Jenis dan arti modifikasi protein pasca-translasi. Modifikasi protein pasca-translasi

Modifikasi kimia protein dilakukan dengan bantuan hidrolisis asam atau basa, stabilisasi protein dengan pembentukan garam, asilasi, dan reaksi plastein.

Hidrolisis basa dan asam. Metode modifikasi protein ini banyak digunakan untuk melarutkan protein ikan dalam proses memperoleh konsentrat protein ikan, sehingga meningkatkan kelarutan, emulsifikasi dan sifat pembusaan protein.

Kedalaman hidrolisis tergantung pada jenis dan konsentrasi alkali atau asam, rasio substrat dan reagen, suhu, durasi perawatan. Untuk mencapai hasil tertentu, proses harus dioptimalkan untuk protein tertentu dari bahan baku tertentu.

Dengan hidrolisis protein yang lengkap, campuran asam amino terbentuk. Ini digunakan dalam teknologi terbaru. Tingkat hidrolisis dapat dikontrol dan disesuaikan. Tetapi harus diperhitungkan bahwa selain konsekuensi positif dari hidrolisis, ada juga yang negatif. Misalnya, pembentukan rasemat asam - peptida dengan rasa pahit.

Salah satu contoh modifikasi tersebut adalah penghancuran 11-S-globulin, yang merupakan karakteristik kacang-kacangan, khususnya kedelai, dan memiliki molekul globular. Selain itu, struktur kuaternernya dicirikan oleh fakta bahwa beberapa subunit digabungkan menjadi globul menggunakan ikatan antarmolekul. Struktur seperti itu tidak mampu membuat gelas, serta meniru sistem seperti daging. Hidrolisis terkontrol memungkinkan untuk memperoleh protein dengan sifat-sifat zat pembentuk gel, yang lebih khas untuk sejumlah protein fibrilar, misalnya, gelatin.

Prinsip modifikasi sifat protein ini telah diterapkan secara luas dalam proses teknologi untuk memperoleh produk terstruktur dengan metode pemintalan.

Demikian pula, struktur protein dapat diubah dengan pemanasan. Pemecahan protein menjadi subunit, penghancuran dan agregasi parsialnya mengarah pada pembentukan protein jelly. Stabilitas gel yang dihasilkan tergantung pada pembentukan jembatan disulfida antara rantai polipeptida.

Kelarutan protein dengan pembentukan garam. Kemungkinan modifikasi tersebut mengikuti dari sifat dasar protein sebagai amfolit polimer yang mampu berinteraksi dengan kation dan anion. Dua jenis interaksi yang mungkin: pembentukan jembatan garam dan penyerapan spesifik ion pada permukaan protein. Dalam hal ini, proteinat terbentuk, yang lebih larut daripada protein asli.

Pembentukan proteinat banyak digunakan dalam isolasi protein dari kedelai (proteinat kedelai) dan dari susu (kaseinat dan natrium kopresipitat).

Garam pengubah yang paling banyak digunakan adalah natrium klorida dan fosfat anorganik. Jadi, dengan mengatur kemampuan formulasi daging untuk menahan air, natrium klorida, piro- atau natrium tripolifosfat digunakan, yang meningkatkan kelarutan protein miofibrillar. Pada saat yang sama, diketahui bahwa polifosfat dalam kaitannya dengan protein dicirikan oleh sifat anti-denaturasi, antiseptik, dan antioksidan.

Setiap tahun penggunaan proteinat dalam industri makanan dan katering publik berkembang.

Asilasi. Asilasi dengan anhidrida asetat atau suksinat adalah salah satu metode modifikasi kimia protein yang banyak digunakan. Hasil dari modifikasi ini adalah pergeseran titik isoelektrik protein ke zona yang lebih asam. Di bawah aksi anhidrida suksinat, proses ini terjadi pada tingkat yang lebih besar. Hal ini memungkinkan, bahkan dengan tingkat modifikasi yang rendah, untuk secara signifikan meningkatkan karakteristik teknologi seperti kemampuan kelarutan, pengemulsi dan pembusaan.

Pengenalan residu asil (seperti R-COO-) berkontribusi pada pembukaan dan, pada akhirnya, penghancuran globul protein, yang mengarah pada perubahan karakteristik keseimbangan elektrostatik dari protein asli karena pemblokiran gugus amino bermuatan positif. dalam globulin dan peningkatan peran tolakan elektrostatik dari kelompok bermuatan serupa. Konsekuensi dari ini adalah perubahan konformasi protein dan disosiasinya. Pada saat yang sama, efek teknologi seperti kemampuan pembentukan gel tercapai.

Dalam praktiknya, telah dibuktikan bahwa dengan asilasi dimungkinkan untuk memperoleh protein nabati yang dimodifikasi dengan kemampuan pembentukan gel yang lebih baik, dan kemampuan ini serta karakteristik struktural dan mekanis dari gel yang dihasilkan bergantung pada derajat asilasi. Jadi, pada tingkat yang sangat tinggi, kelebihan muatan negatifnya menyebabkan tolakan yang begitu kuat terhadap rantai polipeptida sehingga agregasi yang diperlukan untuk pembentukan gel menjadi tidak mungkin. Artinya, tingkat asilasi bertindak sebagai indikator sifat fungsional protein, dan asilasi itu sendiri adalah metode untuk mengatur sifat-sifat ini.

Kasein susu asilasi digunakan sebagai pengemulsi dan penstabil emulsi, pengental untuk minuman, saus, pure buah dan sayuran. Protein ikan digunakan sebagai pengemulsi, pengikat, sebagai zat yang membentuk jeli selama perlakuan panas.

Modifikasi enzimatik protein. Dengan menggunakan enzim, dimungkinkan untuk secara sengaja mengubah struktur protein dengan berbagai cara. Berkat hidrolisis parsial protein, dimungkinkan untuk memberikan peningkatan kelarutan, aktivitas pengemulsi, kemampuan berbusa, stabilisasi busa dan emulsi. Kekhususan enzim memungkinkan Anda untuk mempengaruhi hanya area atau kelompok tertentu dari molekul protein. Juga penting bahwa sebagian besar proses enzimatik terjadi di lingkungan akuatik dan, sebagai aturan, di bawah kondisi yang mendekati fisiologis. Namun, tidak semua perubahan enzimatik pada protein penting untuk teknologi pangan.

Jadi, baru-baru ini, hidrolisis parsial protein jaringan ikat oleh protease, kelembutan daging telah digunakan untuk meningkatkan indikator kualitasnya. Dalam protein ikan, di bawah aksi enzim asal mikroba amylosubtilin, protosubtilin, bromelain pada pH 6,5-7,0 dan suhu sekitar 30 ° C, aktivitas pengemulsi meningkat 1,5 kali, kelarutan meningkat 20%.

Efek khusus dicapai dengan menggabungkan proses enzimatik dan modifikasi kimia, misalnya dengan suksinasi. Dengan demikian, produk hidrolisis enzimatik protein ikan, yang dicirikan oleh kemampuan berbusa yang tinggi, kehilangan rasa amisnya yang khas sebagai akibat dari suksinasi, yang memungkinkannya digunakan dalam produksi produk kembang gula, es krim, dan minuman.

Prospek yang sangat baik diberikan oleh yang baru saja dibuka reaksi plastisin- suatu proses kebalikan dari pembelahan enzimatik, ketika ikatan peptida dibentuk kembali di bawah aksi enzim. Dengan menggunakan reaksi ini, dimungkinkan untuk membuat rantai polipeptida dengan berat molekul sekitar 3.000 Dalton dari produk hidrolisis protein. Karena fakta bahwa asam amino individu, termasuk yang esensial, dapat bereaksi dalam bentuk ester, mereka dapat dengan sengaja dimasukkan ke dalam polipeptida dan protein. Dengan memasukkan triptofan, lisin, dan metionin ke dalam zein jagung, dimungkinkan untuk memperoleh plastein dengan nilai biologis yang baik.

Nilai biologis protein kedelai rendah karena kandungan asam amino yang mengandung sulfur yang rendah. Dengan menghidrolisis sebagian protein kedelai dengan pepsin, mencampurnya dengan hidrolisat keratin wol yang sama yang mengandung banyak asam amino yang mengandung belerang, dan reaksi plastein selanjutnya di bawah aksi nagarase (Bacilus subtilis protease), diperoleh plastein dengan nilai gizi yang mendekati kasein.

Plastein yang diperoleh dengan memasukkan asam glutamat yang diperoleh dari protein kedelai ke dalam protein memiliki sifat yang sangat baik. Pertama, asam glutamat ini larut pada semua nilai pH dan tahan terhadap koagulasi termal. Kedua, mereka memiliki rasa daging yang diolah dengan panas.

Reaksi plastein memiliki prospek besar untuk ekstraksi asam amino yang tidak diinginkan dari protein. Yang terakhir termasuk fenilalanin, yang keberadaannya menyebabkan konsekuensi serius pada pasien dengan fenilalanin. Hidrolisis enzimatik parsial dengan pepsin, ekstraksi peptida fenilalanin dengan filtrasi gel, dan sintesis plastein berikutnya dengan adanya etil ester tirosin dan triptofan di bawah aksi protease tanaman papain mengarah pada produksi plastein bebas fenilalanin, tetapi seimbang dengan amino lain asam.

Metode modifikasi fisik dan kimia. Metode fisikokimia untuk mempengaruhi sistem protein menggabungkan metode berikut: pembentukan kompleks dengan polimer alami (protein, polisakarida, dll.), serta dengan monomer (karbohidrat, lemak), efek mekanis dari berbagai jenis, perlakuan panas, dll.

Kompleksasi menurut jenis interaksi protein-protein menemukan aplikasi praktis lebih awal, tetapi sekarang ada interpretasi ilmiah dari fenomena ini. Jadi ditemukan bahwa pengeringan bersama protein dari berbagai alam - ikan dan sereal - tidak hanya mengarah pada produksi campuran protein yang berharga, tetapi juga mempertahankan sifat fungsional dari protein asli. Sebagai aditif biji-bijian untuk ikan cincang, gandum, beras atau tepung lainnya dapat digunakan dalam jumlah 10% hingga 30%.

Penambahan protein nabati ke produk daging setengah jadi, karena pembentukan kompleks, memastikan penurunan minimal dalam kapasitas menahan air selama perlakuan panas.

Konjugat protein dan karbohidrat dicirikan oleh sifat fungsional tinggi, yang secara tradisional digunakan dalam proses teknologi. Dengan demikian, kemampuan sukrosa untuk meningkatkan suhu koagulasi protein telur banyak digunakan dalam teknologi hidangan manis dan kembang gula. Kemampuan karbohidrat untuk menstabilkan protein hewani terhadap aksi denaturasi suhu rendah dan tinggi telah diketahui.

Ketika protein ikan dikeringkan bersama dengan monosakarida, kompleks yang sangat larut terbentuk, yang kelarutannya tergantung pada sifat gula dan konsentrasinya dalam ikan cincang. Dalam hal efek pada kelarutan produk yang dihasilkan, glukosa paling efektif, dan sukrosa dan fruktosa kurang efektif. Demikian pula, gliserol dan pati termodifikasi menstabilkan protein ikan. Tetapi harus diingat bahwa dalam kasus ini, kondisi dibuat untuk terjadinya reaksi Maillard, yang akan menyebabkan penurunan nilai gizi protein.

Penambahan glucono-delta-lactone menstabilkan daging cincang.

Ada juga metode yang dikenal untuk "memperkuat" gluten tepung dalam pembentukan kompleksnya dengan polisakarida asam, seperti turunan pektin, serta dengan adanya polisakarida xanthan mikroba dalam jumlah 0,1-0,5%.

Meningkatkan ketahanan protein terhadap denaturasi dan lipid, yang juga mampu membentuk kompleks dengan yang pertama. Sifat dari fenomena ini belum cukup diklarifikasi, namun demikian digunakan dalam produksi sosis cincang, produk setengah jadi yang merupakan emulsi protein-lemak.

Metode paparan fisik juga berperan dalam memodifikasi sifat zat protein. Dengan demikian, intensitas, metode dan derajat penggilingan merupakan kunci ceteris paribus dalam membentuk kualitas tepung terigu. Dengan mengatur kondisi suhu tertentu, mereka mengatur kapasitas menahan air, kelembutan, juiciness sistem daging. Suhu dan durasi pemrosesan mengatur indikator kualitas dadih susu. Pencampuran massa secara mekanis secara simultan mengarah pada pembentukan "butir kasein", yang berbeda secara signifikan dalam karakteristik organoleptik dari dadih yang diperoleh dengan koagulasi asam termal, tetapi tanpa pencampuran.

Tingkat penggilingan daging dan ikan yang tinggi, terutama di pabrik koloid, menyebabkan degradasi mekanis sarkomer miofibril, menghasilkan peningkatan kapasitas penahan air dan kelarutan protein.

Koagulasi termal parsial protein ikan atau tepung menyeduh, menghasilkan denaturasi protein gluten, mengubah kohesi, memungkinkan Anda untuk menyesuaikan kemampuan untuk membentuk dan sifat organoleptik sistem.

MODIFIKASI PROTEIN

(dari akhir Latin modificatio-change) biogenik, terjadi setelah selesai siaran matriks asam ribonukleat, atau mRNA, (sintesis protein pada matriks mRNA) atau sampai selesai. Dalam kasus pertama, M. b. ditelepon posting t dan n s l a t i n o n y, di detik - ke o t r a n c l a t ion n o y. Itu dilakukan berkat dekomposer distrik. funkt. kelompok residu asam amino, serta ikatan peptida dan menentukan bentuk akhir dari molekul protein, fiziol-nya. , stabilitas, pergerakan di dalam sel.

Ekstraseluler (sekresi), serta banyak lainnya. protein sitoplasma. membran dan kompartemen intraseluler (bagian sel yang terisolasi) mengalami glikosilasi, sebagai akibatnya glikoprotein. Naib. Rantai yang mengandung manosa yang terikat pada polipeptida oleh ikatan N-glikosidik tersusun secara kompleks. Tahap awal pembentukan rantai tersebut berlangsung secara ko-translasi sesuai dengan skema:

Dol-dolichol (poliprenol), DolHRChR-dolichol pirofosfat, Glc-glukosa, GlcNAc-N-asetil-D-glukosamin, Man-mannose

Tembuni. tahap dilakukan pasca-translasi dengan partisipasi beberapa. enzim yang terletak di kompartemen subselular yang berbeda. Jadi, untuk protein-G virus stomatitis vesikular, rantai glikosidik to-rogo dibangun dari 15 residu karbohidrat, urutan kejadian seperti itu telah ditetapkan. Pertama, di endoplasma retikulum terjadi dalam dua tahap, pemisahan residu glukosa terminal dengan partisipasi dua glukosidase yang berbeda. Kemudian, mannosidase (I dan II) menghilangkan 6 residu mannose, dan N-acetyl-D-glucosamine transferase menambahkan tiga residu GlcNAc ke residu glikoprotein mannose. Akhirnya, di kompleks Golgi, residu fukosa, galaktosa, dan asam sialat mengikat residu ini dengan partisipasi transferase yang sesuai. Residu monosakarida dapat mengalami fosforilasi, sulfonasi, dan modifikasi lainnya.

Glikosilasi protein yang disekresikan didahului oleh proteolitik. pemrosesan - pemisahan dari N-terminus dari rangkaian asam amino "sinyal" rantai polipeptida. Dalam eukariotik sel (sel semua organisme, kecuali bakteri dan ganggang biru-hijau), proses ini dilakukan dengan translasi, pada prokariota. sel (sel bakteri dan ganggang biru-hijau) dapat melanjutkan pasca-translasi. Naib. urutan sinyal umum termasuk 23 residu asam amino. Fitur karakteristik dari urutan ini adalah kehadiran di akhir bagian pendek bermuatan positif, diikuti oleh bagian hidrofobik yang mengandung 7 hingga 14 residu asam amino. Urutan sinyal diakhiri dengan daerah hidrofilik, panjangnya konservatif (5-7 residu), di terminal-C yang paling sering ada residu alanin, glisin, serin, treonin, sistein atau glutamin.

Hampir semua fungsi. kelas protein ekstraseluler (, hormon, dll) mengandung ikatan disulfida. Mereka terbentuk dari kelompok sistein SH dalam proses multi-langkah yang melibatkan enzim disulfida isomerase. Mean muncul pada tahap awal. jumlah jembatan disulfida "salah", to-rye dihilangkan sebagai hasil dari pertukaran tiol-disulfida, di Krom, tampaknya, cystamine (H 2 NCH 2 CH 2 S) 2 terlibat. Diasumsikan bahwa "pencacahan" koneksi seperti itu terjadi paling banyak. struktur tersier yang stabil, di mana jembatan disulfida "terkubur" dan karena itu tidak dapat diakses oleh reagen.

Untuk maksimal. modifikasi umum protein intraseluler termasuk fosforilasi dan defosforilasi gugus OH residu serin, tirosin dan treonin, yang dilakukan dengan partisipasi enzim protein kinase dan fosfatase sesuai dengan skema:

ATP - adenosin trifosfat, ADP - adenosin difosfat, P - asam fosfat atau residunya

Fosforilasi disertai dengan aktivasi atau inaktivasi enzim, misalnya. glycosyltransferases, dan juga mengubah fiz.-chem. St dalam protein non-enzimatik. Kontrol protein reversibel, misalnya, proses penting seperti translasi, lipid, glukoneogenesis, dan kontraksi otot.

Protein mitokondria dan kloroplas, yang dikodekan oleh DNA inti, memiliki sekuens asam amino berlebih di ujung-N, untuk secara selektif mengarahkan rantai polipeptida ke kompartemen organel tertentu, setelah itu mereka dibelah sebagai hasil proteolisis dengan partisipasi spesifik. endopeptidase. Urutan kelebihan prekursor protein mitokondria berbeda secara signifikan dalam jumlah residu asam amino; mereka bisa dari 22 hingga 80. Urutan pendek dicirikan oleh kandungan residu asam amino bermuatan positif yang tinggi (20-25%) yang ditempatkan secara merata di sepanjang rantai polipeptida. Urutan panjang juga mencakup bagian yang terdiri dari asam amino hidrofobik, untuk "menahan" prekursor dalam lapisan ganda lipid membran mitokondria.

Prekursor yang dikenal untuk sejumlah hormon (misalnya, untuk gastrin, glukagon dan insulin), to-rye masuk ke dalam bentuk aktif dengan memecah rantai polipeptida di area yang mengandung dua residu asam amino dasar (dan lisin) yang berurutan. Pembelahan dilakukan dengan partisipasi tertentu. endopeptidase bertindak dalam ensemble dengan enzim kedua yang memiliki karboksipeptidase. Yang terakhir menghilangkan residu asam amino dasar terminal, menyelesaikan transformasi. peptida menjadi hormon aktif. Untuk protein yang mengalami proteolitik. aktivasi, juga termasuk proteinase (, tripsin,), prokolagen, protein sistem pembekuan darah, dll. Dalam beberapa kasus, bentuk enzim yang tidak aktif (zimogen) diperlukan untuk "pengawetan" enzim sementara. Jadi, zimogen tripsin dan kimotripsin (masing-masing, tripsinogen dan kimotripsinogen) disintesis di pankreas, disekresikan ke dalam usus kecil, dan hanya di sana di bawah aksi spesifik. enzim mengkonversi. menjadi bentuk aktif.

Berbagai macam protein (miosin, aktin, protein ribosom, dll.) mengalami metilasi pascatranslasi pada residu lisin, arginin, dan histidin (metilasi-N), serta residu asam glutamat dan aspartat (metilasi-O). Biasanya bertindak sebagai agen metilasi S-adenosilmetionin.

Dalam beberapa eukariotik Dalam sel, lebih dari setengah protein p-rimy diasetilasi pada N-terminus. Proses ini dapat dilakukan secara co- dan post-translationally (ditunjukkan dalam diagram masing-masing. K. T. dan P. T.), misalnya:

HSCoA-koenzim A, AcCoA - asetil koenzim A, Met-metionin, Asp - asam aspartat

Untuk peptida yang mengandung 3 hingga 64 residu asam amino dan disekresikan dalam dekomposisi. organ (, secretin, dll.), ditemukan pasca-terjemahan. amidasi residu terminal-C (dengan pengecualian residu terminal arginin dan asparagin).

Jenis modifikasi nek-ry adalah karakteristik protein terpisah atau kelompok kecil protein. Secara khusus, dalam kolagen dan beberapa. protein lain dengan urutan asam amino yang serupa telah ditemukan mengandung 4- dan 3-hidroksiprolin, serta 5-hidroksilisin. Hidroksilasi residu prolin dan lisin berlangsung secara ko-translasi dan penting untuk pembentukan struktur kolagen yang unik. Hidroksilisin terlibat dalam pembentukan ikatan silang kovalen antara rantai polipeptida kolagen sesuai dengan skema:

Protein inti (histon, protein non-histon) mengalami ribosilasi adenosin difosfat dan ribosilasi poliadenosin difosfat, di mana residu adenosin difosfat-tribosil ditransfer dari koenzim nikotinamida adenin dinukleotida (NAD) ke protein akseptor:

Kedua kabupaten ini berbeda dalam banyak hal. aspek. Secara khusus, ribosilasi poliadenosin difosfat berlangsung dengan adanya satu hari. DNA. Sebagian besar gugus ribosil adenosin difosfat terikat pada protein melalui ikatan ester yang dibentuk oleh gugus OH pada posisi 5" dari residu ribosa dan gugus COOH dari asam amino terminal-C atau asam glutamat, yang terletak di dalam rantai polipeptida.

Sangat penting adalah residu glutamin untuk - Anda dengan pembentukan g-karboksiglutamin untuk - Anda di prekursor protrombin. Distrik ini dikatalisis oleh karboksilase bergantung-K yang terlokalisasi di membran endoplasma. retikulum. Sebuah distrik serupa berlangsung selama pematangan faktor-faktor koagulasi tertentu lainnya.

Lit.: Dasar-dasar biokimia, trans. dari bahasa Inggris, vol.1, M., 1981, hlm. 277-80; Umum, trans. dari bahasa Inggris, vol.10, M., 1986, hlm. 543-70; Enzimologi modifikasi protein pasca-translasi, v. 1, L.-N. Y., 1980; Biokimia glikoprotein dan proteoglikan, N. Y.-L., 1980; sel biologi. Sebuah risalah yang komprehensif, v. 4-Terjemahan dan perilaku protein, N. Y., 1980; Metode dalam enzimologi, v. 106, NY, 1984; Sakit E.G., Loon A.P.G.M. van, "Tren di Biochem. Sci.", 1986, v. 11, no.5.n. 204-07. V.N. Luzikov.

ensiklopedia kimia. - M.: Ensiklopedia Soviet. Ed. I.L. Knunyants. 1988 .

Lihat apa itu "MODIFIKASI PROTEIN" di kamus lain:

- (Latin akhir modificatio pengaturan ukuran, dari Latin modus ukuran, penampilan, gambar, properti sementara dan Latin facio to do), transformasi, perbaikan, modifikasi sesuatu dengan perolehan properti baru. Modifikasi secara kualitatif ... Wikipedia

Modifikasi pasca-translasi adalah modifikasi kimia kovalen protein setelah sintesisnya di ribosom. Untuk banyak protein, modifikasi pasca-translasi adalah langkah terakhir dalam biosintesis, yang merupakan bagian dari proses ... ... Wikipedia

EcoRV endonuclease dalam kompleks dengan fragmen DNA yang dibelah. Sistem modifikasi restriksi merupakan sistem enzimatik bakteri yang menghancurkan DNA asing yang telah masuk ke dalam sel. Fungsi utamanya adalah untuk melindungi sel dari materi genetik asing ... Wikipedia

Istilah ini memiliki arti lain, lihat Protein (arti). Protein (protein, polipeptida) adalah zat organik bermolekul tinggi yang terdiri dari asam amino alfa yang dihubungkan dalam rantai oleh ikatan peptida. Dalam organisme hidup ... ... Wikipedia

Kristal dari berbagai protein tumbuh di stasiun luar angkasa Mir dan selama penerbangan ulang-alik NASA. Protein yang sangat murni membentuk kristal pada suhu rendah, yang digunakan untuk mendapatkan model protein ini. Protein (protein, ... ... Wikipedia

Dan organel membran lain dari sel eukariotik Struktur membran aparatus Golgi (kompleks) e ... Wikipedia

Aparatus Golgi dan organel membran sel eukariotik lainnya

Banyak; hal. (satuan asam amino, s; g.). Zat organik yang menggabungkan sifat asam dan basa (mereka adalah blok bangunan utama dari semua protein organisme hewan dan tumbuhan). * * * Asam amino adalah golongan senyawa organik,… … kamus ensiklopedis

Pada tahap ini, pembentukan struktur tersier dan pemrosesan molekul polipeptida berlangsung.

Molekul protein polipeptida yang disintesis pada ribosom membawa informasi dan disebut konformasi , yaitu dia mengalami transformasi pengolahan ) ke dalam tubuh tiga dimensi yang didefinisikan secara ketat yang sudah membawa informasi fungsional.

Hal ini berlaku untuk protein dengan fungsi struktural, tetapi tidak untuk molekul prekursor protein yang tidak aktif secara biologis. Aktivitas fungsional mereka dimanifestasikan sebagai hasil transformasi yang disebut pascasintetis atau modifikasi pasca-translasi . Dalam proses sintesis, 20 asam amino dapat dimasukkan dalam komposisinya. Setelah terjemahan, modifikasi pasca-translasi memperluas komposisi fungsional protein:

Pembelahan ujung-N dari formilmetionin atau metionin;

Pembelahan peptida sinyal;

Pemasangan kelompok prostetik;

Fosforilasi histon dan protein kromatin non-histon;

Metilasi radikal lisin dan arginin;

Perlekatan fragmen oligosakarida pada radikal asparagin, serin;

Pilihan struktur protein yang benar terjadi dengan partisipasi protein - pendamping . Daerah hidrofobik pada permukaan globul pendamping-70 berinteraksi dengan daerah hidrofobik dari rantai yang disintesis, melindunginya dari interaksi yang salah dengan protein sitosol lainnya. Pendamping-60 terlibat dalam memperbaiki struktur spasial dari rantai yang terlipat atau rusak secara tidak benar.

Transportasi protein yang disintesis melintasi membran

Pada eukariota, mRNA diproduksi di nukleus dan memasuki ribosom yang terletak di sitosol sel. Protein yang disintesis bergerak dari ribosom ke sitosol. Jika tidak digunakan untuk kebutuhan sel itu sendiri, yaitu mengacu pada protein yang diekspor (disekresikan) , kemudian diangkut melalui membran sel dengan bantuan peptida dengan berat molekul rendah (15-30 residu asam amino) yang mengandung radikal hidrofobik. Ini terkemuka atau peptida sinyal . Urutan peptida sinyal dibentuk di ribosom dari N-terminus selama sintesis protein oleh kodon sinyal yang terletak segera setelah inisiator satu dan dikenali oleh situs reseptor retikulum endoplasma. Sebuah saluran terbentuk di membran di mana peptida sinyal menembus ke dalam tangki retikulum endoplasma dan menyeret molekul protein yang disintesis bersamanya. Di bawah pengaruh peptidase sinyal Urutan sinyal N-terminal terputus, dan protein keluar dari sel melalui aparatus Golgi dalam bentuk vesikel sekretori.

Regulasi sintesis protein

Konsentrasi banyak protein dalam sel tidak konstan dan berubah tergantung pada keadaan sel dan kondisi eksternal. Hal ini terjadi sebagai akibat dari regulasi kecepatan sintesis dan degradasi protein.

gen- Segmen DNA yang mengkode sintesis tRNA, rRNA, mRNA.

Gen yang mengkode sintesis mRNA disebut gen protein .

Regulasi transkripsi(pembentukan transkrip primer) adalah mekanisme yang paling umum untuk regulasi sintesis protein.

Membedakan dua bentuk regulasi – induksi sintesis (regulasi positif) dan represi sintesis (regulasi negatif).

Konsep induksi dan represi menyarankan perubahan dalam tingkat sintesis protein sehubungan dengan tingkat awal (basal) .

Sintesis dalam keadaan basal - sintesis konstitutif .

Jika tingkat sintesis protein konstitutif tinggi, maka protein diatur oleh mekanisme represi sintesis, dan, sebaliknya, pada tingkat basal yang rendah, sintesis diinduksi.

Di dalam perangkat genetik sel terdapat operon - Segmen DNA yang mengandung gen struktural dari protein tertentu dan daerah pengatur.

Pembacaan kode genetik dimulai dengan promotor yang terletak di sebelah gen operator.

gen operator terletak di segmen ekstrim dari gen struktural. Ini baik melarang atau mengizinkan replikasi mRNA ke DNA.

Pada eukariota mekanisme regulasi positif berlaku. Titik pengaturan utama adalah tahap inisiasi transkripsi. Elemen pengatur yang merangsang transkripsi disebut penambah , dan menekannya - sealer (peredam suara) . Mereka dapat secara selektif bergaul dengan protein pengatur : penambah - dengan protein penginduksi , peredam suara - dengan protein penekan .

Protein penekan berkomunikasi antara operon dan gen regulator. Represor dibentuk di ribosom nukleus pada mRNA yang disintesis pada gen regulator. Ini membentuk kompleks dengan gen operator dan memblokir sintesis mRNA, dan, akibatnya, protein. Represor dapat mengikat zat dengan berat molekul rendah - induktor atau efektor. Setelah itu, ia kehilangan kemampuannya untuk mengikat gen operator, gen operator lepas kendali dari gen regulator, dan sintesis mRNA dimulai.

dalam sel mamalia ada dua jenis regulasi biosintesis protein :

- jangka pendek , memberikan adaptasi tubuh terhadap perubahan lingkungan;

- tahan lama, stabil , yang menentukan diferensiasi sel dan komposisi protein yang berbeda dari organ dan jaringan.

(dari akhir Latin modificatio-change) biogenik, terjadi setelah selesai siaran matriks asam ribonukleat, atau mRNA, (sintesis protein pada matriks mRNA) atau sampai selesai. Dalam kasus pertama, M.b. ditelepon posting t dan n s l a t i n o n y, di detik - ke o t r a n c l a t ion n o y. Ini dilakukan karena reaksi penguraian. gugus fungsional residu asam, serta ikatan peptida, dan menentukan bentuk akhir molekul protein, aktivitas fisiologisnya, stabilitas, dan pergerakannya di dalam sel.

Protein ekstraseluler (sekresi), serta banyak lainnya. protein sitoplasma. membran dan kompartemen intraseluler (bagian sel yang terisolasi) mengalami glikosilasi, sebagai akibatnya glikoprotein. Naib. Rantai yang mengandung manosa yang terikat pada polipeptida oleh ikatan N-glikosidik tersusun secara kompleks. Tahap awal pembentukan rantai tersebut berlangsung secara ko-translasi sesuai dengan skema:

Dol-dolichol (poliprenol), Dol-P-P-dolichol pirofosfat, Glc-glukosa, GlcNAc-N-asetil-D-glukosamin, Man-mannose

Hampir semua fungsi. kelas protein ekstraseluler (enzim, hormon, imunoglobulin, dll.) mengandung ikatan disulfida. Mereka terbentuk dari kelompok sistein SH dalam proses multi-langkah yang melibatkan enzim disulfida isomerase. Mean muncul pada tahap awal. jumlah jembatan disulfida "salah", to-rye dihilangkan sebagai hasil dari pertukaran tiol-disulfida, di Krom, tampaknya, cystamine (H 2 NCH 2 CH 2 S) 2 terlibat. Diasumsikan bahwa "pencacahan" koneksi seperti itu terjadi paling banyak. struktur tersier yang stabil, di mana jembatan disulfida "terkubur" dan karena itu tidak dapat diakses oleh reagen.

ATP - adenosin trifosfat, ADP - adenosin difosfat, P - asam fosfat atau residunya

Fosforilasi disertai dengan aktivasi atau inaktivasi enzim, misalnya. glikosiltransferase, serta perubahan sifat fisikokimia protein non-enzimatik. Kontrol fosforilasi protein reversibel, misalnya, proses penting seperti transkripsi dan translasi, metabolisme lipid, glukoneogenesis, dan kontraksi otot.

Prekursor untuk sejumlah hormon diketahui (misalnya, untuk gastrin, glukagon dan insulin), to-rye masuk ke dalam bentuk aktif dengan cara pemecahan rantai polipeptida di situs yang mengandung dua sisa asam amino utama yang terletak berurutan (arginin). dan lisin). Pembelahan dilakukan dengan partisipasi tertentu. endopeptidase bertindak dalam ensemble dengan enzim kedua yang memiliki aktivitas karboksipeptidase. Yang terakhir menghilangkan residu asam amino dasar terminal, menyelesaikan transformasi. peptida menjadi hormon aktif. Untuk protein yang mengalami proteolitik. aktivasi, juga termasuk proteinase (pepsin, tripsin, kimotripsin), albumin, prokolagen, protein sistem pembekuan darah, dll. Dalam beberapa kasus, bentuk enzim yang tidak aktif (zimogen) diperlukan untuk "pengawetan" enzim sementara. Jadi, zimogen tripsin dan kimotripsin (masing-masing, tripsinogen dan kimotripsinogen) disintesis di pankreas, disekresikan ke dalam usus kecil, dan hanya di sana di bawah aksi spesifik. enzim mengkonversi. menjadi bentuk aktif.

Berbagai macam protein (histon, miosin, aktin, protein ribosom, dll.) dimetilasi pasca-translasi pada residu lisin, arginin dan histidin (metilasi-N), serta pada residu asam glutamat dan aspartat (metilasi-O) . Biasanya bertindak sebagai agen metilasi S-adenosilmetionin.

HSCoA-koenzim A, AcCoA - asetil koenzim A, Met-metionin, Asp - asam aspartat

Untuk peptida yang mengandung 3 hingga 64 residu asam amino dan disekresikan dalam dekomposisi. organ (gastrin, sekretin, kolesistokinin, dll.), pascatranslasi ditemukan. amidasi residu asam amino terminal-C (dengan pengecualian residu terminal arginin dan asparagin).

Sangat penting adalah karboksilasi residu glutamin untuk - Anda dengan pembentukan g-karboksiglutamin untuk - Anda dalam prekursor protrombin. Reaksi ini dikatalisis oleh karboksilase yang bergantung pada vitamin K yang terlokalisasi di membran endoplasma. retikulum. Reaksi serupa terjadi selama pematangan faktor koagulasi tertentu lainnya.

Lit.: Dasar-dasar biokimia, trans. dari bahasa Inggris, vol.1, M., 1981, hlm. 277-80; Kimia organik umum, trans. dari bahasa Inggris, vol.10, M., 1986, hlm. 543-70; Enzimologi modifikasi protein pasca-translasi, v. 1, L.-N. Y., 1980; Biokimia glikoprotein dan proteoglikan, N. Y.-L., 1980; sel biologi. Sebuah risalah yang komprehensif, v. 4-Terjemahan dan perilaku protein, N. Y., 1980; Metode dalam enzimologi, v. 106, NY, 1984; Sakit E.G., Loon A.P.G.M. van, "Tren di Biochem. Sci.", 1986, v. 11, no.5.n. 204-07. V.N. Luzikov.

Sebuah monografi oleh spesialis India terkenal di bidang gerontologi, didedikasikan untuk perubahan yang terjadi dengan penuaan dalam struktur dan fungsi kromatin, aktivitas enzim, struktur dan sintesis kolagen, dan aktivitas sistem kekebalan dan endokrin. Penuaan sel dan teori penuaan modern juga dipertimbangkan.

Ini ditujukan untuk ahli biologi, ahli biokimia, ahli gerontologi, ahli geriatri.

Buku:

<<< Назад

Maju >>>

Modifikasi kovalen pasca-translasi terjadi pada gugus samping residu asam amino dari beberapa protein. Protein kromosom, baik histon maupun NGP, disintesis di sitoplasma dan kemudian ditransfer ke nukleus, tempat mereka berikatan dengan DNA. Protein ini, terutama histon, mengalami berbagai modifikasi kovalen pasca-translasi: fosforilasi, asetilasi, metilasi, dan ADPribosilasi. Asetilasi residu serin NH2-terminal dari histon H1, H2A dan H4 terjadi selama translasi dan merupakan modifikasi yang stabil. Asetilasi residu lisin internal histon H3 dan H4 dan fosforilasi residu serin internal terjadi di sitoplasma. Histon ini kemudian masuk ke dalam inti dan mengikat DNA. Asetilasi lisin internal bersifat reversibel. Selain itu, modifikasi reversibel dari residu lisin terjadi setelah histon berikatan dengan DNA. Melalui modifikasi kovalen dari empat jenis, komposisi ionik histon dan sifat steriknya, dan karenanya interaksi dengan DNA, berubah (Gbr. 2.4).

Beras. 2.4. Struktur kromatin, menunjukkan situs pengikatan histon dan NGP dengan DNA. Modifikasi kovalen histon disajikan, sebagai akibatnya pengikatannya pada DNA berubah

Dengan modifikasi seperti fosforilasi dan ADPribosilasi, jumlah muatan negatif pada histon meningkat, dan ini dapat menyebabkan pemisahannya dari DNA, memungkinkan transkripsi atau replikasinya. Ketika asetat, total muatan positif pada histon berkurang. Ini juga dapat menyebabkan pemisahan mereka dari DNA. Pada saat yang sama, selama metilasi, muatan positif pada molekul histon dapat meningkat, yang mengarah pada ikatan yang lebih kuat pada DNA dan, sebagai akibatnya, pada penekanan aktivitas gen. Asam amino spesifik tunduk pada modifikasi spesifik. Modifikasi tertentu terutama terjadi pada histon tertentu dan juga pada fase tertentu dari siklus sel dan pertumbuhan sel. Dengan demikian, ada kemungkinan bahwa modifikasi kelompok samping protein kromosom adalah mekanisme regulasi halus ekspresi gen. Di meja. 2.3 menunjukkan beberapa karakteristik dari modifikasi ini.

Tabel 2.3.Parameter modifikasi kovalen rantai histon

Fosforilasi

Fosforilasi protein kromosom adalah modifikasi pascasintetik yang bergantung pada energi. Ini terjadi baik di sitoplasma maupun di nukleus. Ord dan Stocken mendemonstrasikan penggabungan 32P ke dalam histone in vivo. Baru-baru ini, histon H1 terbukti lebih terfosforilasi daripada histon lainnya. Pusat utama fosforilasi oleh protein kinase bergantung AMP spesifik adalah kelompok samping residu serin dan treonin dari histon dan NGB. Residu lisin, histidin, dan arginin sebagian kecil terfosforilasi. Kinase hadir dalam fraksi NGB kromatin. Kinase histone spesifik tampaknya terlibat dalam fosforilasi pusat-pusat tertentu. Dari kromatin timus sapi, dimungkinkan untuk mengisolasi kinase yang bergantung pada AMP yang memfosforilasi satu pusat dalam histon H3. Defosforilasi residu ini dilakukan oleh fosfatase, yang juga ada dalam fraksi NGB. Telah ditetapkan dengan andal bahwa fosforilasi dan defosforilasi enzim adalah salah satu mekanisme utama untuk mengatur aktivitasnya, karena modifikasi ini, menyebabkan perubahan konformasi, mentransfer enzim dari keadaan aktif ke keadaan tidak aktif, dan sebaliknya. Dengan modifikasi seperti itu, perubahan struktural terjadi pada molekul protein kromosom, yang dapat menyebabkan perubahan fungsional pada kromatin. Reaksi fosforilasi-defosforilasi histon ditunjukkan di bawah ini:

Dua jenis penambahan gugus fosfat ditemukan dalam molekul protein kromosom. Salah satunya, termasuk ikatan P-O, adalah karakteristik dari residu serin dan treonin, dan ikatan ini tahan asam. Tipe kedua termasuk ikatan P-N, yang terbentuk dalam residu lisin, histidin dan arginin. Ikatan ini tidak stabil dalam media asam.

Fosforilasi histon

Proses fosforilasi - defosforilasi residu internal protein kromosom terjadi dengan kecepatan tinggi. Fosforilasi cepat diamati tidak hanya dalam pembelahan, tetapi juga pada sel yang tidak membelah setelah dirangsang oleh berbagai efektor. Histon H1 terutama tunduk pada fosforilasi, yaitu, fosforilasi histon, tampaknya, tidak mempengaruhi aktivitas transkripsi kromatin.

Pusat fosforilasi Histon H1 berbeda pada berbagai tahap siklus sel. Ser-37 terfosforilasi dalam fase G 1, Ser-114 dalam fase S dan G 2, Ser-180 dalam fase M. Rupanya, ini karena banyaknya kinase H1, yang masing-masing spesifik. Sel-sel yang tumbuh cepat telah terbukti mengandung histone kinase spesifik yang mengkatalisis fosforilasi residu treonin, tetapi tidak Ser-37 dan Ser-105. Ketika fosforilasi salah satu residu Ser-37 dan Ser-105 atau keduanya, tingkat pengikatan histon H1 ke DNA berkurang secara signifikan. Perbedaan seperti itu dalam sifat pusat fosforilasi yang berbeda dapat menjelaskan peran fungsional histon H1 dalam kondensasi kromatin. Ketika situs yang berbeda terfosforilasi, kromatin terdekondensasi dengan cara yang berbeda, yang membuka bagian DNA yang berbeda.

Telah ditunjukkan bahwa fosforilasi histon dikaitkan dengan perubahan struktur kromatin, terutama selama mitosis. Tingkat fosforilasi yang tinggi diamati selama mitosis sel ovarium hamster Cina. Modifikasi yang sama diamati pada sel HeLa. Pusat fosforilasi histone H1 selama mitosis (Him) berbeda dari pusat selama interfase (NI). Telah diusulkan bahwa fosforilasi histone H1 diperlukan untuk kondensasi kromatin interfase menjadi kromosom. Ini konsisten dengan data yang menunjukkan bahwa histone H1 terfosforilasi rangkap tiga berikatan dengan DNA lebih kuat daripada yang terdefosforilasi. Dalam jamur berlendir Prysarum polycephalus fosforilasi histon H1 meningkat di tengah fase G2 dan meningkat tajam hingga profase. Defosforilasi terjadi pada tahap terakhir mitosis.

Fosforilasi berbagai pusat juga diamati pada histon H3, tetapi tidak ditemukan pada histon H2A, H2B, dan H4. Dalam studi terperinci tentang fosforilasi histon H1 dan H3 dari ovarium hamster Cina selama mitosis, ditunjukkan bahwa di sebagian besar sel eukariotik, 2–4 pusat histon H1 difosforilasi pada fase S dan pusat tambahan selama mitosis (M). Pusat fosforilasi pada fase S dan M tampak independen. Selain itu, pusat-pusat ini berbeda dari yang terlibat dalam respons terhadap aksi hormon. Pada tahap awal praprofase, ketika agregasi kromatin dimulai, histon H1 memiliki 1-3 gugus fosfat per molekul, dan histon H3 tidak terfosforilasi. Selama prometa- dan anafase, ketika kromatin beragregasi, semua molekul histon H1 serta H3 mengalami superfosforilasi dan memiliki 3-6 gugus fosfat per molekul. Ini mungkin karena peningkatan 6-10 kali lipat dalam kandungan ATP-histone phosphotransferase spesifik dalam sel mitosis. Karena superfosforilasi, fibril kromatin dapat berputar menjadi superkoil. Dalam telofase, ketika kromatin terdisaggregasi, kedua histon, H1 dan H3, mengalami defosforilasi. Ketika sel memasuki fase G1, histon H1 sepenuhnya terdefosforilasi. Dengan demikian, superfosforilasi histon H1m dan fosforilasi histon H3 adalah peristiwa mitosis yang terjadi hanya ketika kromosom sepenuhnya terkondensasi. Oleh karena itu, kondensasi kromatin selama mitosis membutuhkan tingkat fosforilasi histon H1 dan H3 yang tinggi, sementara defosforilasi membatasi proses ini dalam interfase. Namun, yang mengejutkan adalah fakta bahwa pada tingkat fosforilasi yang tinggi, ketika tampaknya kompleks histon H1 dan H3 harus terdisosiasi dari DNA karena peningkatan muatan negatif pada mereka, peningkatan kondensasi diamati. Penelitian lebih lanjut diperlukan untuk menjelaskan mekanisme dasar terjadinya kondensasi dan dekondensasi kromosom. Dalam perkembangan hati tikus, fosforilasi histon H1 signifikan, tetapi dapat diabaikan di hati hewan dewasa. Namun, fosforilasi meningkat ketika sel-sel hati membelah setelah hepatektomi parsial. Diperlihatkan bahwa dalam kondisi ini rasio jumlah ikatan P-O terhadap P-N di hati berubah. Ikatan P-N ditemukan terutama pada histon H1 dan H4. Kandungan Hl-kinase tidak berubah selama siklus sel, tetapi jumlah H4-kinase meningkat selama sintesis DNA. Histon H4 juga terfosforilasi secara maksimal dalam fase S; mari kita asumsikan bahwa residu histidin adalah pusat serangan. Jadi, sebagai hasil dari fosforilasi, histon H4 dapat dipisahkan dari DNA, yang mendorong replikasinya. Dari sini, tampaknya dapat disimpulkan bahwa fosforilasi histon diperlukan untuk replikasi DNA, diikuti oleh pembelahan sel. Telah ditunjukkan bahwa transkripsi nukleosom hati tikus yang diisolasi ditingkatkan setelah fosforilasi. Histon H1 terfosforilasi dan non-fosforilasi berbeda satu sama lain dalam kemampuannya untuk menekan aktivitas matriks kromatin. Histon terfosforilasi ditemukan memiliki konformasi yang berubah menggunakan metode dikroisme melingkar. Ini mungkin menjelaskan fakta bahwa histon yang dimodifikasi menyebabkan derepresi kromatin.

Histon H5 juga mengalami fosforilasi. Dalam eritrosit unggas, histon H5 difosforilasi segera setelah sintesisnya dan kemudian didefosforilasi saat sel matang. Tidak seperti histon lainnya, histon H5 mengalami defosforilasi selama periode inaktivasi genom dan kondensasi kromosom. Histon terfosforilasi H5 tidak seefektif dalam menginduksi perubahan konformasi DNA seperti bentuk terdefosforilasinya. Residu terfosforilasi (seri) ditemukan di area histon H5 yang sangat basa dan terkait dengan DNA. 50% fosfat berada di wilayah 1-28, dan sisanya berada di wilayah 100-200. Selama proses spermatogenesis pada beberapa spesies mamalia, protamin mengalami fosforilasi-defosforilasi, yang tampaknya diperlukan untuk pengemasan DNA.

Fosforilasi NGB

NGB sangat terfosforilasi dan mengandung ikatan P-O dan P-N. Fosforilasi mereka diyakini dikatalisis oleh kinase selain yang mengkatalisis fosforilasi histon. Penting untuk fosforilasi adalah kandungan protein kinase dan cAMP. Kalsitonin merangsang fosforilasi NHP sel tulang dalam kultur, terutama protein dengan berat molekul rendah (10.000-45.000), tetapi menghambat fosforilasi NHP dengan berat molekul tinggi. Pada saat yang sama, hormon paratiroid merangsang fosforilasi NGP dengan berat molekul besar. Dengan demikian, dua hormon peptida yang mempengaruhi metabolisme kalsium dengan cara yang berlawanan dapat mewujudkan aksinya dengan bantuan NHP terfosforilasi. Hormon steroid juga menginduksi fosforilasi NHP.

Fosforilasi NGB tergantung pada jenis sel dan keadaan fisiologisnya. Laju proses ini bervariasi dalam sel HeLa yang tersinkronisasi secara in vitro, dengan laju tertinggi diamati pada fase G1 dan S. Ketika sel LC istirahat mulai berkembang biak dengan cepat, salah satu peristiwa paling awal adalah fosforilasi NHP. Ketika poliamina, spermin dan spermidin ditambahkan ke inti sel hati tikus, aktivitas protein kinase inti meningkat 2-3 kali, dan laju fosforilasi NGB berkali-kali lebih tinggi. Pada physarlum poliamina merangsang fosforilasi beberapa NGP unik.

Tidak seperti histon terfosforilasi, yang mempengaruhi struktur kromatin, NHP terfosforilasi terlibat dalam ekspresi gen. NHP terfosforilasi sel HeLa dalam fase G1 merangsang transkripsi gen histon dalam fase G1, meskipun gen ini tidak aktif dalam fase ini. NGP terfosforilasi meningkatkan transkripsi, sedangkan yang terdefosforilasi menurunkannya. Mekanisme efek ini mungkin terletak pada interaksi langsung protein dengan DNA. Kesimpulan ini mengikuti dari pengamatan berikut: NGBs memiliki kemampuan fosforilasi yang berbeda, cara mereka terfosforilasi tergantung pada jenis jaringan; dengan perubahan fosforilasi mereka, struktur kromatin dan aktivitas gen berubah, dan NGP terfosforilasi secara khusus mengikat DNA. NGB sel karsinoma payudara pada tahap pertumbuhan yang bergantung pada hormon dan selama regresi difosforilasi secara berbeda. Ketika kromatin fibroblas W1-38 manusia dirombak dari DNA dan NGP yang tidak terfosforilasi atau terfosforilasi, tingkat transkripsi jauh lebih tinggi dalam kasus terakhir.

Asetilasi

Ada laporan keberadaan gugus asetil dalam histon. Asetilasi histon dalam inti yang terisolasi pertama kali dijelaskan oleh Allfrey et al. Dua jenis residu asam amino asetat ditemukan dalam histon: a) deret terminal NH2 dari histon H1, H2A dan H4 diasetilasi menjadi N-asetilserin; ini adalah modifikasi pascasintetik ireversibel yang dikatalisis oleh enzim yang terkandung dalam sitosol; b) residu lisin internal yang diasetilasi terbentuk sebagai hasil dari reaksi pascasintesis yang terjadi di sitosol dan di dalam nukleus setelah histon berpindah dari sitosol ke nukleus dan berikatan dengan DNA. Asetilasi residu internal dalam histon H1 tidak signifikan atau tidak ada. Satu pusat diasetilasi dalam histon H2A dan empat pusat di masing-masing histon H2B, H3 dan H4. Asetilasi residu lisin dikatalisis oleh asetiltransferase, yang merupakan komponen NGB. ?-NH 2 -gugus residu lisin internal yang terletak di ujung NH 2 dari setengah histon diasetilasi untuk membentuk ?-N-asetilisin, dan satu molekul dapat mengandung hingga empat gugus asetil. Ini adalah reaksi bergantung energi di mana sumber gugus asetil adalah asetil-KoA. Deasetilasi dikatalisis oleh deasetilase, yang juga terdapat dalam kromatin. Skema reaksi ditunjukkan di bawah ini:

Residu lisin internal 9, 14, 18, dan 23 histon H3 dan 5, 8, 12, dan 16 histon H4 diasetilasi. Residu ini terletak di wilayah terminal NH2 dari rantai polipeptida, yang bersifat basa kuat dan berinteraksi dengan gugus asam DNA. Histon asetat mengikat DNA kurang efisien daripada yang diasetilasi. Asetilasi residu lisin internal adalah proses reversibel dan terjadi sangat cepat dalam berbagai kondisi. Waktu paruh reaksi asetilasi sangat singkat, hanya sekitar 3 menit. Dua histone acetyltransferases telah diisolasi memiliki pH optima yang berbeda. Asetilasi dihambat oleh ion Mn2+. Fakta ini tampaknya penting, karena kation divalen diperlukan untuk berfungsinya RNA polimerase yang bergantung pada DNA. cAMP, yang mempengaruhi fosforilasi, tidak mempengaruhi asetilasi. Laju asetilasi maksimum dicapai pada interfase; saat sel memasuki mitosis, ia menurun. Laju reaksi minimum diamati pada profase dan metafase, ketika kromosom paling padat. Saat sel memasuki telofase dan ukuran kromosom bertambah, laju asetilasi histon H4 meningkat. Sintesis RNA minimal diamati pada profase dan metafase, ketika kromosom sangat padat. Adalah penting bahwa asetilasi histon H4 juga minimal tepatnya dalam dua fase siklus sel ini. Asetilasi histon H3 dan H4 dalam eritroblas unggas menurun saat mereka berkembang menjadi eritrosit dewasa, di mana kromatin sangat terkondensasi dan tidak aktif baik dalam transkripsi maupun replikasi. Dengan demikian, deasetilasi histon berkorelasi dengan penghambatan transkripsi, dan sebaliknya, asetilasi merangsang transkripsi. Karena histon nukleosom kurang bermuatan positif ketika diasetilasi, mereka dapat dipisahkan dari DNA, membuat DNA tersedia untuk transkripsi.

Jika kromatin dideproteinisasi, maka transkripsinya ditingkatkan. Telah ditunjukkan bahwa ketika sintesis RNA dirangsang di limfosit oleh mitogen, di jaringan target oleh hormon, dan di hati, asetilasi histon terjadi pertama kali setelah hepatektomi parsial. Sebagai hasil dari asetilasi histon nukleosom, transkripsi kromatin timus betis ditingkatkan. Jika histon H2A dan H2B ditambahkan ke DNA yang kekurangan kromatin, maka transkripsi ditekan. Namun, jika kedua histon ini kemudian diasetilasi, maka represi berhenti. Asetilasi histon H3 dan H4 juga merangsang transkripsi. Asetilasi telah terbukti mendahului peningkatan sintesis RNA. Asetilasi histon terjadi tidak hanya dalam pembelahan, tetapi juga pada sel yang tidak membelah, di mana sebagian besar kromatin tidak aktif sehubungan dengan transkripsi. Asetilasi histon merangsang pemanjangan rantai selama transkripsi. Ada kemungkinan bahwa transkripsi gen yang secara khusus "diaktifkan" oleh efektor dikendalikan oleh tingkat asetilasi histon dan/atau NGP.

Kesimpulan di atas diperkuat oleh fakta-fakta berikut. Heterokromatin ciliate yang tidak aktif secara transkripsi memiliki tingkat asetilasi yang rendah, sedangkan eukromatin aktif secara transkripsi dan sangat asetilasi. Makronukleus aktif transkripsi Tetrahymena pyriformis mengandung histon asetat, sedangkan mikronukleus yang tertekan tidak. Kromosom ibu yang aktif dari kutu putih mengandung kelompok asetil yang jauh lebih banyak daripada kromosom ayah yang tidak aktif. Dalam studi yang dilakukan pada sel Drosophila dalam kultur, ditunjukkan bahwa 14 C-asetat termasuk terutama dalam histon H3, H4 dan H2B, dan 32 P-fosfat termasuk dalam histon H1, H3 dan H4. Kandungan tertinggi dari 14 C-asetat dan 32 P diamati pada histon H3. Ketika daerah matriks aktif dan matriks tidak aktif dari kromatin dipisahkan setelah pencernaan dengan DNase II, yang pertama ditemukan mengandung lebih banyak dari kedua tanda (14 C dan 32 P). Data ini mendukung saran bahwa perbedaan antara daerah kromatin yang ditranskripsi dan yang tidak ditranskripsi sebagian disebabkan oleh modifikasi histon spesifik pada lokus tertentu.

Derajat asetilasi histon dari sel-sel testis ikan trout dipelajari dengan menginkubasinya dengan 14 C-asetat. Histon H2A, H2B dan H3 diasetilasi pada satu posisi, sedangkan histon H4 diasetilasi pada posisi satu, dua, tiga dan empat. Ketika nukleosom yang diperoleh setelah asetilasi diperlakukan dengan tripsin, daerah terminal NH2 dari empat histon yang mengandung residu lisin dan terkait dengan DNA dihilangkan. Residu lisin ini hanya diasetilasi. Jika nukleosom kemudian dibelah dengan nuklease, maka fragmen DNA dilepaskan, biasanya dengan adanya daerah terminal NH 2 yang tahan nuklease. Asetilasi menyebabkan peningkatan laju pembelahan kromatin oleh DNase I. Kromatin yang mengandung histon yang sangat asetat lebih mudah dipecah oleh DNase I, tetapi tidak oleh nuklease mikrokokus. Ketika kromatin trout testis dicerna dengan DNase II, fraksi aktif transkripsi diperoleh yang mengandung histon H4 yang sangat asetat. Histon H3 dan H4 dari sel HeLa sangat diasetilasi ketika ditumbuhkan dalam butirat. DNA nukleosom dari sel-sel tersebut dihidrolisis oleh DNase I 5-10 kali lebih cepat. Dalam hal ini, DNA secara khusus dibelah di tempat di mana, dalam kondisi normal, tidak terjadi pemutusan. Juga telah ditunjukkan bahwa DNase I lebih suka memotong DNA di daerah-daerah kromatin yang sangat asetat. Rupanya, nukleosom di wilayah ini mengalami perubahan konformasi setelah asetilasi. Karena perubahan tersebut diperlukan untuk RNA dan DNA polimerase untuk menggunakan DNA sebagai cetakan, ada kemungkinan bahwa asetilasi adalah salah satunya. cara di mana histon sebagian dipisahkan dari DNA, membuat yang terakhir tersedia untuk enzim. Dengan demikian, asetilasi penting baik untuk fungsi kromatin maupun untuk struktur dan konformasinya. Telah disarankan bahwa histon H4 berikatan dengan DNA melalui suatu mekanisme, pada tahap pertama yang terjadi asetilasi. Kemudian, deasetilasi dapat terjadi, yang mengarah ke interaksi elektrostatik yang memperbaiki konformasi. Dalam spermatid bulu babi, yang tidak mensintesis RNA, histon H4 sepenuhnya mengalami deasetilasi, sedangkan pada embrio, di mana aktivitas gen yang tinggi diamati, ia diasetilasi. Dengan demikian, ada korelasi langsung antara asetilasi histon H4 dan aktivitas kromatin.

Studi tentang peran asetilasi histon dalam fungsi kromatin difasilitasi oleh penemuan fakta bahwa dengan adanya butirat, modifikasi ini ditingkatkan dan histon H3 dan H4 secara khusus mengalami hiperasetilasi, karena butirat menghambat histon deasetilase. Butirat menghambat H3 dan H4 histone deacetylase endogen, sementara itu tidak mempengaruhi laju asetilasi. Rupanya, histone deacetylase mungkin memainkan peran penting dalam kontrol metabolik asetilasi. Ketika histon mengalami hiperasetilasi, DNA yang terkait dengannya dalam sel HeLa menjadi lebih mudah diakses oleh DNase I, tetapi tidak oleh nuklease stafilokokus. DNase I juga mempromosikan penghapusan histon H3 dan H4 dari kompleks. Secara bersamaan, sintesis DNA dihambat. Dapat diasumsikan bahwa asetilasi histon secara khusus diperlukan untuk transkripsi dan tidak diperlukan untuk replikasi. Tidak seperti fosforilasi, yang merupakan karakteristik histon H1 dan hanya sel yang membelah, asetalisasi terjadi terutama pada histon H3 dan H4 dan pada sel yang membelah serta tidak membelah yang aktif secara metabolik. Ini menegaskan asumsi bahwa asetilasi histon nukleosom memainkan peran penting dalam transkripsi. Sangat sedikit yang diketahui tentang asetilasi NGB; satu makalah melaporkan bahwa protein HMG dari inti timus betis dan eritrosit bebek diasetilasi.

Metilasi

Metilasi histone adalah modifikasi ireversibel pasca-sintetik yang dikatalisis oleh histone methyltransferase III yang ada dalam fraksi NGB kromatin. Modifikasi ini pertama kali ditemukan oleh Alfrey et al. Histon metiltransferase III mengkatalisis transisi gugus CH 3 dari S-adenosilmetionin ke gugus -NH 2 residu lisin, seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

Modifikasi histon ini terjadi setelah ikatannya dengan DNA. Gugus metil histon, tidak seperti gugus fosforil dan asetil, tidak masuk ke dalam reaksi lebih lanjut. Akibatnya, metilasi adalah proses yang stabil. Enzim sitoplasma metilase I metilat arginin sebelum histon memasuki nukleus. NGB dimetilasi oleh enzim khusus. Satu, dua, atau tiga gugus metil dapat dihubungkan ke atom residu -N-lisin, yang secara berurutan diperkenalkan oleh enzim yang sama. Oleh karena itu, residu metillisin dapat berupa mono-, di- atau trimetilisin. Histon H3 dan H4 terutama termetilasi. Dalam histon H3, rasio mono-, di- dan trimetilisin adalah 1,8:1.0:0,45. Dalam histon H4, rasio mono-dimetillisin adalah 0,7:1.0. Dengan demikian, histon H3 lebih termetilasi daripada histon H4. Histon yang dimurnikan, berbeda dengan histon yang terikat kromatin, adalah substrat yang tidak cocok untuk metilasi. Histon termetilasi H3 dan H4 setelah isolasi dapat dimetilasi lebih lanjut di pusat-pusat yang berbeda dari tempat reaksi terjadi untuk histon yang terikat kromatin. Jelas, pusat tambahan ini tidak dapat diakses untuk metilasi karena konformasi spesifik dalam kromatin. Metillisin terletak di dekat lisin yang diasetilasi.

Metilasi histon H3 dan H4 hanya terjadi di wilayah terminal NH2. Histon H3 dari timus betis dimetilasi pada Lys-9 dan Lys-27, dan histon H4 dimetilasi pada Lys-20. Kedua lisin dalam histon H3 dapat berupa mono-, di- dan trimetilasi, tetapi trimetilisin tidak terbentuk dalam histon H4. Histon H3 memiliki pusat metilasi tambahan - Lys-4. Pusat metilasi Histon H3 dan H4, serta urutan asam aminonya, sangat kekal. K m dan V max untuk metilasi histon H3 dan H4 berbeda. S-adenosylhomocysteine, produk reaksi yang dikatalisis oleh methyltransferase III, adalah inhibitor substrat kompetitif.

Metilasi histon dalam sel HeLa terjadi terutama pada fase S. Dalam kultur jaringan, metilasi berlangsung sepanjang seluruh siklus sel, tetapi kecepatan maksimum diamati antara fase S dan G2 sebelum permulaan mitosis. Mungkin, metilasi diperlukan untuk menyiapkan kromatin untuk mitosis. Setelah hepatektomi parsial, metilasi histon terjadi selama periode pasca fase S yang penting untuk sel. Derajat metilasi histon H3 dan H4 tampaknya sama di semua organ, tetapi berubah seiring bertambahnya usia. Pada tikus umur sepuluh hari, rasio molar mono-, di- dan trimetillisin dalam histon H3 adalah 0,55:1.0:0.35. Rasio molar mono- dan dimetillisin dalam histon H4 pada umur yang sama adalah 0,1:0,9. Dengan bertambahnya usia, ada pergeseran bertahap menuju bentuk yang lebih termetilasi. Histon H3 dan H4 di otak tikus dewasa tidak diperbarui, sama seperti gugus metilnya tidak diperbarui, terlepas dari rantai polipeptidanya. Honda dkk telah menunjukkan bahwa metilasi histon juga tidak dapat diubah di jaringan lain. Ketika tikus muda disuntik dengan lisin dan metionin berlabel, sejumlah besar setiap label ditemukan dalam histon otak. Namun, hanya jejak tanda ini yang ditemukan pada orang dewasa. Jika inti sel otak tikus dewasa diinkubasi dengan S-adenosilmetionin, maka tidak ada satu pun gugus metil yang termasuk dalam histon H3 dan H4. Hasil ini menunjukkan bahwa metilasi histon berakhir sebelum jatuh tempo. Histon termetilasi mungkin memiliki beberapa fungsi. 1) Selama metilasi residu lisin, khususnya, selama pembentukan trifenillisin, pKa kelompok -NH 2 lisin meningkat dan kebasaan histon meningkat. Ini dapat meningkatkan pengikatan histon ke DNA. 2) Metilasi histon H3 dan H4 mungkin memainkan peran penting dalam struktur nukleosom. 3) Histon termetilasi dapat "mengunci" DNA secara ireversibel dan mencegah replikasi. Mungkin ini menjelaskan transisi sel ke keadaan pascamitotik. 4) Histon termetilasi dapat menghambat transkripsi. Studi lebih lanjut diperlukan untuk mengevaluasi peran metilasi histon dalam struktur dan fungsi kromatin.

ADPribosilasi

Ada laporan bahwa poli-ADPribose berikatan secara kovalen dengan protein nuklir. Reaksi ini telah terbukti dikatalisis oleh polimerase poli-ADPribose terkait kromatin. Molekul enzim dari timus sapi terdiri dari satu rantai polipeptida dengan satu mol. berat 130.000; enzim ini hanya sepenuhnya aktif dengan adanya DNA. Ini terkait dengan wilayah internukleosom kromatin dan tampaknya mendorong pembentukan struktur kromatin tingkat tinggi. Substrat dalam reaksi ini adalah NAD+. Enzim ini dihambat oleh nikotinamida, timidin, sitokinin, dan metilxantin. Histon H1 dan, sampai batas tertentu, histon H2B menjalani ADPribosilasi baik in vivo maupun in vitro. Histon nukleosom lain di hati tikus termodifikasi dengan sangat lemah, jika ada. Situs ADPribosilasi dalam histone H1 belum diidentifikasi secara meyakinkan. Telah disarankan bahwa itu adalah eter yang melekat pada glutamat. Dengan bantuan enzim, dari dua hingga sebelas molekul ADPribosa secara berurutan dimasukkan ke dalam histon. Kehadiran rantai bercabang 65 residu ADPribose telah dilaporkan dalam inti sel hati tikus. Modifikasi tampaknya berjalan seperti ini:

Fosforilasi serin mengganggu ADPribosilasi. Seri ini juga dapat ADPribosylated. Histon H 6 (protein HMG sperma ikan trout), protamin dan beberapa komponen NGP juga ADPribosilasi. Ikatan dengan ADPribosa tidak stabil dalam lingkungan basa. Poli(ADPribose)glikohidrolase memotong polimer dari histon. Histon pribosilasi lebih mudah dipisahkan dari kromatin daripada histon termodifikasi lainnya. Rupanya, pengikatan histon ke DNA melemah setelah ADPribosilasi. Ini karena peningkatan muatan negatif histon dan, di samping itu, karena ukuran molekul yang besar, yang mampu merusak struktur kromatin. Fungsi polimer ADPribosa, yang secara kovalen melekat tidak hanya pada histon, tetapi juga pada HBs, belum ditetapkan. Diasumsikan bahwa mereka terlibat dalam sintesis dan perbaikan DNA, dalam pembentukan struktur kromosom, dan dalam diferensiasi sel. Kandungan ADPribose polimerase meningkat 3-4 kali lipat pada fase G1 dan dalam proses diferensiasi sel eritroleukemia tikus. Dalam sel HeLa, poli-ADPribosilasi paling intens diamati pada fase G1, dan yang terlemah - pada fase S. Sebagai hasil dari ADPribosilasi, protein nuklir dapat dipisahkan dari DNA, yang mendorong replikasinya di fase S. Jadi, modifikasi yang dimaksud mungkin diperlukan untuk replikasi DNA. Hal ini didukung oleh fakta bahwa sintesis DNA dalam inti yang diisolasi dari hati ayam meningkat setelah ADPribosilasi.

Poliamina spermin, spermidin, dan putresin merangsang ADPribosilasi protein nuklir dalam urutan itu. Mn 2+ juga memiliki efek stimulasi. ADPribosilasi histon H1 dalam sel HeLa meningkat hampir 3 kali lipat dengan adanya poliamina. Spermin merangsang ADPribosilasi sel NGB dalam kultur, dan Mn2+ merangsang ADPribosilasi histon. Jika spermin dan Mn2+ hadir dalam media inkubasi, maka NGB dimodifikasi lebih besar daripada histon. Dengan demikian, poliamina dan ion logam tampaknya memiliki efek pengaturan pada ADPribosilasi protein nuklir.

Ringkasnya, kita dapat mengatakan bahwa modifikasi kovalen protein kromosom, khususnya histon, dapat memiliki efek signifikan pada struktur dan fungsi kromatin. Karakteristik utama dari reaksi modifikasi ditunjukkan pada gambar. 2.4 dan adalah sebagai berikut. 1) Fosforilasi dan ADPribosilasi terjadi terutama pada histon H1, sedangkan asetilasi dan metilasi terjadi pada histon nukleosom. 2) Fosforilasi, ADPribosilasi dan asetilasi menyebabkan penurunan muatan positif keseluruhan histon dan pemisahan mereka dari DNA, sedangkan metilasi menyebabkan peningkatan muatan positif, yang membuat ikatan dengan DNA lebih kuat. 3) Histon dapat mengalami semua perubahan ini pada saat yang sama, yang menyebabkan perubahan signifikan dalam struktur ioniknya. 4) Fosforilasi jelas merupakan fenomena umum: kurang spesifik dibandingkan modifikasi lain dan terjadi dalam pembelahan sel di seluruh siklus sel. Rupanya, fosforilasi diperlukan untuk replikasi DNA dan pembelahan sel. Tiga modifikasi lainnya mungkin lebih spesifik. Asetilasi terjadi terutama pada sel yang aktif secara metabolik dan tampaknya terlibat dalam proses transkripsi. Metilasi, sebagai proses ireversibel, mungkin penting untuk represi aktivitas gen dan untuk diferensiasi. 5) Semua modifikasi ini secara khusus dimodulasi oleh efektor endogen khusus, termasuk hormon. Modifikasi spesifik dan diferensial protein kromosom dapat terjadi pada periode kehidupan yang berbeda dan menyebabkan ekspresi gen selektif.

Sementara sejumlah besar data telah terakumulasi pada modifikasi kovalen histon, relatif sedikit yang diketahui tentang modifikasi NGP tersebut. Informasi tentang tingkat dan urutan defosforilasi, deasetilasi, dan de-ADPribosilasi juga langka.

<<< Назад

Maju >>>

Portal untuk siswa. Latihan mandiri

Lihat apa itu "MODIFIKASI PROTEIN" di kamus lain:

Buku:

ARTIKEL TERKAIT