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:

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, enzymy proteolityczne, peptydazyproteazy. 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 konformacjikonformacja białkakonformacji. 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

R1LCvrmKHyM1l1

Ilustracja przedstawia komputerowy model ubikwityny. Jest to białko o nieregularnym kształcie.

Jeżeli białko zostało nieprawidłowo zbudowane, musi zostać rozpoznane i zdegradowane. Sygnałem do rozpoczęcia degradacji białka jest poliubikwitynacja, czyli przyłączenie przez ligazę ubikwitynowąligaza ubikwitynowaligazę ubikwitynową polimerów ubikwitynyubikwitynaubikwityny do polipeptydu. Białka znakowane ubikwityną rozkładane są przez proteasom.

Więcej o degradacji białek znajdziesz w e‑materiale pt. Proteasomy – komórkowi niszczyciele białek.

Przyłączenie kotwicy GPI

Białka, które mają zostać zakotwiczone w błonie komórkowej od strony zewnętrznej, zostają wyposażone w tzw. kotwicę GPIkotwica GPI (glikozylofosfatydyloinozytolowa)kotwicę 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.

Ciekawostka

Defekty kotwic glikozylofosfatydyloinozytolowych skutkują rzadkim schorzeniem: napadową nocną hemoglobinurią, polegającą na rozpadzie erytrocytów głównie przy niskim pH krwi występującym podczas snu.

R1ScB4yIotyPU

Zdjęcie mikroskopowe przedstawia komórki krwi. Erytrocyty mają owalne, spłaszczone w środku kształty. Są koloru czerwonego. Limfocyty T są mniejsze od erytrocytów, okrągłe, zaznaczone na pomarańczowo. Najmniejsze są płytki krwi zaznaczone na zielono.

Fosforylacja i defoforylacja

Najczęściej spotykaną modyfikacją białek jest fosforylacja łańcuchów bocznych aminokwasów. Jest to reakcja przyłączania reszty fosforanowej z nieorganicznego fosforanu. Dołączenie przez kinazykinazakinazy 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 acetylotransferazacetylotransferazyacetylotransferaz i deacetylazdeacetylazydeacetylaz.

Defosforylacja jest procesem odwrotnym do fosforylacji. Polega na odszczepieniu reszty fosforanowej od cząsteczki białka przez fosfatazyfosfatazyfosfatazy.

Acetylacja, deactylacja, metylacja i demetylacja

Acetylacja to modyfikacja potranslacyjna polegająca na przyłączeniu grupy acetylowej (CHIndeks dolny 3₃−C(O)−) do białka przez acetylazęacetylazaacetylazę. 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 metylotransferazęmetylotransferaza metylotransferazę. 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.

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.

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