Przeczytaj
Rodzaje modyfikacji potranslacyjnych
Białka powstające w trakcie translacji – by mogły pełnić swoje funkcje w komórce – często wymagają dodatkowych zmian. Możliwości modyfikacji jest wiele – ogólnie dzieli się je na dwa rodzaje:
Proces powstawania funkcjonalnego białka
Przykłady obróbki potranslacyjnej białek
Nieodwracalne modyfikacje białek
Usunięcie metioniny z N‑końca peptydu
Jedną z głównych modyfikacji potranslacyjnych jest usunięcie metioniny z N‑końca polipeptydu. Każde białko powstające w komórce posiada ten aminokwas na N‑końcu, co wynika z funkcji „START” kodującego metioninę kodonu AUG w procesie translacji.
Większość białek nie potrzebuje tego aminokwasu na końcu łańcucha, dlatego jest on usuwany przez odpowiednie proteazyproteazy. Proces ten jest nieodwracalny.
Częściowa proteoliza
Inny rodzaj modyfikacji, czyli częściowa proteoliza, zachodzi w aparacie Golgiego i polega na usunięciu N‑końcowego fragmentu polipeptydu, co ułatwia białku przyjęcie aktywnej konformacjikonformacji. Odcinany fragment łańcucha jest dłuższy niż ten, który usuwany jest z metioniną. Podobnej modyfikacji ulega insulina: ze środka polipeptydu usuwanych jest kilka aminokwasów. Częściowa proteoliza jest charakterystyczną modyfikacją dla wielu hormonów i proteaz. Proces ten należy do grupy modyfikacji nieodwracalnych.
Poliubikwitynacja
Jeżeli białko zostało nieprawidłowo zbudowane, musi zostać rozpoznane i zdegradowane. Sygnałem do rozpoczęcia degradacji białka jest poliubikwitynacja, czyli przyłączenie przez ligazę ubikwitynowąligazę ubikwitynową polimerów ubikwitynyubikwityny do polipeptydu. Białka znakowane ubikwityną rozkładane są przez proteasom.
Więcej o degradacji białek znajdziesz w e‑materiale pt. Proteasomy – komórkowi niszczyciele białek.
Odwracalne modyfikacje białek
Przyłączenie kotwicy GPI
Białka, które mają zostać zakotwiczone w błonie komórkowej od strony zewnętrznej, zostają wyposażone w tzw. kotwicę GPIkotwicę GPI (glikozylofosfatydyloinozytolową), która ułatwia ich stabilne utrzymanie w strukturze błony. Ten typ modyfikacji zachodzi w siateczce śródplazmatycznej szorstkiej.
Jest to modyfikacja odwracalna. Białka związane błoną przez kotwicę GPI mogą zostać uwolnione przez fosfolipazy.
Defekty kotwic glikozylofosfatydyloinozytolowych skutkują rzadkim schorzeniem: napadową nocną hemoglobinurią, polegającą na rozpadzie erytrocytów głównie przy niskim pH krwi występującym podczas snu.
Fosforylacja i defoforylacja
Najczęściej spotykaną modyfikacją białek jest fosforylacja łańcuchów bocznych aminokwasów. Jest to reakcja przyłączania reszty fosforanowej z nieorganicznego fosforanu. Dołączenie przez kinazykinazy grupy fosforanowej do białka może doprowadzić do zmiany kształtu białka, przyczyniając się np. do odsłonięcia bądź zamaskowania centrum aktywnego.
Wiele etapów ekspresji genów i szlaków przekazywania sygnałów powiązanych jest z potranslacyjną modyfikacją białek przez fosforylowanie. Na przykład na drodze fosforylacji regulowane jest działanie enzymów o aktywności acetylotransferazacetylotransferaz i deacetylazdeacetylaz.
Defosforylacja jest procesem odwrotnym do fosforylacji. Polega na odszczepieniu reszty fosforanowej od cząsteczki białka przez fosfatazyfosfatazy.
Acetylacja, deactylacja, metylacja i demetylacja
Acetylacja to modyfikacja potranslacyjna polegająca na przyłączeniu grupy acetylowej (CHIndeks dolny 33−C(O)−) do białka przez acetylazęacetylazę. Deacetylacja jest procesem odwrotnym do acetylacji. Polega na odszczepieniu grupy acetylowej od cząsteczki białka przez deacetylazy.
Metylacja to modyfikacja potranslacyjna polegająca na przyłączeniu grupy metylowej (-CHIndeks dolny 33) do białka przez metylotransferazęmetylotransferazę. Demetylacja jest procesem odwrotnym do metylacji. Polega na odszczepieniu grupy metylowej od cząsteczki białka.
Procesom tym poddawane są głównie białka jądrowe, zwłaszcza histony – białka uczestniczące w upakowaniu DNA w chromatynie i chromosomach oraz w regulacji ekspresji genów. Jest to związane z ich funkcją w obrębie chromatyny.
Deacetylacja lizyny w histonie prowadzi do zagęszczenia chromatyny i odwrotnie: acetylacja powoduje jej rozluźnienie.
Mimo że odkrycie acetylacji dotyczyło modyfikacji histonów, dziś wiemy, że acetylacja to główny sposób regulacji aktywności wszystkich białek. Ponad 2000 różnych białek u ssaków podlega regulacji przez acetylację. Jest to modyfikacja niezwykle istotna dla metabolizmu.
Ubikwitynacja i deubikwitynacja
Ubikwitynacja, czyli przyłączenie ubikwityny do białka może wiązać się z regulacją konkretnej funkcji białka i zmianą jego aktywności. Na przykład ubikwitynacja histonów H2A i H2B prowadzi do zmiany ekspresji genów w określonym regionie chromatyny. Ubikwitynacja PCNA, białka zaangażowanego w replikację DNA, jego naprawę i regulację cyklu komórkowego, prowadzi do zmiany jego funkcji i powoduje wybór różnych ścieżek naprawy uszkodzonego DNA.
Glikozylacja
Glikozylacja może być zarówno modyfikacją nieodwracalną, jak i odwracalną. Warunkuje aktywność niektórych białek, innym jedynie ułatwia dojrzewanie, a także chroni przed degradacją proteolityczną.
Białka mogą być modyfikowane poprzez przyłączenie do nich węglowodanów, które połączone są odwracalnie przez wytworzenie wiązania glikozydowego. Wskutek glikozylacji powstają glikoproteiny. Ta modyfikacja ułatwia segregację białek i kierowanie ich do właściwych sektorów komórki. W zależności od miejsca przyłączenia cząsteczki cukrowej wyróżnia się N‑glikozylację (wiązanie tworzy się z udziałem atomu azotu w aminokwasie) oraz O‑glikozylację (wiązanie glikozydowe tworzone jest poprzez grupę hydroksylową aminokwasu, najczęściej seryny lub treoniny). Glikozylacja może zachodzić równolegle z translacją (N‑glikozylacja). Procesem ściśle potranslacyjnym jest O‑glikozylacja w aparacie Golgiego.
Słownik
enzym przenoszący grupę acetylową na białka
enzymy z klasy transferaz, przenoszące grupy acylowe z acetylokoenzymu A na różne związki organiczne; acylotransferazy biorą udział m.in. w przemianie lipidów (rozpad i biosynteza kwasów tłuszczowych oraz biosynteza mono-, di- i triglicerydów), a także katalizują biosyntezę acetylocholiny
białko opiekuńcze, wspomagające prawidłowe zwijanie lub fałdowanie białka
enzymy usuwające grupy acetylowe z białek
enzymy należące do hydrolaz, które odłączają grupy fosforanowe od białek, w efekcie czego następuje defosforylacja cząsteczki
enzym przenoszący grupy fosforanowe ze związków wysokoenergetycznych na białka z wytworzeniem ich pochodnych fosforanowych
struktura przestrzenna białka
glikolipid przyłączany do C‑końca białka w celu jego zakotwiczenia w błonie komórkowej
enzym przyłączający cząsteczki ubikwityny do białka docelowego poprzez wiązanie izopeptydowe
enzym przenoszący resztę metylową na białka
mały peptyd komórek eukariotycznych, przyłączany do białek kierowanych do degradacji oraz modyfikujący aktywność i lokalizację białek
enzymy z grupy hydrolaz, katalizujące proces proteolizy, czyli hydrolizę wiązań peptydowych