Posttranslacijske modifikacije

Posttranslacijske modifikacije su odvijaji nakon primarne sinteze proteinskih sekvenci, kada su prevedene sa lanaca nukleinskih kiselina, sa jezika nukleotida na jezik aminokiselina, kada mogu biti preuređene odgovarajućim enzimima. Iako ovaj oblik proteina, koji utiče na konačmnu proteinsku sekvencu, nije izričito obuhvaćen centralnom dogmom, nema mnogo primjera gdje je jasna povezanost ova dva oblika i koliko mnogo imaju veze jedan s drugim.

Donji deo dijagrama prikazuje modifikaciju primarne strukture insulina.

Proces modificiranja

Pošto su proteini lanaci aminokiselina, tokom njihove siintezena svakoj karici u njih može biti ugrađena jedna od 20 različitih aminokiselina. Nakon translacije, posttranslacijske modifikacije proširuju raspon funkcija proteina, nakon vezanja drugih biohemijski funkcionalnih grupa, kao što su acetati, fosfati, razni lipidi i ugljikohidrati.

Translacijom sintetizirani proteini su podvrgnuti različitim hemijskim, fizičkim i drugim promjenama što se, jednom riječju, označava kao posttranslacijska modifikacija. Nakon sinteze, većina proteina uz pomoć tzv. signalnih peptida na njihovom NH₃ kraju odlazi do specifičnih mjesta i organela u ćeliji. Ovi signalni peptidi omogućavaju sintetiziranim polipeptidima (proteinima) da uđu u lumen endoplazmatskog retikuluma, gdje dolazi do njihove modifikacije ili se prenose do Golgijevog kompleksa, iz kojeg se nakon modifikacije prenose do lizosoma, plazma membrana i drugih organela ili učestvuju u unutarćelijskom transportu. Također, proteini mitohondrija i hloroplasta eukariota, te proteini bakterija, koji se ekstracelularno luče, imaju signalne peptide. Na kraju, proteini mogu biti razgrađeni od strane proteolitičkog sistema ćelije. Zbog toga kod eukariota u procesu translacijske modifikacije proteina dolazi do njihovog vezivanja s ubikvitin proteinom koji formira rep. Tako nastali proteini su dobrim dijelom zaštićeni od proteolitičkih enzima u ćelij čime je omogućeno normalno funkcionisanje ćelijskih procesa.

U citoplazmi dolazi do sinteze proteina koji se, da bi bili funkcionalni, podvrgavaju različitim modifikacijama. Ukratko, u jednom eukariotskom organizmu sve ćelije sadrže iste gene, ali u različitim ćelijama dolazi do ekspresije različitih gena i sinteze različitih proteina. Isto tako jedna ćelija u različitim razvojnim fazama ili pod utjecajem različitih vanjskih faktora i u odvojenim vremenskim intervalima pokazuje ekspresiju različitih gena. Ovo potvrđuje da je ekspresija gena jedan vrlo organizovan proces koji uključuje: promjenu hromatinske građe, transkripciju, sazrijevanje do iRNK, prijenos zrele iRNK u citoplazmu, stabilnost iRNK, translaciju i posttranslacijsku modifikaciju.^[1] Protein je lanac aminokiselina. Tokom sinteze proteina, 20 različitih aminokiselina mogu biti inkorporirane u proteine. Nakon translacije, posttranslacione modifikacije aminokiselina proširuju opseg funkcija proteina, putem vezivanja drugih biohemijskih funkcionalnih grupa, kao što su acetat, fosfat, razni lipidi i ugljikohidrati. Time se menja hemijska priroda aminokiselina.

Dodavanje funkcionalnih grupa

Dijagram genetičkog koda koji pokazuje aminokiselinske ostatke kao mete modifikacija

Dodavanje in vivo

Dodavanja in vivo ima više varijanti, a obično se dešavaji slijedeća.

Acilacija, npr. O-acilacija (estri), N-acilacija (amidi), S-acilacija (tioestri)
- Acetilacija, dodavanje acetil grupe; reverzna reakcija je deacetilacija;
- Formilacija;
- Pipoilacija, dodavanje lipoatne (C₈) funkcionalne grupe;
- Miristoilacija, dodavanje miristata, C₁₄ zasićene kiseline;
- Palmitoilacija, dodavanje palmitata, C₁₆ zasićene kiseline;
Alkilacija, dodavanje alkil grupe, npr. metil, etil;
- Metilacija dodavanje metil grupe, obično na lizin ili arginin ostatke. Reverzna reakcija je demetilacija;
- Izoprenilacija ili prenilacija, dodavanje izoprenoidne grupe (npr. farnezol i geranilgeraniol)
  - Farnesilacija;
  - Geranilgeranilacija;
Amidacija na C-terminusu;
Dodavanje aminokiselina;
- Arginilacija, tRNK-posredovano dodavanje;
- Poliglutamilacija, kovalentno vezivanje ostataka glutaminske kiseline za tubulin i neke druge proteine;
- Poliglicilacija, kovalentno vezivanje jednog od više od 40 ostataka glicina za tubulinski C-terminus;
Formiranje diftamida;
Gama-karboksilacija, zavisna od vitamina K;
Glikozilacija, dodavanje glikozil grupe na bilo asparagin, hidroksi-lizin, serin ili treonin, čime se formira glikoprotein. Razlikuje se od glikacije, koja je dodavanje šećera bez enzimskog posredovanja;
- Polisijalilacija, dodavanje polisijalinske kiseline;
Glipijacija, formiranje glikozilfosfatidilinozitol (GPI) ankera;
Hem grupa može biti kovalentno vezana;
hidroksilacija
Formiranje hipuzina (na konzerviranom lizinu u EIF5A i AIF5A);
Jodinacija (npr. tiroidnih hormona);
Nukleotidi ili njihovi derivati mogu da budu kovalentno vezani;
- Adenilacija;
- ADP-ribozilacija;
- Dodavanje flavina;
Nitrozilacija
S-glutationilacija;
Oksidacija;
Fosfopanteteinilacija^[2]^[3], dodavanje 4'-fosfopanteteinil grupe koenzima A, npr. u biosintezi masnih kiselina, poliketida, ne-ribozomalnih peptida i leucina;
Fosforilacija, dodavanje fosfatne grupe, obično na serin, tirozin, treonin ili histidin;
Formiranje piroglutamata;
sulfacija, dodavanje sulfatne grupe na tirozin;
Selenolacija (kotranslaciona inkorporacija selena u selenoproteine);

Dodavanje in vivo bez enzimske katalize

Glikacija, dodavanje molekula šećera na proteine.

Dodavanje in vitro bez enzimske katalize

Biotinilacija, acilacija konzerviranih ostataka lizina biotinom;
Pegilacija.

Dodavanje drugih proteina ili peptida

ISG-ilacija, kovalentno vezivanje za ISG15 protein (Interferon-stimulisani gen 15).^[4]
SUMO-ilacija]], kovalentno vezivanje za SUMO protein;
Ubikvitinacija, kovalentno vezivanje za protein ubikvitin;
Nedilacija, kovalentno vezivanje za nedd.^[5]

Izmjena hemijskog karaktera aminokiselina

Citrulinacija, ili deiminacija, konverzija arginina u citrulin;
Deamidacija, konverzija glutamina u glutaminsku kiselinu, ili asparagina u asparaginsku kiselinu;
Eliminilacija, konverzija u alkene beta-eliminacijom fosfotreonina i fosfoserina, ili dehidracija treonina i serina kao i dekarboksilacija cisteina.

Strukturne promjene

Disulfidni mostovi, kovalentna veza dva cisteina;
Proteolitičko presecanje, presecanje proteina na peptidnoj vezi;
Racemizacija prolina prolil izomerazom;

Također pogledajte

Reference

^ Kapur Pojskić L., Ed. (2014): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju, 2. izdanje. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 978-9958-9344-8-3.
^ http://dx.doi.org/10.1021/bi9719859.
^ http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1046-5928(98)91016-6}}^{[mrtav link]}
^ http://www.genesdev.org/cgi/content/full/17/4/455 |pmid=12600939 |doi=10.1101/gad.1056303 |pmc=1959.
^ Wu J. T., Lin H. C., Hu Y. C., Chien C. T. (2005). "Neddylation and deneddylation regulate Cul1 and Cul3 protein accumulation". Nature Cell Biology. 7 (10): 1014–20. doi:10.1038/ncb1301. PMID 16127432. Nepoznati parametar |month= zanemaren (pomoć)CS1 održavanje: više imena: authors list (link)

[1] Kapur Pojskić L., Ed. (2014): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju, 2. izdanje. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 978-9958-9344-8-3.

[2] ttp://dx.doi.org/10.1021/bi9719859.

[3] ttp://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1046-5928(98)91016-6}}^{[mrtav link]}

[4] ttp://www.genesdev.org/cgi/content/full/17/4/455 |pmid=12600939 |doi=10.1101/gad.1056303 |pmc=1959.

[pmid16127432-5] Wu J. T., Lin H. C., Hu Y. C., Chien C. T. (2005). "Neddylation and deneddylation regulate Cul1 and Cul3 protein accumulation". Nature Cell Biology. 7 (10): 1014–20. doi:10.1038/ncb1301. PMID 16127432. Nepoznati parametar |month= zanemaren (pomoć)CS1 održavanje: više imena: authors list (link)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]