Посттрансляционная модификация

Посттрансляционные модификации белков ( PTM ) - это изменения белков, которые происходят после трансляции . Большинство из них запускается организмом или самими клетками.

Белки часто участвуют в этих процессах, модифицируя гены ( гены-модификаторы ) кодируются. Генные продукты таких модификационных генов могут быть сформированы или функционализированы в зависимости от факторов окружающей среды и соответственно влиять на белки.

В то время как некоторые процессы происходят непосредственно в точке происхождения, другие происходят в определенных клеточных органеллах, а другие - вне производящей клетки.

Однако в дополнение к предполагаемым изменениям белка также происходят нежелательные модификации белка. Предполагая, что механизм транскрипции и трансляции работает при транскрипции генов через мРНК в белки с частотой ошибок 1/1000 нуклеотидов или 1/10 000 аминокислот, включение неправильных аминокислот приведет к образованию значительных количеств ошибочно переведенных полипептидных цепей. Доля неправильно переведенных белков, которые фактически не изменяются посттрансляционно, но котрансляционно, может быть увеличена присутствием стрептомицина (нарушение рибосомы ) или недостатком отдельных аминокислот.

Кроме того, белковые цепи могут быть повреждены, изменены или денатурированы радикалами , высокоэнергетическим излучением или другими белками (см. Прионы ) и образовывать изоформы сворачивания, которые больше не соответствуют исходной конформации и не могут выполнять намеченную функцию.

Категории посттрансляционных модификаций

Клетки имеют множество возможностей обрабатывать и изменять свои белки. Для этого в них есть большое количество ферментов, которые специально образуются клеткой для модификации белков. Процессы модификации белков могут происходить как конститутивно, так и под влиянием окружающей среды или других параметров. Модификация может быть N - или C -terminus или модификации боковой цепи сделано. Описано около 300 различных посттрансляционных модификаций. Были проанализированы следующие процессы, которые приводят к появлению новых видов белка:

Спин-оффы

• Расщепление N- концевого формильного остатка деформилазой . Каждый вновь синтезированный белок (у прокариот ) изначально содержит N- концевой формилметионин (метионин у эукариот ), который всегда включается первым во время трансляции и чей формильный остаток впоследствии отщепляется деформилазой. Любой остаток формила, который все еще присутствует, указывает на то, что синтез белковой молекулы только что закончился.
• расщепление метионильного остатка на N- конце вновь синтезированных белков метиониламинопептидазой . У бактерий было обнаружено, что размер следующей аминокислоты влияет на поведение N- концевого метионина при расщеплении . Чем больше вторая аминокислота, тем меньше вероятность отщепления исходного метионина.
• целенаправленное расщепление сигнальных последовательностей (например, от протоколагена до коллагена)
• селективное вырезание частичных последовательностей ( например, проинсулин в инсулин, как правило, белки-предшественники )
• Инактивация и фрагментация белков за счет протеолиза с участием протеаз

Неорганические группы

• Фосфорилирование по протеинкиназам с образованием фосфопротеинов
• Гидроксилирование из пролина остатков в гидроксипролину остатков ( в основном в коллагене , но также и в эластине , Argonaut 2 , гипоксия-индуцированный фактор α, и т.д.)
• Гидроксилирование из лизина остатков в гидроксилизиновые остатки (часто отправная точка для гликозилирования, в коллагене и для последующих перекрестных ссылок)
• Йодирование и бромирование , т. а. у моллюсков нейропептид B крупного рогатого скота
• нитрование
• S-нитрозилирование
• Сульфатион

Органические группы

• Гликозилирования ( гликопротеины ); N- гликозид в эндоплазматическом ретикулуме , O- гликозид в аппарате Гольджи , например B. фукозилирование , маннозилирование и сиалирование , C- гликозид как C- аннозилирование
• Формилирование прокариот в формилметионин
• Ацетилирование с помощью ацетилтрансферазы на лизины , например B. Гистоновая ацетилтрансфераза.
• Пропионилирование
• Бутирилирование
• Кротонилирование
• Малонилирование
• Глутарилирование
• Сукцинилирование лизинов сукцинатом
• Сукцинация цистеина
• Присоединение остатка цитруллина ( CXCL10 , филаггрин , несколько гистонов )
• Метилирование , например Б. Асимметричный диметиларгинин , гистоновые метилтрансферазы на лизинах
• Биотинилирование
• Амидирование , например B. на конечной точке C
• Убиквитинилирование лизинов для протеолиза
• Белки SUMO ( небольшой модификатор, связанный с убиквитином ) для протеолиза
• Пупилирование лизинов для протеолиза у прокариот
• Урмилирование
• Неддилирование
• Сампилирование в архее
• Рибозилирование АДФ , например Б. поли (АДФ-рибоза) полимеразой 1
• Добавление глутатиона через дисульфидный мостик ( бета-кристаллин , глутаредоксин-2 )
• Связывание с хинонами , в основном при переносе электронов
• Модификации флавинов, например Б. флавинмононуклеотид или флавинадениндинуклеотид
• Модификации гема , например Б. Гем С на лизинах
• Модификация ретинилидена как основание Шиффа из сетчатки в опсинах
• Аденилирование

Органические липидные группы

Эти модификации липидного якоря вызывают адсорбцию на клеточной мембране .

• GPI якорь
• Модификации липидов пренилированием до липопротеинов , например Б. Фарнезилирование , геранилгеранилирование
• Липидные модификации , по длинной цепи ацилирования с жирными кислотами до липопротеинов , например Б. Пальмитоилирование и миристоилирование
• Модификация липоевой кислоты , например Б. на пируватдегидрогеназном по липоатам белка лигазы

Добавление привязок

• образование дисульфидных мостиков между соседними остатками цистеина с цистином (например, инсулином )
• изменение складывания по сопровождающим
• образование белковых комплексов из субъединиц (таких как гемоглобин)
• образование твердых структур через ковалентные поперечные связи (например, фибриллы коллагена)
• Образование изопептидной связи , например, при свертывании крови
• Образование тиоэфирной связи между Cys и Asn / Gln (включая компонент C3 комплемента )
• Образование тиоэфирной связи между Cys и Ser / Thr ( аматоксины и др.)

Связывание с более крупными молекулами

• связь с коферментами и простетическими группами (например, гем + гемоглобин)
• Ковалентное связывание с ДНК и РНК (только вирусы )
• ковалентное закрепление пептидогликанов в стенках бактериальных клеток

Замена отдельных аминокислот

• L- / D- изомеризация : изменение L- аминокислоты на D- аминокислоту , было установлено у нескольких групп животных (за исключением ядовитых амфибий , членистоногих , моллюсков и утконоса ).
• Витамин K -зависимой карбоксилирования в глутамате остатка до гаммы-карбоксиглутамата (коагуляция и кальцинированные ткани) с помощью γ-глутамилкарбоксилазы
• Превращение лизина в гипусин ( N- ε- (4-аминобутил) лизин). Единственный известный белок: eIF-5A
• Окисление отдельных аминокислотных остатков (кристаллическое)
• Замыкание цикла глутаминовой кислоты до пироглутаминовой кислоты
• Формирование formylglycine из цистеина в сульфатазах

Разнообразный

• Образование стабильного радикала (бактерии)
• связывание ( комплексообразование ) ионов и низкомолекулярных веществ

литература

• Х. Линь, Х. Су, Б. Он: ацилирование протеина лизина и сукцинирование цистеина промежуточными продуктами энергетического метаболизма. В кн . : Химическая биология АСУ. Том 7, номер 6, июнь 2012 г., ISSN  1554-8937 , стр. 947-960, doi : 10.1021 / cb3001793 , PMID 22571489 , PMC 3376250 (полный текст).

веб ссылки

• Ключевое слово UniProt: PTM
• UniProt: Контролируемый словарь посттрансляционных модификаций (PTM)

Индивидуальные доказательства

1. ^ С. Ли: Посттрансляционная модификация белков в токсикологических исследованиях: акцент на ацилирование лизина. В кн . : Токсикологические исследования. Том 29, номер 2, июнь 2013, стр 81-86. Дои : 10,5487 / TR.2013.29.2.081 , PMID 24278632 , PMC 3834447 (бесплатно полный текст).