stringtranslate.com

Посттрансляционная модификация

Посттрансляционная модификация инсулина . Наверху рибосома транслирует последовательность мРНК в белок инсулин и пропускает белок через эндоплазматический ретикулум , где он разрезается, складывается и удерживается в форме дисульфидными (-SS-) связями. Затем белок проходит через аппарат Гольджи , где упаковывается в везикулу. В пузырьке отсекается большее количество частей, и он превращается в зрелый инсулин.

Посттрансляционная модификация ( ПТМ ) — это ковалентный процесс изменения белков после биосинтеза белка . ПТМ могут включать ферменты или возникать спонтанно. Белки создаются рибосомами , переводящими мРНК в полипептидные цепи, которые затем могут измениться, образуя зрелый белковый продукт. PTMs являются важными компонентами клеточной сигнализации , например, когда прогормоны превращаются в гормоны .

Посттрансляционные модификации могут происходить на боковых цепях аминокислот или на С- или N- концах белка . [1] Они могут расширить химический набор из 22 аминокислот , изменив существующую функциональную группу или добавив новую, например фосфат. Фосфорилирование очень эффективно контролирует активность фермента и является наиболее частым изменением после трансляции. [2] Многие эукариотические и прокариотические белки также имеют молекулы углеводов , присоединенные к ним в процессе, называемом гликозилированием , который может способствовать сворачиванию белка и улучшению стабильности, а также выполнять регуляторные функции. Присоединение липидных молекул, известное как липидирование , часто нацелено на белок или часть белка, прикрепленного к клеточной мембране .

Другие формы посттрансляционной модификации состоят из расщепления пептидных связей , например, при процессинге пропептида до зрелой формы или удалении остатка инициатора метионина . Образование дисульфидных связей из остатков цистеина также можно назвать посттрансляционной модификацией. [3] Например, пептидный гормон инсулин дважды разрезается после образования дисульфидных связей, а пропептид удаляется из середины цепи; образовавшийся белок состоит из двух полипептидных цепей, соединенных дисульфидными связями.

Некоторые типы посттрансляционных модификаций являются следствием окислительного стресса . Карбонилирование является одним из примеров, которое нацелено на деградацию модифицированного белка и может привести к образованию агрегатов белка. [4] [5] Конкретные модификации аминокислот могут использоваться в качестве биомаркеров , указывающих на окислительное повреждение. [6]

Сайты, которые часто подвергаются посттрансляционной модификации, — это те, которые имеют функциональную группу, которая может служить нуклеофилом в реакции: гидроксильные группы серина , треонина и тирозина ; аминные формы лизина , аргинина и гистидина ; _ тиолат - анион цистеина ; _ карбоксилаты аспартата и глутамата ; _ _ и N- и C-концы. Кроме того, хотя амид аспарагина является слабым нуклеофилом, он может служить местом прикрепления гликанов . Более редкие модификации могут возникать у окисленных метионинов и некоторых метиленовых групп в боковых цепях. [7]

Посттрансляционная модификация белков может быть экспериментально обнаружена с помощью различных методов, включая масс-спектрометрию , истерн-блоттинг и вестерн-блоттинг . Дополнительные методы представлены в разделе #Внешние ссылки.

ПТМ, включающие добавление функциональных групп

Добавление фермента in vivo

Гидрофобные группы для мембранной локализации

Кофакторы для усиления ферментативной активности

Модификации факторов трансляции

Меньшие химические группы

Неферментативные модификации in vivo

Примерами неферментативных ПТМ являются гликирование, гликооксидирование, нитрозилирование, окисление, сукцинирование и липоксидирование. [15]

Неферментативные добавки in vitro

Конъюгация с другими белками или пептидами

Химическая модификация аминокислот

Структурные изменения

Статистика

Распространенные PTM по частоте

В 2011 году статистика каждой посттрансляционной модификации, обнаруженной экспериментально и предположительно, была собрана с использованием общепротеомной информации из базы данных Swiss-Prot. [24] Наиболее распространенными экспериментально обнаруженными модификациями были следующие 10: [25]

Распространенные PTM по остатку

Некоторые распространенные посттрансляционные модификации конкретных аминокислотных остатков показаны ниже. Модификации происходят в боковой цепи, если не указано иное.

Базы данных и инструменты

Блок-схема процесса и источники данных для прогнозирования PTM. [26]

Белковые последовательности содержат мотивы последовательностей, которые распознаются модифицирующими ферментами и которые могут быть задокументированы или предсказаны в базах данных PTM. Учитывая большое количество обнаруживаемых различных модификаций, возникает необходимость документировать такого рода информацию в базах данных. Информацию о PTM можно собирать экспериментальными методами или прогнозировать на основе высококачественных, тщательно отобранных данных. Были созданы многочисленные базы данных, часто с акцентом на определенные таксономические группы (например, человеческие белки) или другие особенности.

Список ресурсов

Инструменты

Список программного обеспечения для визуализации белков и их ПТМ

Примеры случаев

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Пратт, Шарлотта В .; Воэт, Джудит Г .; Воэт, Дональд (2006). Основы биохимии: жизнь на молекулярном уровне (2-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Уайли. ISBN 9780471214953. OCLC  1280801548. Архивировано из оригинала 13 июля 2012 года.
  2. ^ Хури Г.А., Балибан RC, Флудас, Калифорния (сентябрь 2011 г.). «Статистика посттрансляционных модификаций всего протеома: частотный анализ и курирование базы данных Swiss-Prot». Научные отчеты . 1 : 90. Бибкод :2011НатСР...1Е..90К. дои : 10.1038/srep00090. ПМК 3201773 . ПМИД  22034591. 
  3. ^ Лодиш Х., Берк А., Зипурски С.Л. и др. (2000). «17.6, Посттрансляционные модификации и контроль качества в черновой ER». Молекулярно-клеточная биология (4-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-3136-8.
  4. ^ Далле-Донн I, Альдини Дж., Карини М., Коломбо Р., Росси Р., Милзани А. (2006). «Карбонилирование белков, клеточная дисфункция и прогрессирование заболевания». Журнал клеточной и молекулярной медицины . 10 (2): 389–406. doi :10.1111/j.1582-4934.2006.tb00407.x. ПМЦ 3933129 . ПМИД  16796807. 
  5. ^ Гримсруд П.А., Се Х, Гриффин Т.Дж., Бернлор Д.А. (август 2008 г.). «Окислительный стресс и ковалентная модификация белка биоактивными альдегидами». Журнал биологической химии . 283 (32): 21837–41. дои : 10.1074/jbc.R700019200 . ПМЦ 2494933 . ПМИД  18445586. 
  6. ^ Джанацца Э., Кроуфорд Дж., Миллер I (июль 2007 г.). «Обнаружение окислительных посттрансляционных модификаций в белках». Аминокислоты . 33 (1): 51–6. дои : 10.1007/s00726-006-0410-2. PMID  17021655. S2CID  23819101.
  7. ^ Уолш, Кристофер Т. (2006). Посттрансляционная модификация белков: расширение запасов природы . Энглвуд: Roberts and Co. Publ. ISBN 9780974707730. : 12–14 
  8. ^ Уайтхарт С.В., Шенбагамурти П., Чен Л., Коттер Р.Дж., Харт Г.В. и др. (август 1989 г.). «Мышиный фактор элонгации 1 альфа (EF-1 альфа) посттрансляционно модифицируется новыми амидно-связанными фрагментами этаноламин-фосфоглицерина. Добавление этаноламин-фосфоглицерина к специфическим остаткам глутаминовой кислоты на EF-1 альфа». Журнал биологической химии . 264 (24): 14334–41. дои : 10.1016/S0021-9258(18)71682-7 . ПМИД  2569467.
  9. ^ Рой Х, Зоу С.Б., Буллвинкль Т.Дж., Вулф Б.С., Гилрит М.С., Форсайт С.Дж., Наварра WW, Ибба М. (август 2011 г.). «Паралог тРНК-синтетазы PoxA модифицирует фактор элонгации-P с помощью (R)-β-лизина». Химическая биология природы . 7 (10): 667–9. дои : 10.1038/nchembio.632. ПМК 3177975 . ПМИД  21841797. 
  10. ^ Али I, Конрад Р.Дж., Вердин Э., Отт М. (февраль 2018 г.). «Ацетилирование лизина выходит на глобальный уровень: от эпигенетики к метаболизму и терапии». Хим. преп . 118 (3): 1216–1252. doi : 10.1021/acs.chemrev.7b00181. ПМК 6609103 . ПМИД  29405707. 
  11. ^ Брэдбери А.Ф., Смит Д.Г. (март 1991 г.). «Пептидное амидирование». Тенденции биохимических наук . 16 (3): 112–5. дои : 10.1016/0968-0004(91)90044-v. ПМИД  2057999.
  12. ^ Эдде Б., Россье Дж., Ле Каер Ж.П., Дебрюйер Э., Грос Ф., Денуле П. (январь 1990 г.). «Посттрансляционное глутамилирование альфа-тубулина». Наука . 247 (4938): 83–5. Бибкод : 1990Sci...247...83E. дои : 10.1126/science.1967194. ПМИД  1967194.
  13. ^ Уокер К.С., Шетти Р.П., Кларк К., Казуко С.Г., Летсу А., Оливера Б.М., Бандиопадхьяй П.К. и др. (март 2001 г.). «О потенциальной глобальной роли витамин К-зависимого гамма-карбоксилирования в системах животных. Доказательства существования гамма-глутамилкарбоксилазы у дрозофилы». Журнал биологической химии . 276 (11): 7769–74. дои : 10.1074/jbc.M009576200 . ПМИД  11110799.
  14. ^ abc Chung HS и др. (Январь 2013). «Окислительные посттрансляционные модификации цистеина: новая регуляция сердечно-сосудистой системы». Исследование кровообращения . 112 (2): 382–92. дои : 10.1161/CIRCRESAHA.112.268680. ПМК 4340704 . ПМИД  23329793. 
  15. ^ «Конечный продукт усовершенствованного липоксидации малоновый диальдегид-лизин в процессе старения и долголетия» PMID 33203089 PMC7696601
  16. ^ Джейссон С., Пьетреман С., Гиллери П. (ноябрь 2011 г.). «Продукты карбамилирования: биологически активные соединения и потенциальные биомаркеры хронической почечной недостаточности и атеросклероза». Клиническая химия . 57 (11): 1499–505. дои : 10.1373/clinchem.2011.163188 . ПМИД  21768218.
  17. ^ Кан Х.Дж., Бейкер Э.Н. (апрель 2011 г.). «Внутримолекулярные изопептидные связи: белковые сшивки, созданные для стресса?». Тенденции биохимических наук . 36 (4): 229–37. doi :10.1016/j.tibs.2010.09.007. ПМИД  21055949.
  18. ^ Старк GR, Штейн WH, Мур X (1960). «Реакции цианата, присутствующего в водной мочевине, с аминокислотами и белками». J Биол Хим . 235 (11): 3177–3181. дои : 10.1016/S0021-9258(20)81332-5 .
  19. ^ Ван Г. Уилсон (ред.) (2004). Сумойлирование: молекулярная биология и биохимия. Архивировано 9 февраля 2005 г. в Wayback Machine . Горизонт Бионауки. ISBN 0-9545232-8-8 . 
  20. ^ Малахова О.А., Ян М., Малахов М.П., ​​Юань Ю, Ричи К.Дж., Ким К.И., Петерсон Л.Ф., Шуай К., Чжан Д.Э. (февраль 2003 г.). «Белок ISGylation модулирует сигнальный путь JAK-STAT». Гены и развитие . 17 (4): 455–60. дои : 10.1101/gad.1056303. ЧВК 195994 . ПМИД  12600939. 
  21. ^ Кларескуг Л., Рённелид Дж., Лундберг К., Падюков Л., Альфредссон Л. (2008). «Иммунитет к цитруллинированным белкам при ревматоидном артрите». Ежегодный обзор иммунологии . 26 : 651–75. doi :10.1146/annurev.immunol.26.021607.090244. ПМИД  18173373.
  22. ^ Бреннан Д.Ф., Барфорд Д. (март 2009 г.). «Элиминилирование: посттрансляционная модификация, катализируемая фосфотреонинлиазами». Тенденции биохимических наук . 34 (3): 108–14. doi :10.1016/j.tibs.2008.11.005. ПМИД  19233656.
  23. ^ Рабе фон Паппенгейм, Фабиан; Венсен, Мари; Да, Джин; Уранга, Джон; Ирисарри, Икер; де Врис, Ян; Функ, Лиза-Мария; Мата, Рикардо А.; Титтманн, Кай (апрель 2022 г.). «Широко распространенное распространение ковалентных лизин-цистеиновых окислительно-восстановительных переключателей в белках». Химическая биология природы . 18 (4): 368–375. дои : 10.1038/s41589-021-00966-5 .
  24. ^ Хури Г.А., Балибан RC, Флудас, Калифорния (сентябрь 2011 г.). «Статистика посттрансляционных модификаций всего протеома: частотный анализ и курирование базы данных Swiss-Prot». Научные отчеты . 1 (90): 90. Бибкод : 2011НатСР...1Е..90К. дои : 10.1038/srep00090. ПМК 3201773 . ПМИД  22034591. 
  25. ^ «Статистика посттрансляционных модификаций всего протеома» . селена.princeton.edu . Архивировано из оригинала 30 августа 2012 г. Проверено 22 июля 2011 г.
  26. ^ Аб Ли TY, Хуан HD, Хунг JH, Хуан HY, Ян YS, Ван TH (январь 2006 г.). «dbPTM: хранилище информации о посттрансляционной модификации белков». Исследования нуклеиновых кислот . 34 (Проблема с базой данных): D622-7. дои : 10.1093/nar/gkj083. ПМЦ 1347446 . ПМИД  16381945. 
  27. ^ Хорнбек П.В., Чжан Б., Мюррей Б., Корнхаузер Дж.М., Лэтэм В., Скшипек Э. (январь 2015 г.). «ФосфоСайтПлюс, 2014: мутации, ПТМ и рекалибровки». Исследования нуклеиновых кислот . 43 (Проблема с базой данных): D512-20. дои : 10.1093/nar/gku1267. ПМЦ 4383998 . ПМИД  25514926. 
  28. ^ Аб Гоэл Р., Харша ХК, Панди А., Прасад Т.С. (февраль 2012 г.). «Справочная база данных по белкам человека и протеинпедия человека как ресурсы для анализа фосфопротеомов». Молекулярные биосистемы . 8 (2): 453–63. дои : 10.1039/c1mb05340j. ПМЦ 3804167 . ПМИД  22159132. 
  29. ^ Сигрист CJ, Черутти Л, де Кастро Э, Лангендейк-Женево PS, Буллиард V, Байрох А, Хуло Н (январь 2010 г.). «PROSITE, база данных белковых доменов для функциональной характеристики и аннотации». Исследования нуклеиновых кислот . 38 (Проблема с базой данных): D161-6. дои : 10.1093/nar/gkp885. ПМК 2808866 . ПМИД  19858104. 
  30. ^ Гаравелли Дж.С. (январь 2003 г.). «База данных модификаций белков RESID: разработки 2003 г.». Исследования нуклеиновых кислот . 31 (1): 499–501. дои : 10.1093/nar/gkg038. ПМК 165485 . ПМИД  12520062. 
  31. ^ Хуан Х., Ариги CN, Росс К.Э., Рен Дж., Ли Дж., Чен С.К., Ван Кью, Коварт Дж., Виджай-Шанкер К., Ву СН (январь 2018 г.). «iPTMnet: интегрированный ресурс для обнаружения сетей посттрансляционных модификаций белков». Исследования нуклеиновых кислот . 46 (1): Д542–Д550. дои : 10.1093/nar/gkx1104. ПМЦ 5753337 . ПМИД  2914561. 
  32. ^ Ауданьотто М, Даль Пераро М (31 марта 2017 г.). «Инструменты прогнозирования in silico и молекулярное моделирование». Журнал вычислительной и структурной биотехнологии . 15 : 307–319. дои : 10.1016/j.csbj.2017.03.004. ПМК 5397102 . ПМИД  28458782. 
  33. ^ Вульф-Фуэнтес Э., Берендт Р.Р., Массман Л., Даннер Л., Малард Ф., Вора Дж., Кахсай Р., Оливье-Ван Стихелен С. (январь 2021 г.). «База данных O-GlcNAcome человека и метаанализ». Научные данные . 8 (1): 25. Бибкод : 2021NatSD...8...25W. дои : 10.1038/s41597-021-00810-4. ПМЦ 7820439 . ПМИД  33479245. 
  34. ^ Малард Ф., Вульф-Фуэнтес Э., Берендт Р.Р., Дидье Дж., Оливье-Ван Стихелен С. (июль 2021 г.). «Автоматизация и самостоятельное обслуживание каталога O-GlcNAcome: умная научная база данных». База данных (Оксфорд) . 2021 : 1. doi : 10.1093/database/baab039. ПМЦ 8288053 . ПМИД  34279596. 
  35. ^ Варнеке А., Сандалова Т., Ачур А., Харрис Р.А. (ноябрь 2014 г.). «PyTMs: полезный плагин PyMOL для моделирования распространенных посттрансляционных модификаций». БМК Биоинформатика . 15 (1): 370. дои : 10.1186/s12859-014-0370-6 . ПМЦ 4256751 . ПМИД  25431162. 
  36. ^ Ян Ю, Пэн X, Инь П, Тянь Дж, Ли Дж, Кэ Дж, Чжу Ю, Гун Ю, Цзоу Д, Ян Н, Ван Х, Мэй С, Чжун Р, Гун Дж, Чанг Дж, Мяо X (январь 2019). «УДИВИТЕЛЬНО: база данных SNP, влияющих на посттрансляционные модификации белков». Исследования нуклеиновых кислот . 47 (Д1): Д874–Д880. doi : 10.1093/nar/gky821. ПМК 6324025 . ПМИД  30215764. 
  37. ^ Моррис Дж. Х., Хуанг CC, Бэббит ПК, Феррин Т. Е. (сентябрь 2007 г.). «structureViz: соединение Cytoscape и UCSF Chimera». Биоинформатика . 23 (17): 2345–7. doi : 10.1093/биоинформатика/btm329 . ПМИД  17623706.
  38. ^ "1tp8 - Протеопедия, жизнь в 3D" . www.proteopedia.org .

Внешние ссылки

( копия Wayback Machine )

(копия Wayback Machine)