Sintesis dan Modifikasi Protein

Sintesis dan modifikasi protein adalah jalur seluler yang mengubah informasi genetik yang dibawa oleh RNA duta menjadi protein fungsional. Ini mencakup translasi mRNA pada ribosom, pelipatan polipeptida yang baru lahir menjadi bentuk tiga dimensi (sering dibantu oleh chaperone molekuler), perubahan kimia kovalen yang mendiversifikasi fungsi protein setelah sintesis, dan sistem kontrol kualitas yang memutuskan apakah protein dipertahankan atau didegradasi. Bersama-sama, langkah-langkah ini menentukan berapa banyak setiap protein yang dibuat sel dan bentuk apa yang diambilnya.

Definition

Sintesis dan modifikasi protein menunjukkan serangkaian proses terintegrasi di mana ribosom menerjemahkan mRNA menjadi polipeptida dan di mana polipeptida tersebut kemudian dilipat, dimodifikasi secara kimiawi, diperiksa kualitasnya, dan baik dipertahankan sebagai protein fungsional atau ditargetkan untuk degradasi.

Scope

Area ini mengarahkan pembaca pada keseluruhan alur dari RNA pengkodean hingga protein matang, fungsional, atau yang akhirnya dihancurkan. Ini mengelompokkan empat topik: ribosom dan translasi; pelipatan protein dan chaperone molekuler; modifikasi pasca-translasi; dan kontrol kualitas serta degradasi protein. Ini adalah referensi struktural dan molekuler dalam biologi sel dan tidak memberikan saran manajemen klinis.

Sub-topics

• Modifikasi Pasca-Translasi
• Pelipatan Protein dan Chaperone Molekuler
• Kontrol Kualitas dan Degradasi Protein
• Ribosom dan Translasi

Core questions

• Bagaimana urutan nukleotida mRNA dibaca dan diubah menjadi urutan asam amino?
• Bagaimana polipeptida linier dapat mencapai keadaan terlipat fungsionalnya secara andal di dalam sel yang padat?
• Bagaimana modifikasi kovalen memperluas repertoar fungsional dari serangkaian produk gen yang tetap?
• Bagaimana sel membedakan protein yang dibuat dengan benar dari protein yang cacat dan menghilangkan yang terakhir?

Key concepts

• Translasi mRNA pada ribosom
• Ribosom sebagai ribozim (aktivitas peptidil transferase)
• Pelipatan ko-translasi dan pasca-translasi
• Chaperone molekuler
• Modifikasi pasca-translasi
• Kontrol kualitas protein
• Proteostasis

Key theories

Hipotesis termodinamika Anfinsen

Struktur tiga dimensi asli suatu protein ditentukan oleh urutan asam aminonya dan sesuai, dalam kondisi fisiologis, dengan konformasi energi bebas terendah, menyiratkan bahwa informasi pelipatan dikodekan dalam urutan itu sendiri.

Konsep jaringan proteostasis

Homeostasis protein dipertahankan oleh jaringan terintegrasi dari mesin sintesis, pelipatan, pengangkutan, dan degradasi yang keseimbangannya dapat disesuaikan, dan kegagalannya mendasari berbagai penyakit konformasi.

Mechanisms

Ribosom membaca kodon mRNA dan, menggunakan aminoasil-tRNA, mengkatalisis pembentukan ikatan peptida melalui pusat peptidil transferase berbasis RNA mereka, sehingga ribosom pada dasarnya adalah ribozim. Saat rantai muncul, ia mulai melipat, sering kali dibantu oleh chaperone molekuler yang mencegah agregasi dan mempromosikan keadaan asli yang diprediksi oleh lanskap energi bebas sekuens. Banyak protein kemudian diubah secara kimiawi oleh modifikasi pasca-translasi seperti fosforilasi, glikosilasi, dan ubikuitinasi, yang menyetel aktivitas, lokalisasi, dan stabilitas. Sepanjang proses, sistem kontrol kualitas memantau fidelitas pelipatan dan mengarahkan protein yang salah lipat atau tidak dibutuhkan untuk degradasi, menjaga proteom tetap seimbang.

Clinical relevance

Kegagalan di mana pun di sepanjang jalur ini dikaitkan dengan penyakit: kesalahan pelipatan dan agregasi muncul dalam kondisi neurodegeneratif, dan gangguan degradasi atau kapasitas chaperone berkontribusi pada gangguan lain. Memahami jalur normal memberikan dasar konseptual untuk menafsirkan kondisi tersebut dan untuk penelitian yang menargetkan proteostasis; entri ini menjelaskan mekanisme dan tidak mengarahkan diagnosis atau pengobatan individu.

History

Pengakuan bahwa ribosom mensintesis protein, bahwa kode genetik dibaca kodon demi kodon, dan bahwa sekuens menentukan lipatan (Anfinsen, 1973) membentuk inti bidang ini pada pertengahan abad kedua puluh. Pekerjaan struktural selanjutnya mengungkapkan inti RNA katalitik ribosom (Nissen et al., 2000), sementara konsep chaperone dan proteostasis (Hartl et al., 2011; Balch et al., 2008) dan kimia sistematis modifikasi (Walsh et al., 2005) memperluas gambaran dari sintesis menjadi siklus hidup protein yang diatur seumur hidup.

Key figures

• Christian Anfinsen
• Thomas Steitz
• F. Ulrich Hartl
• Christopher Walsh

Seminal works

• anfinsen-1973
• nissen-2000
• hartl-2011
• walsh-2005

Frequently asked questions

Apakah sintesis protein sama dengan ekspresi gen?

Ini adalah bagian tingkat protein dari ekspresi gen. Ekspresi gen juga mencakup transkripsi DNA menjadi RNA; sintesis dan modifikasi protein mencakup apa yang terjadi dari RNA duta dan seterusnya, berakhir dengan protein yang matang atau terdegradasi.

Mengapa protein perlu dimodifikasi setelah dibuat?

Translasi menghasilkan rantai asam amino, tetapi pelipatan, modifikasi kimia, dan kontrol kualitas menentukan apakah rantai tersebut menjadi protein yang stabil, berlokasi dengan benar, dan aktif, sangat memperluas apa yang dapat dilakukan oleh genom yang tetap.