Modifieringar efter translation: vad de är och hur är de förknippade med sjukdomen

Proteiner är livets makromolekyler. De representerar 80% av den uttorkade protoplasman i hela cellen och bildar cirka 50% av torrvikten av alla våra vävnader, så vävnadstillväxt, biosyntes och reparation är helt beroende av dem.

Aminosyran är proteinets basenhet, eftersom dessa molekyler genom på varandra följande peptidbindningar ger upphov till proteinkedjorna som vi känner från biologilektioner. Aminosyror består av kol (C), syre (O), kväve (N) och väte (H), 4 av de 5 bioelement som utgör 96% av jordens cellmassa. För att ge dig en uppfattning har vi 550 gigatons organiskt kol på planeten, varav 80% kommer från växtmaterialet som omger oss.

Processen med proteinsyntes i cellen är en komplex dans mellan DNA, RNA, enzymer och sammansättningskedjor. I denna möjlighet, Vi kommer att berätta några allmänna penseldrag av bildandet av proteiner på mobilnivå, med särskild tonvikt på modifieringar efter translation.

• Relaterad artikel: "De 20 typerna av proteiner och deras funktioner i kroppen"

Grunden för proteinsyntes i cellen

Först och främst måste vi lägga vissa grunder. Människan har sin genetiska information inom kärnan (räknas inte mitokondriellt DNA), och detta har några kodande sekvenser för proteiner eller RNA, så kallade gener. Tack vare Human Genome-projektet vet vi att vår art har cirka 20 000-25 000 kodande gener, vilket endast representerar 1,5% av det totala DNA i vår kropp.

DNA består av nukleotider, som är av fyra typer, enligt den kvävebas de presenterar: adenin (A), guanin (G), cytosin (C) och tymin (T). Varje aminosyra kodas av en triplett av nukleotider, som är kända som "kodoner". Vi ger dig exempel på några trillingar:

GCU, GCC, GCA, GCG

Alla dessa tripletter eller kodoner kodar för aminosyran alanin, omväxlande. I vilket fall som helst kommer dessa inte direkt från gener utan snarare är RNA-segment som erhålls från transkriptionen av kärn-DNA. Om du känner till genetik kanske du har märkt att en av kodonerna har uracil (U), tymin (T) -analogen av RNA.

Så att, Under transkription bildas ett budbärar-RNA från informationen som finns i generna och den färdas utanför kärnan, till ribosomerna, som ligger i cellens cytoplasma.. Här "läser" ribosomerna de olika kodonerna och "översätter" dem till kedjor av aminosyror, som bärs en efter en av överförings-RNA. Vi ger dig ytterligare ett exempel:

GCU-UUU-UCA-CGU

Var och en av dessa 4 kodoner kodar för aminosyrorna alanin, fenylalanin, serin och arginin. Detta teoretiska exempel skulle vara en tetrapeptid (oligopeptid), för att vara ett vanligt protein måste det innehålla minst 100 av dessa aminosyror. I vilket fall som helst täcker denna förklaring på ett allmänt sätt transkriptions- och translationsprocesser som ger upphov till proteiner i celler.

• Du kanske är intresserad av: "De viktigaste delarna av cellen och organellerna: en översikt"

Vad är modifieringar efter translation?

Post-translationella modifieringar (PTM) hänvisar till de kemiska förändringar som proteiner genomgår när de har syntetiserats i ribosomer. Transkription och translation ger upphov till propeptider, som måste modifieras för att i slutändan uppnå proteinets verkliga funktion. Dessa förändringar kan ske genom enzymatiska eller icke-enzymatiska mekanismer.

En av de vanligaste ändringarna efter translation är tillägget av en funktionell grupp. I följande lista ger vi dig några exempel på denna biokemiska händelse.

• Acylering: består av tillsatsen av en acylgrupp. Föreningen som donerar denna grupp är känd som "acyleringsgruppen". Aspirin kommer till exempel från en acyleringsprocess.
• Fosforylering: består av tillsatsen av en fosfatgrupp. Det är den post-translationella modifieringen som är associerad med överföringen av energi på mobilnivå.
• Metylering: tillsätt en metylgrupp. Det är en epigenetisk process, eftersom DNA-metylering förhindrar transkription av vissa målgener.
• Hydroxylering: tillsats av en hydroxylgrupp (OH). Tillsatsen av hydroxylgruppen till prolin är till exempel ett viktigt steg för bildandet av kollagen hos levande varelser.
• Nitrering: tillsats av en nitrogrupp.

Det finns många fler mekanismer för att lägga till funktionella grupper, eftersom nitrosylering, glykosylering, glykation eller prenylering också har registrerats.. Från bildandet av läkemedel till syntesen av biologiska vävnader är alla dessa processer viktiga för vår arts överlevnad, på ett eller annat sätt.

Som vi har sagt tidigare innehåller det humana genomet 25 000 gener, men det humana proteomet innehåller vår art (det totala antalet proteiner som uttrycks i en cell) är cirka en miljon proteinenheter. Förutom att skarva budbärar-RNA, är post-translationella modifieringar grunden för proteindiversitet hos människor, eftersom de har förmåga att tillsätta små molekyler genom kovalenta bindningar som fullständigt förändrar polypeptidens funktionalitet.

Förutom tillsatsen av specifika grupper finns det också modifieringar som länkar proteiner tillsammans. Ett exempel på detta är sumoylering, som lägger till ett miniatyrprotein (liten ubiquitin-relaterat modifierare, SUMO) till målproteiner. Proteinnedbrytning och kärnkraftslokalisering är några av effekterna av denna process.

En annan viktig tillsats efter translation är ubiquitination, som, som namnet antyder, adderar ubiquitin till målproteinet. En av de många funktionerna i denna process är att rikta proteinåtervinning, eftersom ubiquitin binder till polypeptider som måste förstöras.

I dag, cirka 200 olika modifieringar efter translation har upptäckts, som påverkar många aspekter av cellfunktionalitet, bland vilka är mekanismer såsom metabolism, signaltransduktion och proteinstabilitet i sig. Mer än 60% av proteinsekvenserna som härrör från modifieringar efter translation är associerade med område av proteinet som interagerar direkt med andra molekyler, eller vad som är detsamma, dess centrum aktiva.

• Du kanske är intresserad av: "DNA-översättning: vad är det och vad är dess faser"

Post-translationella modifieringar och patologiska bilder

Kunskap om dessa mekanismer är i sig en skatt för samhället, men saker blir ännu mer intressant när vi upptäckte att ändringar efter translation också har nytta i fältet läkare.

Proteiner som har inom sig sekvensen CAAX, cystein (C) - alifatisk rest (A) - alifatisk rest (A) - vilken som helst aminosyra (X), är en del av många molekyler med nukleära laminat, är nödvändiga i olika regleringsprocesser och dessutom De finns också på ytan av cytoplasmiska membran (barriären som avgränsar det inre av cellen i Exteriör). CAAX-sekvensen har historiskt associerats med utvecklingen av sjukdomar, eftersom den styr post-translationella modifieringar av proteinerna som presenterar den.

Som anges av Europeiska kommissionen i artikeln CAAX Protein Processing in Human DIsease: From Cancer to Progeria, idag försöker använda enzymer som behandlar proteiner med sekvensen som terapeutiska mål för cancer och progeria CAAX. Resultaten är för komplexa på molekylär nivå för att beskrivas i detta utrymme, men det faktum att de är Användningen av post-translationella modifieringar som ett studieobjekt vid sjukdomar visar tydligt betydelse.

Återuppta

Av alla uppgifter som presenteras i dessa rader vill vi lyfta fram en av särskilt vikt: Människor har cirka 25 000 olika gener i vårt genom, men det cellulära proteomet uppgår till en miljon proteiner. Denna siffra är möjlig tack vare post-translationella modifieringar, som lägger till funktionella grupper och länkar proteiner mellan dem, för att ge specificitet till makromolekylen.

Om vi ​​vill att du ska ha en central idé är detta följande: DNA transkriberas till budbärar-RNA, som färdas från kärnan till cellcytoplasman. Här översätts detta till proteinet (från vilket det innehåller sina instruktioner i form av kodoner), med hjälp av överförings-RNA och ribosomer. Efter denna komplicerade process äger modifieringar efter translation rum för att ge protopeptiden sin definitiva funktionalitet.

Bibliografiska referenser:

• Jensen, O. N. (2004). Modifikationsspecifik proteomik: karakterisering av post-translationella modifieringar genom masspektrometri. Aktuell åsikt inom kemisk biologi, 8 (1), 33-41.
• Krishna, R. G., & Wold, F. (1993). Post-translationella modifieringar av proteiner. Metoder i proteinsekvensanalys, 167-172.
• Mann, M., & Jensen, O. N. (2003). Proteomisk analys av post-translationella modifieringar. Naturbioteknik, 21 (3), 255-261.
• Scott, I., Yamauchi, M., & Sricholpech, M. (2012). Lysin post-translationella modifieringar av kollagen. Uppsatser i biokemi, 52, 113-133.
• Seet, B. T., Dikic, I., Zhou, M. M., & Pawson, T. (2006). Läsning av proteinändringar med interaktionsdomäner. Naturöversikter Molekylär cellbiologi, 7 (7), 473-483.
• Seo, J. W., & Lee, K. J. (2004). Post-translationella modifieringar och deras biologiska funktioner: proteomisk analys och systematiska metoder. BMB-rapporter, 37 (1), 35-44.
• Snider, N. T., & Omary, M. B. (2014). Post-translationella modifieringar av mellanliggande filamentproteiner: mekanismer och funktioner. Naturrecensioner Molekylär cellbiologi, 15 (3), 163-177.
• Westermann, S., & Weber, K. (2003). Modifieringar efter translation reglerar mikrotubuli-funktionen. Naturöversikter Molekylär cellbiologi, 4 (12), 938-948.