Modyfikacje potranslacyjne: czym one są i jak wiążą się z chorobą

Białka to makrocząsteczki życia. Stanowią one 80% odwodnionej protoplazmy całej komórki i stanowią około 50% suchej masy wszystkie nasze tkanki, więc wzrost tkanek, biosynteza i naprawa zależą wyłącznie od nich.

Aminokwas jest podstawową jednostką białka, ponieważ poprzez kolejne wiązania peptydowe cząsteczki te dają początek łańcuchom białkowym, które znamy z lekcji biologii. Aminokwasy składają się z węgla (C), tlenu (O), azotu (N) i wodoru (H), 4 z 5 biopierwiastków, które stanowią 96% masy komórek Ziemi. Aby dać Ci wyobrażenie, na naszej planecie mamy 550 gigaton węgla organicznego, z czego 80% pochodzi z otaczającej nas materii roślinnej.

Proces syntezy białek w komórce to złożony taniec między DNA, RNA, enzymami i łańcuchami montażowymi. Przy tej okazji Powiemy Ci kilka ogólnych pociągnięć pędzla do tworzenia białek na poziomie komórkowym, ze szczególnym uwzględnieniem modyfikacji potranslacyjnych.

• Powiązany artykuł: „20 rodzajów białek i ich funkcje w organizmie”

Podstawa syntezy białek w komórce

Przede wszystkim musimy położyć pewne fundamenty. Istota ludzka ma swoją informację genetyczną w jądrze (nie licząc mitochondrialnego DNA), a ta ma pewne sekwencje kodujące białka lub RNA, zwane genami. Dzięki projektowi Human Genome wiemy, że nasz gatunek ma około 20 000-25 000 kodujących genów, co stanowi zaledwie 1,5% całkowitego DNA w naszym ciele.

DNA składa się z nukleotydów, które są 4 rodzaje, w zależności od zasad azotowych, które zawierają: adenina (A), guanina (G), cytozyna (C) i tymina (T). Każdy aminokwas jest kodowany przez trójkę nukleotydów, które są znane jako „kodony”. Podajemy przykład kilku trojaczków:

GCU, GCC, GCA, GCG

Wszystkie te tryplety lub kodony zamiennie kodują aminokwas alaninę. W każdym razie nie pochodzą one bezpośrednio z genów, ale raczej z segmentów RNA, które uzyskuje się z transkrypcji jądrowego DNA. Jeśli znasz genetykę, być może zauważyłeś, że jeden z kodonów zawiera uracyl (U), tyminowy (T) analog RNA.

Po to aby, Podczas transkrypcji z informacji obecnych w genach powstaje informacyjny RNA, który przemieszcza się poza jądro komórkowe do rybosomów, które znajdują się w cytoplazmie komórki.. Tutaj rybosomy „odczytują” różne kodony i „tłumaczą” je na łańcuchy aminokwasów, które są przenoszone jeden po drugim przez transferowy RNA. Podajemy jeszcze jeden przykład:

GCU-UUU-UCA-CGU

Każdy z tych 4 kodonów koduje odpowiednio aminokwasy alaninę, fenyloalaninę, serynę i argininę. Tym teoretycznym przykładem byłby tetrapeptyd (oligopeptyd), ponieważ aby być białkiem powszechnym, musi zawierać co najmniej 100 z tych aminokwasów. W każdym razie wyjaśnienie to obejmuje ogólnie procesy transkrypcji i translacji, które powodują powstawanie białek w komórkach.

• Możesz być zainteresowany: „Najważniejsze części komórki i organelli: przegląd”

Czym są modyfikacje potranslacyjne?

Modyfikacje potranslacyjne (PTM) odnoszą się do zmiany chemiczne, którym przechodzą białka po ich zsyntetyzowaniu w rybosomach. Transkrypcja i translacja prowadzą do powstania propeptydów, które muszą być zmodyfikowane, aby ostatecznie osiągnąć prawdziwą funkcjonalność środka białkowego. Zmiany te mogą zachodzić poprzez mechanizmy enzymatyczne lub nieenzymatyczne.

Jedną z najczęstszych modyfikacji potranslacyjnych jest dodanie grupy funkcyjnej. Na poniższej liście podajemy kilka przykładów tego zdarzenia biochemicznego.

• Acylacja: składa się z dodania grupy acylowej. Związek, który przekazuje tę grupę, jest znany jako „grupa acylująca”. Na przykład aspiryna pochodzi z procesu acylacji.
• Fosforylacja: polega na dodaniu grupy fosforanowej. To modyfikacja potranslacyjna związana z transferem energii na poziomie komórkowym.
• Metylacja: dodać grupę metylową. Jest to proces epigenetyczny, ponieważ metylacja DNA zapobiega transkrypcji niektórych genów docelowych.
• Hydroksylacja: dodanie grupy hydroksylowej (OH). Na przykład dodanie grupy hydroksylowej do proliny jest niezbędnym etapem tworzenia kolagenu u żywych istot.
• Nitrowanie: dodanie grupy nitrowej.

Istnieje wiele innych mechanizmów dodawania grup funkcyjnych, ponieważ odnotowano również nitrozylację, glikozylację, glikację lub prenylację.. Od tworzenia leków po syntezę tkanek biologicznych, wszystkie te procesy są w taki czy inny sposób niezbędne dla przetrwania naszego gatunku.

Jak powiedzieliśmy wcześniej, ludzki genom zawiera 25 000 genów, ale ludzki proteom zawiera nasz gatunek (suma białek wyrażonych w komórce) to około miliona jednostek białka. Oprócz splicingu informacyjnego RNA, modyfikacje potranslacyjne są podstawą różnorodności białek u ludzi, ponieważ są zdolne do dodawania małych cząsteczek poprzez wiązania kowalencyjne, które całkowicie zmieniają funkcjonalność polipeptydu.

Oprócz dodania określonych grup istnieją również modyfikacje, które łączą ze sobą białka. Przykładem tego jest sumoilacja, która dodaje miniaturowe białko (mały modyfikator związany z ubikwityną, SUMO) do białek docelowych. Degradacja białek i lokalizacja jądrowa to tylko niektóre z efektów tego procesu.

Innym ważnym, addytywnym mechanizmem posttranslacyjnym jest ubikwitynacja, która, jak sama nazwa wskazuje, dodaje ubikwitynę do białka docelowego. Jedną z wielu funkcji tego procesu jest kierowanie recyklingiem białek, ponieważ ubikwityna wiąże się z polipeptydami, które muszą zostać zniszczone.

Dzisiaj, wykryto około 200 różnych modyfikacji potranslacyjnych, które wpływają na wiele aspektów funkcjonowania komórek, wśród których są mechanizmy takie jak metabolizm, transdukcja sygnału i sama stabilność białka. Ponad 60% odcinków białkowych powstałych w wyniku modyfikacji potranslacyjnych jest związanych z obszar białka, który oddziałuje bezpośrednio z innymi cząsteczkami, czyli jego centrum aktywny.

• Możesz być zainteresowany: „Tłumaczenie DNA: co to jest i jakie są jego fazy”

Modyfikacje potranslacyjne i obrazy patologiczne

Wiedza o tych mechanizmach sama w sobie jest skarbem dla społeczeństwa, ale dzieje się jeszcze więcej ciekawe, gdy odkryliśmy, że modyfikacje potranslacyjne mają również zastosowanie w tej dziedzinie lekarz.

Białka, które posiadają w sobie sekwencję CAAX, cysteina (C) - reszta alifatyczna (A) - reszta alifatyczna (A) - dowolna aminokwasy (X), wchodzą w skład wielu cząsteczek z blaszkami jądrowymi, są niezbędne w różnych procesach regulacyjnych, a dodatkowo Występują również na powierzchni błon cytoplazmatycznych (bariera ograniczająca wnętrze komórki Zewnętrzny). Sekwencja CAAX jest historycznie związana z rozwojem chorób, ponieważ reguluje potranslacyjne modyfikacje białek, które ją prezentują.

Jak wskazuje Komisja Europejska w artykule CAAX Protein Processing in Human Disease: From Cancer to Progeria, dzisiaj próbuje wykorzystać jako cele terapeutyczne dla raka i progerii enzymy przetwarzające białka z sekwencją CAAX. Wyniki są zbyt złożone na poziomie molekularnym, aby można je było opisać w tej przestrzeni, ale fakt, że są Wykorzystanie modyfikacji potranslacyjnych jako przedmiotu badań w chorobach pokazuje, że jest to wyraźne znaczenie.

Wznawianie

Ze wszystkich danych przedstawionych w tych wierszach chcemy podkreślić jeden o szczególnym znaczeniu: Istoty ludzkie mają w swoim genomie około 25 000 różnych genów, ale proteom komórkowy obejmuje milion białek. Taka liczba jest możliwa dzięki modyfikacjom potranslacyjnym, które dodają grupy funkcyjne i łączą między nimi białka, aby nadać makrocząsteczce specyficzność.

Jeśli chcemy, abyś zachował główną ideę, wygląda to tak: DNA jest transkrybowane na informacyjne RNA, które przemieszcza się z jądra do cytoplazmy komórki. Tutaj jest to tłumaczone na białko (z którego zawiera instrukcje w postaci kodonów) za pomocą transferowego RNA i rybosomów. Po tym złożonym procesie następują modyfikacje potranslacyjne w celu nadania protopeptydowi jego ostatecznej funkcjonalności.

Odniesienia bibliograficzne:

• Jensen, O. N. (2004). Proteomika specyficzna dla modyfikacji: charakterystyka modyfikacji potranslacyjnych metodą spektrometrii masowej. Aktualna opinia z biologii chemicznej, 8 (1), 33-41.
• Kryszna, R. G. i Wold, F. (1993). Potranslacyjne modyfikacje białek. Metody analizy sekwencji białek, 167-172.
• Mann M. i Jensen O. N. (2003). Analiza proteomiczna modyfikacji potranslacyjnych. Biotechnologia przyrodnicza, 21 (3), 255-261.
• Scott I., Yamauchi M. i Sricholpech M. (2012). Potranslacyjne modyfikacje kolagenu lizyną. Eseje z biochemii, 52, 113-133.
• Seet, B. T., Dikić, I., Zhou, M. M. i Pawson, T. (2006). Odczytywanie modyfikacji białek z domenami interakcji. Przeglądy przyrody Molecular cell biologiology, 7 (7), 473-483.
• Seo, J. W. i Lee, K. JOT. (2004). Modyfikacje potranslacyjne i ich funkcje biologiczne: analiza proteomiczna i podejścia systematyczne. Raporty BMB, 37 (1), 35-44.
• Snider, N. T. i Omary, M. B. (2014). Potranslacyjne modyfikacje białek pośrednich filamentów: mechanizmy i funkcje. Przeglądy Nature Molecular cell biology, 15 (3), 163-177.
• Westermann S. i Weber K. (2003). Modyfikacje potranslacyjne regulują funkcję mikrotubul. Przeglądy Nature Molecular cell biology, 4 (12), 938-948.