ribosomene de forskjellige kodonene og "oversetter" dem til aminosyrer, som bæres en etter en av overførings-RNA. Vi gir deg et eksempel til:

GCU-UUU-UCA-CGU

Hver av disse 4 kodonene koder henholdsvis for aminosyrene alanin, fenylalanin, serin og arginin. Dette teoretiske eksemplet vil være et tetrapeptid (oligopeptid), for å være et vanlig protein må det inneholde minst 100 av disse aminosyrene. Uansett dekker denne forklaringen på en generell måte transkripsjons- og oversettelsesprosesser som gir opphav til proteiner i celler.

• Du kan være interessert i: "De viktigste delene av cellen og organellene: en oversikt"

Hva er endringer etter translasjon?

Post-translationelle modifikasjoner (PTM) refererer til de kjemiske endringene som proteiner gjennomgår når de har blitt syntetisert i ribosomer. Transkripsjon og translasjon gir propeptider, som må modifiseres for å til slutt oppnå den virkelige funksjonaliteten til proteinmidlet. Disse endringene kan skje gjennom enzymatiske eller ikke-enzymatiske mekanismer.

En av de vanligste endringene etter translasjon er tillegg av en funksjonell gruppe. I listen nedenfor gir vi deg noen eksempler på denne biokjemiske hendelsen.

• Acylering: består av tilsetning av en acylgruppe. Forbindelsen som donerer denne gruppen er kjent som "acyleringsgruppen." Aspirin kommer for eksempel fra en acyleringsprosess.
• Fosforylering: består av tilsetning av en fosfatgruppe. Det er den posttranslasjonelle modifikasjonen som er forbundet med overføring av energi på mobilnivå.
• Metylering: tilsett en metylgruppe. Det er en epigenetisk prosess, siden DNA-metylering forhindrer transkripsjon av visse målgener.
• Hydroksylering: tilsetning av en hydroksylgruppe (OH). Tilsetningen av hydroksylgruppen til prolin er for eksempel et viktig trinn for dannelsen av kollagen i levende vesener.
• Nitrering: tilsetning av en nitrogruppe.

Det er mange flere mekanismer for tilsetning av funksjonelle grupper, siden nitrosylering, glykosylering, glykering eller prenylering også er registrert.. Fra dannelsen av medikamenter til syntesen av biologiske vev, er alle disse prosessene essensielle for overlevelsen av vår art, på en eller annen måte.

Som vi har sagt tidligere, inneholder det menneskelige genomet 25.000 gener, men det menneskelige proteomet inneholder vår art (totalt protein uttrykt i en celle) er rundt en million proteinenheter. I tillegg til å spleise budbringer-RNA, er endringer etter translasjon grunnlaget for proteindiversitet hos mennesker, da de er i stand til å tilsette små molekyler gjennom kovalente bindinger som fullstendig endrer funksjonaliteten til polypeptidet.

I tillegg til tillegg av spesifikke grupper, er det også modifikasjoner som knytter proteiner sammen. Et eksempel på dette er sumoylering, som tilfører et miniatyrprotein (liten ubiquitin-relatert modifikator, SUMO) for å målrette proteiner. Proteinnedbrytning og kjernefysisk lokalisering er noen av effektene av denne prosessen.

En annen viktig additiv etter translasjonell mekanisme er ubiquitination, som, som navnet antyder, tilfører ubiquitin til målproteinet. En av de mange funksjonene i denne prosessen er å lede resirkulering av proteiner, siden ubiquitin binder seg til polypeptider som må ødelegges.

I dag, rundt 200 forskjellige endringer etter translasjon har blitt oppdaget, som påvirker mange aspekter av cellefunksjonalitet, blant annet er mekanismer som metabolisme, signaltransduksjon og proteinstabilitet i seg selv. Mer enn 60% av proteinseksjonene som skyldes posttranslasjonelle modifikasjoner er assosiert med området av proteinet som samhandler direkte med andre molekyler, eller hva som er det samme, dets sentrum aktiv.

• Du kan være interessert i: "DNA-oversettelse: hva er det og hva er dets faser"

Post-translationelle modifikasjoner og patologiske bilder

Kunnskap om disse mekanismene er i seg selv en skatt for samfunnet, men ting blir enda mer interessant da vi oppdaget at endringer etter translasjon også har nytte i feltet doktor.

Proteiner som inneholder sekvensen CAAX, cystein (C) - alifatisk rest (A) - alifatisk rest (A) - hvilken som helst aminosyre (X), er en del av mange molekyler med kjernelaminat, er essensielle i forskjellige regulatoriske prosesser og i tillegg De er også til stede på overflaten av cytoplasmatiske membraner (barrieren som avgrenser det indre av cellen i Ytre). CAAX-sekvensen har historisk vært assosiert med utvikling av sykdommer, siden den styrer posttranslasjonelle modifikasjoner av proteinene som presenterer den.

Som antydet av EU-kommisjonen i artikkelen CAAX Protein Processing in Human DIsease: From Cancer to Progeria, i dag prøver å bruke enzymer som behandler proteiner med sekvensen som terapeutiske mål for kreft og progeria CAAX. Resultatene er for komplekse på molekylært nivå til å beskrives i dette rommet, men det faktum at de er det Bruken av posttranslasjonelle modifikasjoner som et objekt for studier av sykdommer viser at det er klart betydning.

Gjenoppta

Av alle dataene som er presentert i disse linjene, vil vi trekke frem en av spesiell betydning: Mennesker har omtrent 25 000 forskjellige gener i genomet vårt, men det cellulære proteomet utgjør en million proteiner. Denne figuren er mulig takket være posttranslasjonelle modifikasjoner, som legger til funksjonelle grupper og kobler proteiner mellom dem, for å gi spesifisitet til makromolekylet.

Hvis vi vil at du skal ha en sentral ide, er dette følgende: DNA transkriberes til messenger-RNA, som beveger seg fra kjernen til cellecytoplasmaet. Her oversettes dette til proteinet (hvorfra det inneholder instruksjonene i form av kodoner), ved hjelp av overførings-RNA og ribosomer. Etter denne komplekse prosessen finner vi endringer etter translasjon for å gi protopeptidet sin definitive funksjonalitet.

Bibliografiske referanser:

• Jensen, O. N. (2004). Modifikasjonsspesifikk proteomikk: karakterisering av posttranslasjonelle modifikasjoner ved massespektrometri. Nåværende mening i kjemisk biologi, 8 (1), 33-41.
• Krishna, R. G., & Wold, F. (1993). Post-translationelle modifikasjoner av proteiner. Metoder i proteinsekvensanalyse, 167-172.
• Mann, M., & Jensen, O. N. (2003). Proteomisk analyse av post-translationelle modifikasjoner. Naturbioteknologi, 21 (3), 255-261.
• Scott, I., Yamauchi, M., og Sricholpech, M. (2012). Lysin etter translasjonelle modifikasjoner av kollagen. Essays in biochemistry, 52, 113-133.
• Seet, B. T., Dikic, I., Zhou, M. M., og Pawson, T. (2006). Lese proteinmodifikasjoner med interaksjonsdomener. Naturomtaler Molekylær cellebiologi, 7 (7), 473-483.
• Seo, J. W., & Lee, K. J. (2004). Post-translationelle modifikasjoner og deres biologiske funksjoner: proteomisk analyse og systematiske tilnærminger. BMB-rapporter, 37 (1), 35-44.
• Snider, N. T., og Omary, M. B. (2014). Post-translationell modifikasjon av mellomliggende filamentproteiner: mekanismer og funksjoner. Nature reviews Molecular cell biology, 15 (3), 163-177.
• Westermann, S., & Weber, K. (2003). Post-translationelle modifikasjoner regulerer mikrotubuli-funksjonen. Naturomtaler Molekylær cellebiologi, 4 (12), 938-948.