Modificări post-translaționale: ce sunt și cum sunt asociate cu boala

Proteinele sunt macromoleculele vieții. Ele reprezintă 80% din protoplasma deshidratată a întregii celule și formează aproximativ 50% din greutatea uscată a toate țesuturile noastre, deci creșterea țesutului, biosinteza și repararea depind în totalitate de ele.

Aminoacidul este unitatea de bază a proteinei, deoarece prin legături peptidice consecutive, aceste molecule dau naștere lanțurilor proteice pe care le cunoaștem din lecțiile de biologie. Aminoacizii sunt compuși din carbon (C), oxigen (O), azot (N) și hidrogen (H), 4 din cele 5 bioelemente care alcătuiesc 96% din masa celulară a Pământului. Pentru a vă face o idee, avem 550 gigați de carbon organic pe planetă, din care 80% provine din materia vegetală care ne înconjoară.

Procesul de sinteză a proteinelor în interiorul celulei este un dans complex între ADN, ARN, enzime și lanțuri de asamblare. În această oportunitate, Vă vom spune câteva apăsări generale de formare a proteinelor la nivel celular, cu accent deosebit pe modificările post-translaționale.

• Articol asociat: „Cele 20 de tipuri de proteine ​​și funcțiile lor în organism”

Baza sintezei proteinelor în celulă

În primul rând, trebuie să punem anumite baze. Ființa umană are informațiile sale genetice în nucleu (fără a lua în considerare ADN-ul mitocondrial), iar aceasta are câteva secvențe de codificare pentru proteine ​​sau ARN, numite gene. Datorită proiectului genomului uman, știm că specia noastră are aproximativ 20.000-25.000 de gene codificatoare, care reprezintă doar 1,5% din ADN-ul total din corpul nostru.

ADN-ul este compus din nucleotide, care sunt de 4 tipuri, în funcție de baza de azot pe care o prezintă: adenină (A), guanină (G), citozină (C) și timină (T). Fiecare aminoacid este codificat de un triplet de nucleotide, cunoscut sub numele de „codoni”. Vă oferim exemplul câtorva triplete:

GCU, GCC, GCA, GCG

Toate aceste triplete sau codoni codifică aminoacidul alanină, interschimbabil. În orice caz, acestea nu provin direct din gene, ci mai degrabă sunt segmente de ARN, care se obțin din transcrierea ADN-ului nuclear. Dacă știți despre genetică, este posibil să fi observat că unul dintre codoni are uracil (U), analogul timinei (T) al ARN-ului.

Astfel încât, În timpul transcrierii, se formează un ARN mesager din informațiile prezente în gene și se deplasează în afara nucleului, către ribozomi, care se află în citoplasma celulei.. Aici, ribozomii „citesc” diferiții codoni și îi „traduc” în lanțuri de aminoacizi, care sunt transportați unul câte unul de ARN-ul de transfer. Vă oferim încă un exemplu:

GCU-UUU-UCA-CGU

Fiecare dintre acești 4 codoni codifică, respectiv, aminoacizii alanină, fenilalanină, serină și arginină. Acest exemplu teoretic ar fi o tetrapeptidă (oligopeptidă), deoarece pentru a fi o proteină comună, trebuie să conțină cel puțin 100 dintre acești aminoacizi. În orice caz, această explicație acoperă, într-un mod general, procesele de transcriere și traducere care dau naștere proteinelor din celule.

• S-ar putea să vă intereseze: „Cele mai importante părți ale celulei și organitelor: o privire de ansamblu”

Ce sunt modificările post-traducere?

Modificările post-traducere (PTM) se referă la modificările chimice pe care le suferă proteinele odată ce acestea au fost sintetizate în ribozomi. Transcrierea și traducerea dau naștere la propeptide, care trebuie modificate pentru a obține în cele din urmă adevărata funcționalitate a agentului proteic. Aceste modificări pot avea loc prin mecanisme enzimatice sau non-enzimatice.

Una dintre cele mai frecvente modificări post-traducere este adăugarea unui grup funcțional. În lista următoare, vă oferim câteva exemple ale acestui eveniment biochimic.

• Acilare: constă în adăugarea unei grupări acil. Compusul care donează această grupă este cunoscut sub numele de „grupare acilantă”. Aspirina, de exemplu, provine dintr-un proces de acilare.
• Fosforilarea: constă în adăugarea unei grupări fosfat. Modificarea post-translațională este asociată cu transferul de energie la nivel celular.
• Metilare: adăugați o grupare metil. Este un proces epigenetic, deoarece metilarea ADN împiedică transcrierea anumitor gene țintă.
• Hidroxilare: adăugarea unei grupări hidroxil (OH). Adăugarea grupării hidroxil la prolină, de exemplu, este un pas esențial pentru formarea colagenului la ființele vii.
• Nitrație: adăugarea unei grupări nitro.

Există mult mai multe mecanisme pentru adăugarea de grupuri funcționale, deoarece nitrosilarea, glicozilarea, glicația sau prenilarea au fost, de asemenea, înregistrate.. De la formarea medicamentelor până la sinteza țesuturilor biologice, toate aceste procese sunt esențiale pentru supraviețuirea speciei noastre, într-un fel sau altul.

După cum am spus anterior, genomul uman conține 25.000 de gene, dar proteomul uman conține specia noastră (totalul proteinelor exprimate într-o celulă) este de aproximativ un milion de unități proteice. În plus față de îmbinarea ARN messenger, modificările post-translaționale stau la baza diversității proteinelor la om, deoarece sunt capabili să adauge molecule mici prin legături covalente care schimbă complet funcționalitatea polipeptidei.

Pe lângă adăugarea de grupuri specifice, există și modificări care leagă proteinele între ele. Un exemplu în acest sens este sumoilarea, care adaugă o proteină miniaturală (mic modificator legat de ubiquitină, SUMO) la proteinele țintă. Degradarea proteinelor și localizarea nucleară sunt unele dintre efectele acestui proces.

Un alt mecanism aditiv important post-translațional este ubiquitinarea, care, după cum sugerează și numele său, adaugă ubiquitina la proteina țintă. Una dintre numeroasele funcții ale acestui proces este de a direcționa reciclarea proteinelor, deoarece ubiquitina se leagă de polipeptide care trebuie distruse.

Azi, au fost detectate aproximativ 200 de modificări post-traducere diferite, care afectează multe aspecte ale funcționalității celulare, printre care se numără mecanisme precum metabolismul, transducția semnalului și stabilitatea proteinelor în sine. Mai mult de 60% din secțiunile de proteine ​​rezultate în urma modificărilor post-translaționale sunt asociate zona proteinei care interacționează direct cu alte molecule sau ceea ce este același, centrul acesteia activ.

• S-ar putea să vă intereseze: "Traducerea ADN: ce este și care sunt fazele sale"

Modificări post-tradiționale și imagini patologice

Cunoașterea acestor mecanisme este în sine o comoară pentru societate, dar lucrurile devin și mai multe interesant când am descoperit că modificările post-traducere au și ele utilitate în domeniu doctor.

Proteine ​​care au în interiorul lor secvența CAAX, cisteină (C) - reziduu alifatic (A) - reziduu alifatic (A) - orice aminoacizii (X), fac parte din multe molecule cu lamine nucleare, sunt esențiale în diferite procese de reglare și, în plus, Sunt prezente și pe suprafața membranelor citoplasmatice (bariera care delimitează interiorul celulei Exterior). Secvența CAAX a fost asociată în mod istoric cu dezvoltarea bolilor, deoarece guvernează modificările post-translaționale ale proteinelor care o prezintă..

După cum indică Comisia Europeană în articolul CAAX Protein Processing in Human DIsease: From Cancer to Progeria, astăzi încearcă să utilizeze ca ținte terapeutice pentru cancer și progeria enzimele care procesează proteinele cu secvența CAAX. Rezultatele sunt prea complexe la nivel molecular pentru a fi descrise în acest spațiu, dar faptul că sunt Utilizarea modificărilor posttraducționale ca obiect de studiu în boli arată clar importanţă.

Relua

Dintre toate datele prezentate în aceste linii, dorim să evidențiem una de o importanță deosebită: Ființele umane au aproximativ 25.000 de gene diferite în genomul nostru, dar proteomul celular se ridică la un milion de proteine. Această cifră este posibilă datorită modificărilor post-translaționale, care adaugă grupuri funcționale și leagă proteinele între ele, pentru a da specificitate macromoleculei.

Dacă vrem să păstrați o idee centrală, aceasta este următoarea: ADN-ul este transcris în ARN mesager, care se deplasează de la nucleu la citoplasma celulară. Aici, este tradus în proteină (din care găzduiește instrucțiunile sale sub formă de codoni), cu ajutorul ARN-ului de transfer și a ribozomilor. După acest proces complex, au loc modificări post-translaționale, pentru a conferi protopeptidei funcționalitatea sa definitivă.

Referințe bibliografice:

• Jensen, O. N. (2004). Proteomică specifică modificării: caracterizarea modificărilor post-translaționale prin spectrometrie de masă. Opinia actuală în biologia chimică, 8 (1), 33-41.
• Krishna, R. G. și Wold, F. (1993). Modificări post-translaționale ale proteinelor. Metode în analiza secvenței de proteine, 167-172.
• Mann, M. și Jensen, O. N. (2003). Analiza proteomică a modificărilor post-traducătoare. Biotehnologia naturii, 21 (3), 255-261.
• Scott, I., Yamauchi, M. și Sricholpech, M. (2012). Lizină modificări post-translaționale ale colagenului. Eseuri în biochimie, 52, 113-133.
• Seet, B. T., Dikic, I., Zhou, M. M. și Pawson, T. (2006). Citirea modificărilor proteinelor cu domeniile de interacțiune. Nature review Biologie celulară moleculară, 7 (7), 473-483.
• Seo, J. W. și Lee, K. J. (2004). Modificări post-translaționale și funcțiile lor biologice: analiză proteomică și abordări sistematice. Rapoarte BMB, 37 (1), 35-44.
• Snider, N. T. și Omary, M. B. (2014). Modificări post-translaționale ale proteinelor filamentului intermediar: mecanisme și funcții. Nature review Biologie celulară moleculară, 15 (3), 163-177.
• Westermann, S. și Weber, K. (2003). Modificările post-translaționale reglementează funcția microtubulilor. Nature review Biologie celulară moleculară, 4 (12), 938-948.