Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

МОЛБИОЛ 2014-лекции / ОГК / Л3-Модификация белков-1

.pdf
Скачиваний:
109
Добавлен:
12.02.2015
Размер:
509.06 Кб
Скачать

Посттрансляционная модификация белков I

Лекция 3

2014г.

Биогенез белков

Биогенез белков означает «рождение» белков и переход между ненативным и нативным состоянием белка

Биогенез белков включает в себя:

синтез полипептидной цепи;

химическую и структурную модификацию белков;

Пространственное сворачивание (фолдинг) белка

(folding);

сборку белковых комплексов (assembly);

транспорт белков к мембранам и транслокацию их через мембраны;

вторичный фолдинг или «пересворачивание» белков (рефолдинг).

Посттрансляционной модификацией белков

называют изменение первичной структуры полипептидной цепи после завершения ее синтеза рибосомами; т.е. это химические превращения, изменяющие ковалентную структуру

полипептидной цепи. Таких реакций насчитывается 300-400. Особенности реакций посттрансляционной модификации:

Катализируются специфическими ферментами (хотя есть и внутримолекулярные превращения);

Модификации затрагивают определенные ак остатки; модифицирующие ферменты распознают специфическую последовательность ак остатков (мотив);

Могут происходить как во время синтеза п/п цепи (котрансляционная модификация), так и после окончания синтеза:

Нематричные процессы, отсюда – образование множественных форм белка;

Некоторые реакции характерны для очень многих белков, а некоторые – для ограниченной группы (или отдельных) белков;

Функциональная направленность реакций посттрансляционной модификации (отличать от повреждающих реакций);

Более 200 различных модификаций ак было обнаружено в белках после модификаций;

Более 5% генов в геноме человека кодируют ферменты, участвующие в посттрансляционной модификации белков.

Функциональное значение посттрансляционной модификации:

1.Увеличение разнообразия белковых молекул (структурное и функциональное)

-Протеом человека состоит из ~ 300000 различных белков, что почти в 10 раз превышает число генов(!);

2.Правильная сборка белков;

3.Повышение стабильности белков;

4.Регуляция активности белков (активация или инактивация белков, изменение функции белков);

5.Регуляция белок-белковых взаимодействий (модификация сайтов связывания);

6.Передача сигнала;

7.Локализация белков (якоря мембранных белков, формирование транспортных сигналов);

8.Контроль времени жизни (сигнал к выживанию или сигнал к деградации белка) и др.

Модификации N- и С-концов белков

Модификации N-конца очень распространены:

Удаление N-формильной группы Met (прокариоты, митохондрии и хлоропласты эукариот);

Отщепление инициирующего Met (аминопептидаза):

-примерно у 50% цитозольных белков сохраняется Met,

-часто встречаются Ala, Ser, Thr,

реже Gly, Asp;

Ацетилирование N-конца

-часто ацетилированы Ala, Ser,

-реже – Gly, Met, Asp;

(около 50 % цитозольных белков ацетилировано); донор ацетильной группы – Acetyl-CoA;

Метилирование N-конца – чаще всегоLis, Arg, His,

(редкая модификация; например, рибосомные белки);

Добавление ак (часто Arg) к N - концу.

Ацетилированный N-конец белка

Модификации С-конца встречаются реже:

Амидирование С-конца

-удаление нескольких ак или протеолитическое расщепление,

-амидирование С-конца Gly,

-витамин-С-зависимая реакция

-характерно для нейропептидов (активация окситоцина и вазопрессина)

Удаление некоторых ак, сопровождающееся формированием липопротеинов;

Удаление ак с С-конца (Tyr в тубулине).

Модификация внутренних аминокислотных остатков белков (I)

Образование оксипролина (котрансляционно)

Мотив Pro-Gly-X-Y, где X, Y – часто Pro, то появляется структурный мотив Gly-Pro-Hyp;

Реакция идет в эндоплазматическом ретикулуме (ЭР);

Встречается часто в коллагене, эластине;

Повышает стабильность тройной суперспирали коллагена;

Витамин С – кофактор пролилгидроксилаз; отсутствие витамина С приводит к быстрой деградации коллагена вне клеток;

Нарушение ведет к поражениям кожи, сосудов и т.д.

Образование оксилизина (котрансляционно)

Мотив Lys*-Gly; реакция идет в ЭР;

Встречается часто в коллагене;

Витамин С – кофактор лизилгидроксилазы;

Точки гликозилирования и поперечных сшивок;

Нарушение ведет к поражениям кожи, утрате эластичности связок и сосудов.

Модификация внутренних аминокислотных остатков белков (II)

Карбоксилирование Glu

(Образование γ-карбоксиглутаминовой кислоты - Gla):

Реакция идет в ЭР;

Gla образует комплексы с ионами Cа2+, связанными с фосфолипидами мембран;

Свойственна белкам, образующим комплексы с ионами Cа2+: остеокальцину, протромбину (карбоксилированию подвергаются ~10 Glu остатков на N-конце);

Кофакторвитамин К; дефицит витамина К приводит к нарушению свертывания крови;

Непрямые антикоагулянты варфарин и дикумарол ингибируют реакцию.

Модификация внутренних аминокислотных остатков белков (III)

Радиоактивный I125

используют для мечения белков и пептидов в радиоиммунологическом анализе (РИА).

Йодирование остатков тирозина при образовании Т3 и Т4:

Характерно для тиреоглобулина;

Йодирование немногих остатков Tyr (из 115 Tyr тиреоглобулина) в фолликулах щитовидной железы;

Образуются монойодотирозин (MIT) или дийодотирозин (DIT);

MIT+DIT=T3 (трийодотиронин); DIT+DIT=T4 (тироксин);

Высвобождение Т3 и Т4 происходит под действием специфической протеиназы.

Модификация внутренних аминокислотных остатков белков (IV)

Реакция идет в аппарате Гольджи;

Осуществляет фермент тирозилпротеинсульфотрансфераза (TPST)

Универсальный донор сульфатных групп – 3’-фосфоаденозил-5’- фосфосульфат (PAPS);

Характерно для некоторых секреторных (гастрин, фибриноген) и мембранных белков (CCR5);

Сульфатирование необходимо для оптимальной биологической активности белков и пептидов, для правильной секреции и контроля за временем жизни.

Сульфатирование

тирозина

Синтез PAPS

Модификация внутренних

аминокислотных остатков белков (V)

Эпимеризация L-аминокислот в D-аминокислоты:

D-аминокислотные остатки (Ala, Met, Leu, Ile, Phe, Asp, Trp, Ser) обнаружены в различных пептидах многих видов, наличие D-аминокислот влияет на биологическую активность пептидов;

Пауки Agelenopsis aperta продуцируют пептидные токсины, блокирующие Са2+каналы;

-Два токсина – IVB и IVC (48 ак) имеют идентичную ак последовательность, но разделяются с помощью HPLC;

-IVB более токсичен, чем IVC; -Выяснено, что IVB имеет D-Ser46;

-Изомераза имеет большую гомологию с сериновыми протеазами;

-Эта инверсия обеспечивает защиту от протеолитической деградации и позволяет токсину лучше блокировать Са2+каналы (другая пространственная структура).

Характерно для опиоидных пептидов, секретируемых кожей некоторых амфибий (дерморфин, дермэнкефалин). Активность как анальгетиков в 1000 раз больше, чем у морфина;

Новые возможности для фармацевтических фирм.