Посттрансляционные модификации: что это такое и как они связаны с заболеванием

Белки - это макромолекулы жизни. Они составляют 80% дегидратированной протоплазмы всей клетки и составляют около 50% сухой массы все наши ткани, поэтому рост, биосинтез и восстановление тканей полностью зависят от них.

Аминокислота является основной единицей белка, потому что через последовательные пептидные связи эти молекулы дают начало белковым цепям, которые мы знаем из уроков биологии. Аминокислоты состоят из углерода (C), кислорода (O), азота (N) и водорода (H), 4 из 5 биоэлементов, которые составляют 96% массы клеток Земли. Чтобы дать вам представление, у нас есть 550 гигатонн органического углерода на планете, 80% которого поступает из растительного вещества, которое нас окружает.

Процесс синтеза белка в клетке - это сложный танец между ДНК, РНК, ферментами и цепями сборки. В этой возможности Мы расскажем вам несколько общих штрихов формирования белков на клеточном уровне, с особым акцентом на посттрансляционные модификации..

• Связанная статья: «20 типов белков и их функции в организме»

Основы синтеза белка в клетке

Прежде всего, мы должны заложить определенные основы. Человеческое существо имеет свою генетическую информацию в ядре (не считая митохондриальной ДНК), и это имеет некоторые кодирующие последовательности для белков или РНК, называемых генами. Благодаря проекту «Геном человека» мы знаем, что наш вид имеет около 20 000–25 000 кодирующих генов, что составляет лишь 1,5% всей ДНК в нашем организме..

ДНК состоит из нуклеотидов, которые бывают 4 типов в зависимости от присутствующего в них азотного основания: аденин (A), гуанин (G), цитозин (C) и тимин (T). Каждая аминокислота кодируется триплетом нуклеотидов, известных как «кодоны». Приведем пример нескольких троек:

GCU, GCC, GCA, GCG

Все эти триплеты или кодоны кодируют аминокислоту аланин, взаимозаменяемо.. В любом случае они происходят не напрямую из генов, а скорее представляют собой сегменты РНК, полученные в результате транскрипции ядерной ДНК. Если вы знакомы с генетикой, вы могли заметить, что один из кодонов содержит урацил (U), тиминовый (T) аналог РНК.

Чтобы, Во время транскрипции информационная РНК формируется из информации, содержащейся в генах, и перемещается за пределы ядра к рибосомам, которые расположены в цитоплазме клетки.. Здесь рибосомы «читают» различные кодоны и «переводят» их в цепочки аминокислот, которые одна за другой переносятся транспортной РНК. Приведем еще один пример:

GCU-UUU-UCA-CGU

Каждый из этих 4 кодонов кодирует, соответственно, аминокислоты аланин, фенилаланин, серин и аргинин. Этим теоретическим примером может быть тетрапептид (олигопептид), поскольку для того, чтобы быть обычным белком, он должен содержать не менее 100 таких аминокислот. В любом случае это объяснение в общих чертах охватывает процессы транскрипции и трансляции, которые приводят к образованию белков внутри клеток.

• Вам может быть интересно: «Важнейшие части клетки и органелл: обзор»

Что такое посттрансляционные модификации?

Посттрансляционные модификации (PTM) относятся к химические изменения, которые претерпевают белки после того, как они были синтезированы в рибосомах. Транскрипция и трансляция приводят к образованию пропептидов, которые необходимо модифицировать, чтобы в конечном итоге достичь истинной функциональности белкового агента. Эти изменения могут происходить посредством ферментативных или неферментативных механизмов.

Одна из наиболее распространенных посттрансляционных модификаций - добавление функциональной группы. В следующем списке мы приводим вам несколько примеров этого биохимического события.

• Ацилирование: состоит из добавления ацильной группы. Соединение, которое предоставляет эту группу, известно как «ацилирующая группа». Например, аспирин получают в процессе ацилирования.
• Фосфорилирование: состоит из добавления фосфатной группы. Это посттрансляционная модификация, связанная с передачей энергии на клеточном уровне.
• Метилирование: добавить метильную группу. Это эпигенетический процесс, поскольку метилирование ДНК предотвращает транскрипцию определенных генов-мишеней.
• Гидроксилирование: добавление гидроксильной группы (ОН). Например, добавление гидроксильной группы к пролину является важным этапом образования коллагена у живых существ.
• Нитрование: добавление нитрогруппы.

Существует еще много механизмов добавления функциональных групп, поскольку также было зарегистрировано нитрозилирование, гликозилирование, гликозилирование или пренилирование.. От создания лекарств до синтеза биологических тканей - все эти процессы так или иначе необходимы для выживания нашего вида.

Как мы уже говорили ранее, геном человека содержит 25 000 генов, но протеом человека содержит наш вид (общее количество белков, экспрессируемых в клетке) составляет около миллиона белковых единиц. Помимо сплайсинга матричной РНК, посттрансляционные модификации являются основой белкового разнообразия у людей., поскольку они способны присоединять небольшие молекулы посредством ковалентных связей, которые полностью изменяют функциональность полипептида.

Помимо добавления определенных групп, существуют также модификации, которые связывают белки вместе. Примером этого является сумоилирование, при котором к белкам-мишеням добавляется миниатюрный белок (небольшой модификатор, связанный с убиквитином, SUMO). Распад белка и ядерная локализация - некоторые из эффектов этого процесса.

Другим важным дополнительным посттрансляционным механизмом является убиквитинирование, которое, как следует из названия, добавляет убиквитин к белку-мишени. Одна из многих функций этого процесса - управлять рециклингом белка, поскольку убиквитин связывается с полипептидами, которые необходимо разрушить.

Сегодня, обнаружено около 200 различных посттрансляционных модификаций, которые влияют на многие аспекты функциональности клеток, среди которых такие механизмы, как метаболизм, передача сигнала и стабильность самого белка. Более 60% участков белка, полученных в результате посттрансляционных модификаций, связаны с область белка, которая непосредственно взаимодействует с другими молекулами, или, что то же самое, его центр активный.

• Вам может быть интересно: «Трансляция ДНК: что это такое и каковы его фазы»

Посттрансляционные модификации и патологические картины

Знание этих механизмов само по себе является сокровищем для общества, но все становится еще больше. Интересно, когда мы обнаружили, что посттрансляционные модификации также полезны в этой области доктор.

Белки, содержащие в себе последовательность CAAX, цистеин (C) - алифатический остаток (A) - алифатический остаток (A) - любой аминокислоты (X), входят в состав многих молекул с ядерными пластинками, играют важную роль в различных регуляторных процессах и, кроме того, Они также присутствуют на поверхности цитоплазматических мембран (барьер, ограничивающий внутреннюю часть клетки Внешний вид). Последовательность CAAX исторически была связана с развитием заболеваний, поскольку она регулирует посттрансляционные модификации белков, которые ее представляют..

Как указано Европейской комиссией в статье CAAX Protein Processing in Human DIsease: From Cancer to Progeria, сегодня пытается использовать в качестве терапевтических мишеней для лечения рака и прогерии ферменты, которые обрабатывают белки с последовательностью CAAX. Результаты слишком сложны на молекулярном уровне, чтобы описать их в этом пространстве, но тот факт, что они Использование посттрансляционных модификаций в качестве объекта изучения болезней показывает его явную важность.

Резюме

Из всех данных, представленных в этих строках, мы хотим выделить одну особо важную: Человеческие существа имеют около 25000 различных генов в нашем геноме, но протеом клетки составляет миллион белков.. Эта цифра возможна благодаря посттрансляционным модификациям, которые добавляют функциональные группы и связывают белки между собой, чтобы придать макромолекуле специфичность.

Если мы хотим, чтобы вы сохранили центральную идею, это следующее: ДНК транскрибируется в информационную РНК, которая перемещается от ядра к цитоплазме клетки. Здесь он транслируется в белок (из которого он хранит свои инструкции в форме кодонов) с помощью РНК переноса и рибосом. После этого сложного процесса происходят посттрансляционные модификации, чтобы придать протопептиду его окончательную функциональность.

Библиографические ссылки:

• Дженсен, О. Н. (2004). Специфическая для модификации протеомика: характеристика посттрансляционных модификаций с помощью масс-спектрометрии. Текущее мнение в химической биологии, 8 (1), 33-41.
• Кришна, Р. Г., и Уолд, Ф. (1993). Посттрансляционные модификации белков. Методы анализа последовательности белков, 167-172.
• Манн, М., Дженсен, О. Н. (2003). Протеомный анализ посттрансляционных модификаций. Биотехнология природы, 21 (3), 255-261.
• Скотт И., Ямаути М. и Срихолпеч М. (2012). Посттрансляционные модификации коллагена лизина. Очерки биохимии, 52, 113-133.
• Сит, Б. Т., Дикич, И., Чжоу, М. М., и Поусон Т. (2006). Чтение модификаций белков с доменами взаимодействия. Обзоры природы Молекулярная клеточная биология, 7 (7), 473-483.
• Со, Дж. У. и Ли К. Дж. (2004). Посттрансляционные модификации и их биологические функции: протеомный анализ и систематические подходы. BMB Reports, 37 (1), 35-44.
• Снайдер, Н. Т. и Омари М. Б. (2014). Посттрансляционные модификации белков промежуточных филаментов: механизмы и функции. Обзоры природы Молекулярная клеточная биология, 15 (3), 163-177.
• Вестерманн, С., Вебер, К. (2003). Посттрансляционные модификации регулируют функцию микротрубочек. Обзоры природы Молекулярная клеточная биология, 4 (12), 938-948.