Posttranslačné úpravy: čo sú to a ako súvisia s ochorením

Bielkoviny sú makromolekuly života. Predstavujú 80% dehydratovanej protoplazmy celej bunky a tvoria asi 50% sušiny všetky naše tkanivá, takže rast, biosyntéza a opravy tkanív úplne závisia od nich.

Aminokyselina je základnou jednotkou proteínu, pretože následnými peptidovými väzbami tieto molekuly vytvárajú bielkovinové reťazce, ktoré poznáme z hodín biológie. Aminokyseliny sú tvorené uhlíkom (C), kyslíkom (O), dusíkom (N) a vodíkom (H), 4 z 5 bioelementov, ktoré tvoria 96% bunkovej hmoty Zeme. Pre predstavu, na planéte máme 550 gigatónov organického uhlíka, z ktorých 80% pochádza z rastlinnej hmoty, ktorá nás obklopuje.

Proces syntézy bielkovín v bunke je zložitý tanec medzi DNA, RNA, enzýmami a montážnymi reťazcami. Pri tejto príležitosti Prezradíme vám niekoľko všeobecných ťahov tvorby proteínov na bunkovej úrovni, so zvláštnym dôrazom na posttranslačné úpravy.

• Súvisiaci článok: „20 druhov proteínov a ich funkcie v tele“

Základ syntézy proteínov v bunke

Najskôr musíme položiť určité základy. Ľudská bytosť má svoje genetické informácie v jadre (nepočítajúc mitochondriálnu DNA) a má niektoré kódujúce sekvencie pre proteíny alebo RNA, ktoré sa nazývajú gény.

Vďaka projektu Human Genome vieme, že náš druh má asi 20 000 - 25 000 kódujúcich génov, čo predstavuje iba 1,5% celkovej DNA v tele..

DNA sa skladá z nukleotidov, ktoré sú 4 typu, podľa prítomnej dusíkatej bázy: adenín (A), guanín (G), cytozín (C) a tymín (T). Každá aminokyselina je kódovaná tripletom nukleotidov, ktoré sú známe ako „kodóny“. Dáme vám príklad niekoľkých trojíc:

GCU, GCC, GCA, GCG

Všetky tieto triplety alebo kodóny kódujú aminokyselinu alanín zameniteľne. V žiadnom prípade nepochádzajú priamo z génov, ale skôr ide o segmenty RNA, ktoré sa získavajú transkripciou jadrovej DNA. Ak viete o genetike, možno ste si všimli, že jeden z kodónov má uracil (U), tymínový (T) analóg RNA.

Takže Počas transkripcie sa z informácií prítomných v génoch vytvorí messengerová RNA, ktorá putuje mimo jadro do ribozómov, ktoré sa nachádzajú v cytoplazme bunky.. Tu ribozómy „čítajú“ rôzne kodóny a „prekladajú“ ich do reťazcov aminokyselín, ktoré sú prenášané jeden po druhom prenosovou RNA. Dáme vám ešte jeden príklad:

GCU-UUU-UCA-CGU

Každý z týchto 4 kodónov kóduje aminokyseliny alanín, fenylalanín, serín a arginín. Týmto teoretickým príkladom by mohol byť tetrapeptid (oligopeptid), pretože ide o bežný proteín, ktorý musí obsahovať najmenej 100 týchto aminokyselín. V každom prípade toto vysvetlenie všeobecne pokrýva transkripčné a translačné procesy, ktoré vedú k tvorbe proteínov v bunkách.

• Mohlo by vás zaujímať: „Najdôležitejšie časti bunky a organely: prehľad“

Čo sú posttranslačné úpravy?

Posttranslačné úpravy (PTM) pozri chemické zmeny, ktorými proteíny prechádzajú, keď sú syntetizované v ribozómoch. Pri transkripcii a translácii vznikajú propeptidy, ktoré sa musia modifikovať, aby sa nakoniec dosiahla skutočná funkčnosť proteínového činidla. Tieto zmeny môžu prebiehať prostredníctvom enzymatických alebo neenzymatických mechanizmov.

Jednou z najbežnejších posttranslačných úprav je pridanie funkčnej skupiny. V nasledujúcom zozname uvádzame niekoľko príkladov tejto biochemickej udalosti.

• Acylácia: spočíva v pridaní acylovej skupiny. Zlúčenina, ktorá daruje túto skupinu, je známa ako „acylačná skupina“. Aspirín napríklad pochádza z procesu acylácie.
• Fosforylácia: spočíva v pridaní fosfátovej skupiny. Je to posttranslačná modifikácia, ktorá je spojená s prenosom energie na bunkovej úrovni.
• Metylácia: pridá sa metylová skupina. Je to epigenetický proces, pretože metylácia DNA zabraňuje transkripcii určitých cieľových génov.
• Hydroxylácia: pridanie hydroxylovej skupiny (OH). Napríklad pridanie hydroxylovej skupiny k prolínu je základným krokom pre tvorbu kolagénu u živých bytostí.
• Nitrácia: pridanie nitroskupiny.

Existuje oveľa viac mechanizmov na pridanie funkčných skupín, pretože bola zaznamenaná aj nitrozylácia, glykozylácia, glykácia alebo prenylácia.. Od výroby liekov až po syntézu biologických tkanív sú všetky tieto procesy tak či onak nevyhnutné pre prežitie našich druhov.

Ako sme už povedali, ľudský genóm obsahuje 25 000 génov, ale ľudský proteóm obsahuje náš druh (celkový obsah bielkovín exprimovaných v bunke) je okolo jedného milióna bielkovinových jednotiek. Okrem zostrihu messengerovej RNA sú posttranslačné modifikácie základom proteínovej diverzity u ľudí, pretože sú schopné pridávať malé molekuly prostredníctvom kovalentných väzieb, ktoré úplne menia funkčnosť polypeptidu.

Okrem pridania špecifických skupín existujú aj modifikácie, ktoré spájajú proteíny dokopy. Príkladom toho je sumoylácia, ktorá do cieľových proteínov pridáva miniatúrny proteín (malý modifikátor súvisiaci s ubikvitínom, SUMO). Niektoré z účinkov tohto procesu sú degradácia proteínov a lokalizácia jadra.

Ďalším dôležitým aditívnym posttranslačným mechanizmom je ubikvitinácia, ktorá, ako už naznačuje jej názov, dodáva ubikvitín k cieľovému proteínu. Jednou z mnohých funkcií tohto procesu je priama recyklácia proteínov, pretože ubikvitín sa viaže na polypeptidy, ktoré musia byť zničené.

Dnes bolo zistených asi 200 rôznych post-translačných modifikácií, ktoré ovplyvňujú mnoho aspektov bunkovej funkčnosti, medzi ktoré patria mechanizmy ako metabolizmus, signálna transdukcia a samotná stabilita proteínu. Viac ako 60% proteínových rezov, ktoré sú výsledkom posttranslačných modifikácií, je spojených oblasť proteínu, ktorá interaguje priamo s inými molekulami, alebo čo je rovnaké, s jej stredom aktívny.

• Mohlo by vás zaujímať: „Preklad DNA: čo to je a aké sú jeho fázy“

Posttranslačné úpravy a patologické obrázky

Znalosť týchto mechanizmov je sama o sebe pokladom pre spoločnosť, ale veci sa ešte zväčšia zaujímavé, keď sme zistili, že posttranslačné úpravy majú v tejto oblasti uplatnenie lekára.

Proteíny, ktoré majú v sebe sekvenciu CAAX, cysteín (C) - alifatický zvyšok (A) - alifatický zvyšok (A) - akýkoľvek aminokyselina (X), sú súčasťou mnohých molekúl s jadrovými vrstvami, sú nevyhnutné v rôznych regulačných procesoch a navyše Sú tiež prítomné na povrchu cytoplazmatických membrán (bariéra, ktorá ohraničuje vnútro bunky bunky Vonkajšie). Sekvencia CAAX bola historicky spojená s vývojom chorôb, pretože riadi posttranslačné úpravy proteínov, ktoré ju prezentujú.

Ako uvádza Európska komisia v článku Spracovanie proteínov CAAX u ľudí s ochorením DI: Od rakoviny po Progeriu, dnes sa snaží použiť ako terapeutické ciele pre rakovinu a progeriu enzýmy, ktoré spracúvajú proteíny so sekvenciou CAAX. Výsledky sú na molekulárnej úrovni príliš zložité na to, aby sa dali v tomto priestore popísať, ale na to, že sú Ukázalo sa, že použitie posttranslačných modifikácií ako predmetu štúdia chorôb je zrejmé dôležitosť.

Pokračovať

Zo všetkých údajov uvedených v týchto riadkoch chceme zdôrazniť jeden osobitne dôležitý: Ľudské bytosti majú v našom genóme asi 25 000 rôznych génov, ale bunkový proteóm predstavuje milión proteínov. Tento údaj je možný vďaka posttranslačným modifikáciám, ktoré pridávajú funkčné skupiny a spájajú medzi nimi proteíny, aby bola makromolekula špecifická.

Ak chceme, aby ste si zachovali ústrednú myšlienku, je to toto: DNA sa transkribuje do mediálnej RNA, ktorá putuje z jadra do bunkovej cytoplazmy. Tu sa pomocou proteínu RNA a ribozómov preloží na proteín (z ktorého obsahuje pokyny vo forme kodónov). Po tomto zložitom procese prebehnú posttranslačné úpravy, aby sa protopeptidu získala jeho definitívna funkčnosť.

Bibliografické odkazy:

• Jensen, O. N. (2004). Modifikačná špecifická proteomika: charakterizácia posttranslačných modifikácií hmotnostnou spektrometriou. Aktuálne stanovisko v chemickej biológii, 8 (1), 33-41.
• Krišna, R. G., & Wold, F. (1993). Posttranslačné modifikácie proteínov. Metódy v proteínovej sekvenčnej analýze, 167-172.
• Mann, M. a Jensen, O. N. (2003). Proteomická analýza posttranslačných modifikácií. Nature biotechnology, 21 (3), 255-261.
• Scott, I., Yamauchi, M., & Sricholpech, M. (2012). Lyzínové posttranslačné úpravy kolagénu. Eseje z biochémie, 52, 113-133.
• Seet, B. T., Dikic, I., Zhou, M. M., & Pawson, T. (2006). Čítanie modifikácií proteínov s interakčnými doménami. Recenzie na prírodu Molecular cell biology, 7 (7), 473-483.
• Seo, J. W., & Lee, K. J. (2004). Posttranslačné modifikácie a ich biologické funkcie: proteomická analýza a systematické prístupy. Správy BMB, 37 (1), 35-44.
• Snider, N. T., & Omary, M. B. (2014). Posttranslačné modifikácie proteínov stredného vlákna: mechanizmy a funkcie. Recenzie na prírodu Molecular cell biology, 15 (3), 163-177.
• Westermann, S., & Weber, K. (2003). Posttranslačné úpravy regulujú funkciu mikrotubulov. Recenzie na prírodu Molecular cell biology, 4 (12), 938-948.