Посттрансляционные модификации

Посттрансляционные модификации — это ковалентные химические изменения, происходящие с белком после его синтеза. Путем добавления химических групп (таких как фосфатные или сахарные цепи), присоединения других белков (таких как убиквитин) или расщепления цепи, клетка может изменять активность, стабильность, локализацию и взаимодействия белка. Эти модификации значительно расширяют функциональное разнообразие протеома за пределы того, что непосредственно кодируется геномом.

Definition

Посттрансляционные модификации — это ферментативно катализируемые ковалентные изменения белка после его синтеза, включая добавление малых химических групп, присоединение сахаров или других белков, а также протеолитическое расщепление, которые модулируют активность, локализацию, стабильность и взаимодействия белка.

Scope

Эта тема охватывает основные классы посттрансляционных модификаций, включая фосфорилирование, гликозилирование, убиквитинирование, ацетилирование, метилирование, липидирование и протеолитическую обработку, а также то, как они регулируют функцию белка. Это молекулярный справочник, который не содержит клинических рекомендаций.

Core questions

• Как фиксированный набор генных продуктов может производить гораздо больший диапазон белковых функций?
• Какие химические группы добавляются к белкам и к каким аминокислотам?
• Как обратимые модификации действуют как молекулярные переключатели?
• Как модификация изменяет судьбу белка внутри клетки?

Key concepts

• Диверсификация протеома
• Фосфорилирование (киназы и фосфатазы)
• Гликозилирование (N-связанное и O-связанное)
• Убиквитинирование
• Ацетилирование и метилирование
• Липидирование
• Протеолитическая обработка
• Обратимая модификация как молекулярный переключатель

Mechanisms

Специализированные ферменты присоединяют или удаляют химические группы к специфическим боковым цепям аминокислот. Фосфорилирование киназами (и удаление фосфатазами) обеспечивает быстро обратимый переключатель, который регулирует активность и передачу сигналов. Гликозилирование добавляет сахарные цепи, преимущественно в эндоплазматическом ретикулуме и аппарате Гольджи, формируя сворачивание, стабильность и распознавание (Varki, 1993). Убиквитинирование присоединяет малый белок убиквитин для маркировки субстратов для различных судеб, включая деградацию (Hershko & Ciechanover, 1998). Ацетилирование, метилирование, липидирование и протеолитическая обработка дополнительно настраивают активность, локализацию и взаимодействия, так что один генный продукт может существовать во многих функционально различных формах (Walsh et al., 2005).

Clinical relevance

Поскольку такие модификации, как фосфорилирование и убиквитинирование, регулируют передачу сигналов, рост и обновление белков, их дисрегуляция изучается при многих заболеваниях, а анализы, выявляющие модификации, используются в исследованиях и диагностике. Эта статья описывает механизмы и их общее значение и не является руководством по индивидуальной диагностике или лечению.

History

Открытие обратимого фосфорилирования белков в середине XX века, отмеченное Нобелевской премией по физиологии или медицине 1992 года, установило модификацию как механизм контроля. Характеристика гликозилирования и убиквитиновой системы (Hershko & Ciechanover, 1998) расширила представление, а систематические исследования позднее представили полное химическое разнообразие модификаций как основной источник сложности протеома (Walsh et al., 2005).

Key figures

• Christopher Walsh
• Edmond Fischer
• Edwin Krebs
• Aaron Ciechanover
• Avram Hershko

Seminal works

• walsh-2005
• hershko-1998

Frequently asked questions

Почему посттрансляционные модификации важны, если ген уже определяет белок?

Ген определяет аминокислотную последовательность, но модификации изменяют то, что делает этот белок, куда он направляется и как долго он существует. Они позволяют одному генному продукту принимать множество функциональных форм и быстро реагировать на сигналы.

Являются ли посттрансляционные модификации постоянными?

Многие из них обратимы. Фосфорилирование, например, может быть добавлено и удалено, действуя как переключатель, в то время как другие, такие как протеолитическое расщепление, не обратимы.