การปรับเปลี่ยนหลังการแปล: มันคืออะไรและเกี่ยวข้องกับโรคอย่างไร

โปรตีนเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ของชีวิต พวกเขาเป็นตัวแทนของ 80% ของโปรโตพลาสซึมที่ขาดน้ำของทั้งเซลล์และก่อตัวประมาณ 50% ของน้ำหนักแห้งของ เนื้อเยื่อทั้งหมดของเรา ดังนั้นการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อ การสังเคราะห์ทางชีวภาพ และการซ่อมแซมจึงขึ้นอยู่กับพวกมันทั้งหมด

กรดอะมิโนเป็นหน่วยพื้นฐานของโปรตีน เพราะผ่านพันธะเปปไทด์ที่ต่อเนื่องกัน โมเลกุลเหล่านี้ก่อให้เกิดสายโปรตีนที่เรารู้จากบทเรียนทางชีววิทยา กรดอะมิโนประกอบด้วยคาร์บอน (C) ออกซิเจน (O) ไนโตรเจน (N) และไฮโดรเจน (H) 4 ใน 5 องค์ประกอบทางชีวภาพที่คิดเป็น 96% ของมวลเซลล์ของโลก เพื่อให้แนวคิดแก่คุณ เรามีคาร์บอนอินทรีย์จำนวน 550 กิกะตันบนโลกใบนี้ โดย 80% มาจากพืชที่อยู่รอบตัวเรา

กระบวนการสังเคราะห์โปรตีนภายในเซลล์เป็นการเต้นที่ซับซ้อนระหว่าง DNA, RNA, เอนไซม์ และสายการประกอบ ในโอกาสนี้ เราจะบอกคุณถึงการแปรงพู่กันทั่วไปของการก่อตัวของโปรตีนในระดับเซลล์โดยเน้นเป็นพิเศษในการปรับเปลี่ยนหลังการแปล.

• บทความที่เกี่ยวข้อง: "โปรตีน 20 ชนิดและการทำงานในร่างกาย"

พื้นฐานของการสังเคราะห์โปรตีนในเซลล์

ก่อนอื่นเราต้องวางรากฐานบางอย่าง มนุษย์มีข้อมูลทางพันธุกรรมภายในนิวเคลียส (ไม่นับ DNA ของไมโตคอนเดรีย) และมีลำดับรหัสบางอย่างสำหรับโปรตีนหรืออาร์เอ็นเอที่เรียกว่ายีน

ขอบคุณโครงการจีโนมมนุษย์ เรารู้ว่าสายพันธุ์ของเรามียีนเข้ารหัสประมาณ 20,000-25,000 ยีน ซึ่งคิดเป็น 1.5% ของ DNA ทั้งหมดในร่างกายของเราเท่านั้น.

DNA ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ซึ่งมี 4 ประเภทตามฐานไนโตรเจนที่มีอยู่: อะดีนีน (A), กัวนีน (G), ไซโตซีน (C) และไทมีน (T) กรดอะมิโนแต่ละชนิดถูกเข้ารหัสโดยนิวคลีโอไทด์สามเท่าหรือที่เรียกว่า "โคดอน" เราให้ตัวอย่างของแฝดสามสองสามตัวแก่คุณ:

GCU, GCC, GCA, GCG

รหัสทริปเล็ตหรือโคดอนทั้งหมดเหล่านี้สำหรับอะลานีนของกรดอะมิโนแทนกันได้. ไม่ว่าในกรณีใด สิ่งเหล่านี้ไม่ได้มาจากยีนโดยตรง แต่เป็นกลุ่มอาร์เอ็นเอซึ่งได้มาจากการถอดรหัสดีเอ็นเอของนิวเคลียส หากคุณรู้เรื่องพันธุกรรม คุณอาจสังเกตเห็นว่าโคดอนตัวใดตัวหนึ่งมียูราซิล (U) ซึ่งเป็นแอนะล็อกของไทมีน (T) ของอาร์เอ็นเอ

ดังนั้น, ในระหว่างการถอดความ RNA ของผู้ส่งสารจะถูกสร้างขึ้นจากข้อมูลที่มีอยู่ในยีนและเดินทางออกนอกนิวเคลียสไปยังไรโบโซมซึ่งอยู่ในไซโตพลาสซึมของเซลล์. ในที่นี้ ไรโบโซม "อ่าน" โคดอนที่ต่างกันและ "แปล" พวกมันเป็นสายโซ่ของกรดอะมิโน ซึ่งส่งผ่านอาร์เอ็นเอไปทีละตัว เราให้อีกหนึ่งตัวอย่างแก่คุณ:

GCU-UUU-UCA-CGU

รหัสโคดอนทั้ง 4 ตัวนี้ตามลำดับ สำหรับกรดอะมิโนอะลานีน ฟีนิลอะลานีน ซีรีน และอาร์จินีน ตัวอย่างทางทฤษฎีนี้น่าจะเป็นเตตระเปปไทด์ (โอลิโกเปปไทด์) เนื่องจากจะเป็นโปรตีนทั่วไป จะต้องมีกรดอะมิโนเหล่านี้อย่างน้อย 100 ตัว ไม่ว่าในกรณีใด คำอธิบายนี้ครอบคลุมโดยทั่วไป กระบวนการถอดรหัสและการแปลผลที่ก่อให้เกิดโปรตีนภายในเซลล์

• คุณอาจสนใจ: "ส่วนที่สำคัญที่สุดของเซลล์และออร์แกเนลล์: ภาพรวม"

การปรับเปลี่ยนหลังการแปลคืออะไร?

การปรับเปลี่ยนหลังการแปล (PTM) หมายถึง การเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่โปรตีนได้รับเมื่อถูกสังเคราะห์ในไรโบโซม. การถอดความและการแปลทำให้เกิดโปรเปปไทด์ ซึ่งต้องได้รับการดัดแปลงเพื่อให้บรรลุการทำงานที่แท้จริงของสารโปรตีนในท้ายที่สุด การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้สามารถเกิดขึ้นได้ผ่านกลไกของเอนไซม์หรือที่ไม่ใช่เอนไซม์

การปรับเปลี่ยนหลังการแปลที่พบบ่อยที่สุดอย่างหนึ่งคือการเพิ่มกลุ่มฟังก์ชัน ในรายการต่อไปนี้ เราจะให้ตัวอย่างบางส่วนของเหตุการณ์ทางชีวเคมีนี้แก่คุณ

• Acylation: ประกอบด้วยการเพิ่มกลุ่ม acyl สารประกอบที่บริจาคกลุ่มนี้เรียกว่า "กลุ่ม acylating" ตัวอย่างเช่น แอสไพรินมาจากกระบวนการอะซิเลชัน
• Phosphorylation: ประกอบด้วยการเพิ่มกลุ่มฟอสเฟต เป็นการดัดแปลงหลังการแปลที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายเทพลังงานในระดับเซลล์
• เมทิลเลชั่น: เพิ่มหมู่เมทิล เป็นกระบวนการ epigenetic เนื่องจาก DNA methylation ป้องกันการถอดรหัสยีนเป้าหมายบางตัว
• ไฮดรอกซิเลชัน: การเติมหมู่ไฮดรอกซิล (OH) ตัวอย่างเช่น การเพิ่มหมู่ไฮดรอกซิลเข้ากับโพรลีน เป็นขั้นตอนสำคัญสำหรับการสร้างคอลลาเจนในสิ่งมีชีวิต
• ไนเตรต: การเพิ่มกลุ่มไนโตร

มีกลไกอีกมากมายในการเพิ่มหมู่ฟังก์ชัน เนื่องจากมีการบันทึกไนโตรซิเลชัน ไกลโคซิเลชัน ไกลเคชั่นหรือพรีนิเลชันด้วย. ตั้งแต่การก่อตัวของยาไปจนถึงการสังเคราะห์เนื้อเยื่อชีวภาพ กระบวนการทั้งหมดเหล่านี้มีความสำคัญต่อการอยู่รอดของเผ่าพันธุ์ของเราไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง

ดังที่เราได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ จีโนมมนุษย์ประกอบด้วยยีน 25,000 ยีน แต่โปรตีโอมของมนุษย์ประกอบด้วย สปีชีส์ของเรา (โปรตีนทั้งหมดที่แสดงในเซลล์) มีโปรตีนประมาณหนึ่งล้านหน่วย นอกจากการประกบกันของ RNA ของผู้ส่งสารแล้ว การดัดแปลงหลังการแปลยังเป็นพื้นฐานของความหลากหลายของโปรตีนในมนุษย์เนื่องจากสามารถเพิ่มโมเลกุลขนาดเล็กผ่านพันธะโควาเลนต์ที่เปลี่ยนการทำงานของพอลิเปปไทด์โดยสิ้นเชิง

นอกจากการเพิ่มกลุ่มเฉพาะแล้ว ยังมีการดัดแปลงที่เชื่อมโยงโปรตีนเข้าด้วยกัน ตัวอย่างนี้คือ sumoylation ซึ่งเพิ่มโปรตีนขนาดเล็ก (ตัวดัดแปลงที่เกี่ยวข้องกับ ubiquitin ขนาดเล็ก SUMO) ให้กับโปรตีนเป้าหมาย การเสื่อมสภาพของโปรตีนและการโลคัลไลเซชันของนิวเคลียสเป็นผลกระทบบางส่วนจากกระบวนการนี้

กลไกหลังการแปลสารเติมแต่งที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือการแพร่หลาย ซึ่งตามชื่อของมันบ่งบอกว่า เพิ่ม ubiquitin ให้กับโปรตีนเป้าหมาย หนึ่งในหลายหน้าที่ของกระบวนการนี้คือการควบคุมการรีไซเคิลโปรตีน เนื่องจากยูบิควิตินจับกับโพลีเปปไทด์ที่ต้องถูกทำลาย

วันนี้ ตรวจพบการแก้ไขหลังการแปลที่แตกต่างกันประมาณ 200 รายการซึ่งส่งผลต่อการทำงานของเซลล์ในหลาย ๆ ด้าน รวมถึงกลไกต่างๆ เช่น เมแทบอลิซึม การส่งสัญญาณ และความเสถียรของโปรตีนเอง มากกว่า 60% ของส่วนโปรตีนที่เกิดจากการดัดแปลงหลังการแปลมีความเกี่ยวข้องกับ พื้นที่ของโปรตีนที่ทำปฏิกิริยาโดยตรงกับโมเลกุลอื่นหรือที่เหมือนกันคือศูนย์กลางของมัน คล่องแคล่ว.

• คุณอาจสนใจ: "การแปล DNA: มันคืออะไรและเฟสของมันคืออะไร"

การดัดแปลงหลังการแปลและภาพทางพยาธิวิทยา

ความรู้เกี่ยวกับกลไกเหล่านี้เป็นสมบัติของสังคม แต่สิ่งต่าง ๆ ก็ยิ่งมากขึ้น get น่าสนใจเมื่อเราค้นพบว่าการดัดแปลงหลังการแปลมีประโยชน์ในด้านนี้ด้วย หมอ.

โปรตีนที่มีลำดับ CAAX, cysteine ​​​​(C) - สารตกค้างอะลิฟาติก (A) - สารตกค้างของอะลิฟาติก (A) - ใด ๆ กรดอะมิโน (X) เป็นส่วนหนึ่งของโมเลกุลจำนวนมากที่มีแผ่นลามินีนิวเคลียร์ ซึ่งมีความจำเป็นในกระบวนการควบคุมต่างๆ และนอกจากนี้ พวกมันยังปรากฏอยู่บนพื้นผิวของเยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึม (สิ่งกีดขวางที่กั้นภายในเซลล์ของ ภายนอก). ลำดับ CAAX ในอดีตมีความเกี่ยวข้องกับการพัฒนาของโรค เนื่องจากมันควบคุมการดัดแปลงหลังการแปลของโปรตีนที่นำเสนอ.

ตามที่คณะกรรมาธิการยุโรประบุในบทความ CAAX Protein Processing in Human DIsease: From Cancer to Progeria วันนี้ กำลังพยายามใช้เป็นเป้าหมายในการรักษาโรคมะเร็ง และโปรจีเรีย เอ็นไซม์ที่ประมวลผลโปรตีนตามลำดับ ซีเอเอ็กซ์. ผลลัพธ์ซับซ้อนเกินไปในระดับโมเลกุลที่จะอธิบายในพื้นที่นี้ แต่ความจริงก็คือ การใช้การปรับเปลี่ยนหลังการแปลเป็นเป้าหมายของการศึกษาโรคต่างๆ แสดงให้เห็นอย่างชัดเจน ความสำคัญ

เรซูเม่

จากข้อมูลทั้งหมดที่นำเสนอในบรรทัดเหล่านี้ เราต้องการเน้นความสำคัญเป็นพิเศษอย่างหนึ่ง: มนุษย์มียีนที่แตกต่างกันประมาณ 25,000 ยีนในจีโนมของเรา แต่โปรตีโอมของเซลล์มีโปรตีนถึงล้านตัว. ตัวเลขนี้เป็นไปได้ด้วยการปรับเปลี่ยนหลังการแปล ซึ่งเพิ่มกลุ่มการทำงานและเชื่อมโยงโปรตีนระหว่างกัน เพื่อให้มีความเฉพาะเจาะจงกับโมเลกุลขนาดใหญ่

หากเราต้องการให้คุณเก็บเป็นแกนกลาง นี่คือสิ่งต่อไปนี้: DNA ถูกแปลงเป็น RNA ของผู้ส่งสาร ซึ่งเดินทางจากนิวเคลียสไปยังไซโตพลาสซึมของเซลล์ ที่นี่มันถูกแปลเป็นโปรตีน (ซึ่งเป็นที่เก็บคำแนะนำในรูปแบบของ codons) ด้วยความช่วยเหลือของการถ่ายโอน RNA และไรโบโซม หลังจากกระบวนการที่ซับซ้อนนี้ การปรับเปลี่ยนหลังการแปลจะเกิดขึ้น เพื่อให้โปรโตเปปไทด์ทำงานได้อย่างสมบูรณ์

การอ้างอิงบรรณานุกรม:

• เจนเซ่น โอ. น. (2004). โปรตีโอมิกเฉพาะการดัดแปลง: การแสดงลักษณะเฉพาะของการดัดแปลงหลังการแปลโดยแมสสเปกโตรเมทรี ความคิดเห็นปัจจุบันในชีววิทยาเคมี 8 (1), 33-41.
• กฤษณะ, ร. G. และ Wold, F. (1993). การดัดแปลงโปรตีนหลังการแปล วิธีการในการวิเคราะห์ลำดับโปรตีน, 167-172
• Mann, M. และ Jensen, O. น. (2003). การวิเคราะห์โปรตีโอมิกของการดัดแปลงหลังการแปล เทคโนโลยีชีวภาพธรรมชาติ, 21 (3), 255-261.
• สก๊อตต์, ไอ., ยามาอุจิ, เอ็ม., & ศรีชลเพชร, ม. (2012). ไลซีนหลังการแปลการปรับเปลี่ยนคอลลาเจน บทความทางชีวเคมี, 52, 113-133.
• ซีท, บี. ต. ดิ๊กกี้ ไอ. โจว เอ็ม เอ็ม, & พอว์สัน, ต. (2006). การอ่านการดัดแปลงโปรตีนด้วยโดเมนการโต้ตอบ การทบทวนธรรมชาติ อณูชีววิทยาเซลล์, 7 (7), 473-483.
• ซอ เจ. ว., & ลี, เค. เจ (2004). การดัดแปลงหลังการแปลและหน้าที่ทางชีวภาพ: การวิเคราะห์โปรตีโอมิกและวิธีการที่เป็นระบบ รายงาน BMB, 37 (1), 35-44.
• สไนเดอร์, เอ็น. ที., & โอมารี, เอ็ม. ข. (2014). การดัดแปลงหลังการแปลของโปรตีนเส้นใยขั้นกลาง: กลไกและหน้าที่ การทบทวนธรรมชาติ อณูชีววิทยาเซลล์ 15 (3), 163-177.
• Westermann, S. และ Weber, K. (2003). การปรับเปลี่ยนหลังการแปลจะควบคุมการทำงานของไมโครทูบูล บทวิจารณ์ธรรมชาติ ชีววิทยาเซลล์โมเลกุล, 4 (12), 938-948.