Tipuri și semnificații ale modificării post-translaționale ale proteinelor. Modificarea post-translațională a proteinelor

Modificarea chimică a proteinelor se realizează cu ajutorul hidrolizei acide sau alcaline, stabilizarea proteinelor prin formarea de sare, acilare și reacție a plastinei.

Hidroliza alcalină și acidă. Aceste metode de modificare a proteinelor sunt utilizate pe scară largă pentru a solubiliza proteinele de pește în procesul de obținere a concentratelor de proteine de pește, rezultând o solubilitate crescută, emulsionare și proprietăți de spumare ale proteinelor.

Adâncimea hidrolizei depinde de tipul și concentrația de alcali sau acid, raportul dintre substrat și reactiv, temperatură, durata tratamentului. Pentru a obține un anumit rezultat, procesul trebuie optimizat pentru o anumită proteină dintr-o anumită materie primă.

Odată cu hidroliza completă a proteinelor, se formează un amestec de aminoacizi. Acesta este folosit în cele mai recente tehnologii. Gradul de hidroliză poate fi controlat și reglat. Dar trebuie avut în vedere că, alături de consecințele pozitive ale hidrolizei, există și unele negative. De exemplu, formarea racemaților de acizi - peptide cu gust amar.

Un exemplu de astfel de modificare este distrugerea 11-S-globulinei, care este caracteristică leguminoaselor, în special soia, și are o moleculă globulară. Mai mult decât atât, structura sa cuaternară se caracterizează prin faptul că mai multe subunități sunt combinate într-un glob folosind legături intermoleculare. Astfel de structuri nu sunt capabile de gelificare, precum și de imitare a sistemelor asemănătoare cărnii. Hidroliza controlată face posibilă obținerea unei proteine cu proprietățile unui agent de gelifiere, care este mai tipic pentru un număr de proteine fibrilare, de exemplu, gelatina.

Acest principiu de modificare a proprietăților proteinelor și-a găsit aplicație largă în procesul tehnologic de obținere a produselor structurate prin metoda filării.

În mod similar, structura unei proteine poate fi modificată prin încălzire. Descompunerea proteinelor în subunități, distrugerea și agregarea lor parțială duc la formarea jeleului proteic. Stabilitatea gelurilor rezultate depinde de formarea punților disulfurice între lanțurile polipeptidice.

Solubilizarea proteinelor prin formarea de sare. Posibilitatea unei astfel de modificări rezultă din proprietatea de bază a proteinelor ca amfoliți polimerici capabili să interacționeze atât cu cationi, cât și cu anioni. Sunt posibile două tipuri de interacțiuni: formarea de punți de sare și sorbția specifică a ionilor pe suprafața proteinei. În acest caz, se formează proteinați, care sunt mai solubili decât proteinele native.

Formarea proteinaților este utilizată pe scară largă în izolarea proteinelor din soia (proteinați de soia) și din lapte (cazeinat și coprecipitat de sodiu).

Cele mai utilizate săruri modificatoare sunt clorura de sodiu și fosfații anorganici. Astfel, prin reglarea capacității formulărilor de carne de a reține apa, se utilizează clorură de sodiu, piro- sau tripolifosfat de sodiu, care cresc solubilitatea proteinelor miofibrilare. În același timp, se știe că polifosfații în raport cu proteinele sunt caracterizați prin proprietăți anti-denaturare, antiseptice și antioxidante.

În fiecare an se extinde utilizarea proteinelor în industria alimentară și în alimentație.

Acilare. Acilarea cu anhidride acetice sau succinice este una dintre metodele utilizate pe scară largă de modificare chimică a proteinelor. Rezultatul acestei modificări este o schimbare a punctului izoelectric al proteinei într-o zonă mai acidă. Sub acțiunea anhidridei succinice, acest proces are loc într-o măsură mai mare. Acest lucru face posibilă, chiar și cu un grad scăzut de modificare, îmbunătățirea semnificativă a unor caracteristici tehnologice precum solubilitatea, emulsionarea și abilitățile de spumare.

Introducerea de reziduuri de acil (cum ar fi R-COO-) contribuie la desfășurarea și, în cele din urmă, la distrugerea globului proteic, ceea ce duce la o modificare a echilibrului electrostatic caracteristic proteinei native datorită blocării aminoului încărcat pozitiv. grupări în globuline și o creștere a rolului de repulsie electrostatică a grupărilor asemănătoare încărcate. Consecința acestui lucru este o modificare a conformației proteinei și disocierea acesteia. În același timp, se obțin efecte tehnologice precum capacitatea de formare a gelului.

În practică, s-a dovedit că prin acilare este posibil să se obțină proteine vegetale modificate cu capacitate îmbunătățită de formare a gelului, iar această capacitate și caracteristicile structurale și mecanice ale gelurilor rezultate depind de gradul de acilare. Deci, într-un grad foarte mare, excesul său de sarcini negative provoacă o repulsie atât de puternică a lanțurilor polipeptidice, încât agregarea necesară formării gelului va fi imposibilă. Adică, gradul de acilare acționează ca un indicator al proprietăților funcționale ale proteinei, iar acilarea în sine este o metodă de reglare a acestor proprietăți.

Cazeina acilata din lapte este folosita ca emulgator si stabilizator de emulsie, agent de ingrosare pentru bauturi, sosuri, piureuri de fructe si legume. Proteinele din pește sunt folosite ca emulgatori, lianți, ca substanțe care formează jeleu în timpul tratamentului termic.

Modificarea enzimatică a proteinelor. Folosind enzime, este posibilă modificarea intenționată a structurii unei proteine într-o varietate de moduri. Datorită hidrolizei parțiale a proteinei, este posibil să se asigure o creștere a solubilității, a activității de emulsionare, a capacității de spumare, a stabilizării spumei și emulsiilor. Specificitatea enzimelor vă permite să influențați doar anumite zone sau grupuri ale moleculei proteice. De asemenea, este important ca majoritatea proceselor enzimatice să aibă loc într-un mediu acvatic și, de regulă, în condiții apropiate de cele fiziologice. Cu toate acestea, nu toate modificările enzimatice ale proteinelor sunt importante pentru tehnologia alimentară.

Deci, recent, hidroliza parțială a proteinelor țesutului conjunctiv de către proteaze, frăgezirea cărnii a fost folosită pentru a-și îmbunătăți indicatorii de calitate. În proteinele din pește, sub acțiunea enzimelor de origine microbiană amilosubtilină, protosubtilină, bromelaină la pH 6,5-7,0 și o temperatură de aproximativ 30 ° C, activitatea de emulsionare crește de 1,5 ori, solubilitatea crește cu 20%.

Un efect special este obținut prin combinarea procesului enzimatic și a modificării chimice, de exemplu, cu succinatie. Astfel, produsele hidrolizei enzimatice a proteinelor din pește, care se caracterizează printr-o capacitate ridicată de spumare, își pierd gustul de pește caracteristic ca urmare a succinației, ceea ce le permite să fie utilizate în producția de produse de cofetărie, înghețată și băuturi.

Perspective foarte bune sunt date de cel recent deschis reacția plastilinei- un proces invers la clivaj enzimatic, când legăturile peptidice sunt re-formate sub acțiunea enzimelor. Folosind această reacție, este posibil să se creeze lanțuri polipeptidice cu o greutate moleculară de aproximativ 3.000 Daltoni din produsele hidrolizei proteinelor. Datorită faptului că aminoacizii individuali, inclusiv cei esențiali, sunt capabili să reacționeze sub formă de esteri, aceștia pot fi încorporați în mod intenționat în polipeptide și proteine. Prin încorporarea triptofanului, lizinei și metioninei în zeina de porumb, a fost posibilă obținerea de plasteină cu valoare biologică bună.

Valoarea biologică a proteinelor din soia este scăzută datorită conținutului scăzut de aminoacizi care conțin sulf. Prin hidroliza parțială a proteinei din soia cu pepsină, amestecarea acesteia cu același hidrolizat de keratină din lână care conține mulți aminoacizi cu conținut de sulf, și reacția ulterioară a plasteinei sub acțiunea nagarazei (Bacilus subtilis protease), se obține plasteina cu o valoare nutritivă apropiată de cazeine.

Plasteinele obținute prin încorporarea acizilor glutamici obținuți din proteinele din soia în proteine au proprietăți foarte bune. În primul rând, acești acizi glutamici sunt solubili la toate valorile pH-ului și rezistenți la coagularea termică. În al doilea rând, au un gust pronunțat de carne tratată termic.

Reacția plasteină are perspective mari pentru extracția aminoacizilor nedoriți din proteine. Acestea din urmă includ fenilalanina, a cărei prezență provoacă consecințe grave la pacienții cu fenilocetonurie. Hidroliza enzimatică parțială cu pepsină, extracția peptidelor fenilalaninei prin filtrare pe gel și sinteza ulterioară a plasteinei în prezența esterilor etilici ai tirozinei și triptofanului sub acțiunea proteazei de papaină vegetală duce la producerea de plastine fără fenilalanină, dar echilibrate în alți aminoacizi. acizi.

Metode fizice și chimice de modificare. Metodele fizico-chimice de influențare a sistemelor proteice combină următoarele metode: formarea complexului cu polimeri naturali (proteine, polizaharide etc.), precum și cu monomeri (glucide, grăsimi), efecte mecanice de diferite feluri, tratament termic etc.

Complexarea după tip interacțiunea proteină-proteină găsit aplicație practică chiar mai devreme, dar acum există o interpretare științifică a acestui fenomen. Așa că s-a constatat că uscarea în comun a proteinelor de natură diferită - pește și cereale - nu numai că duce la producerea de amestecuri de proteine valoroase, dar și păstrează proprietățile funcționale ale proteinelor originale. Ca aditivi pentru cereale pentru peștele tocat, grâul, orezul sau altă făină pot fi utilizați într-o cantitate de 10% până la 30%.

Adăugarea de proteine vegetale la semifabricate din carne, datorită formării complexe, asigură o scădere minimă a capacității de reținere a apei în timpul tratamentului termic.

Conjugații de proteine și carbohidrați se caracterizează prin proprietăți funcționale ridicate, care sunt utilizate în mod tradițional în procesele tehnologice. Astfel, capacitatea zaharozei de a crește temperatura de coagulare a proteinelor din ou este utilizată pe scară largă în tehnologia preparatelor dulci și a produselor de cofetărie. Este cunoscută capacitatea carbohidraților de a stabiliza proteinele animale la acțiunea denaturarii la temperaturi joase și înalte.

Când proteinele din pește sunt uscate împreună cu monozaharide, se formează complexe foarte solubile, a căror solubilitate depinde de natura zaharurilor și de concentrația lor în peștele tocat. În ceea ce privește efectul asupra solubilității produsului rezultat, glucoza este cea mai eficientă, iar zaharoza și fructoza sunt mai puțin eficiente. În mod similar, glicerolul și amidonul modificat stabilizează proteinele din pește. Dar trebuie avut în vedere că în acest caz se creează condiții pentru ca reacția Maillard să aibă loc, ceea ce va duce la scăderea valorii nutriționale a proteinelor.

Adaosul de glucono-delta-lactonă stabilizează carnea tocată.

De asemenea, sunt cunoscute metode de „întărire” a glutenului de făină în formarea complecșilor acestuia cu polizaharide acide, cum ar fi derivații de pectină, precum și în prezența polizaharidei xantanice microbiene în cantitate de 0,1-0,5%.

Creșterea rezistenței proteinelor la denaturare și a lipidelor, care sunt, de asemenea, capabile să formeze complexe cu primele. Natura acestui fenomen nu a fost suficient de clarificată, dar cu toate acestea el este utilizat în producția de cârnați tocați, ale căror semifabricate sunt emulsii proteine-grăsimi.

Metodele fizice de expunere joacă, de asemenea, un rol în modificarea proprietăților substanțelor proteice. Astfel, intensitatea, metoda și gradul de măcinare sunt ceteris paribus cheie în modelarea calității făinii de grâu. Prin stabilirea anumitor condiții de temperatură, ele reglează capacitatea de reținere a apei, frăgezimea, suculenta sistemelor de carne. Temperatura și durata prelucrării reglează indicatorii de calitate ai cașului de lapte. Amestecarea mecanică simultană a masei duce la formarea „bobului de cazeină”, care diferă semnificativ prin caracteristicile organoleptice de cașul obținut prin coagulare termică a acidului, dar fără amestecare.

Un grad ridicat de măcinare a cărnii tocate și a peștelui, în special în morile coloide, duce la degradarea mecanică a sarcomerelor miofibrile, rezultând o creștere a capacității de reținere a apei și a solubilității proteinelor.

Coagularea termică parțială a proteinelor de pește sau a făinii de bere, care duce la denaturarea proteinelor glutenului, modifică coeziunea, vă permite să ajustați capacitatea de a forma și proprietățile organoleptice ale sistemelor.

MODIFICAREA PROTEINEI

(din latină târzie modificatio-change) biogenic, apare după completare emisiuni acid ribonucleic de matrice, sau ARNm, (sinteza proteinelor pe o matrice de ARNm) sau până când este finalizată. În primul caz, M. b. numit post t și n s l a t i n o n y, în a doua - to o t r a n c l a t ion n o y. Se realizează datorită raioanelor decomp. funkt. grupuri de resturi de aminoacizi, precum și legături peptidice și determină forma finală a moleculei proteice, fiziolul acesteia. , stabilitate, mișcare în interiorul celulei.

Extracelular (secretat), precum și multe altele. proteine citoplasmatice. membrane şi compartimentele intracelulare (părți izolate ale celulei) suferă glicozilare, drept urmare glicoproteine. Naib. Lanțurile care conțin manoză atașate la polipeptide printr-o legătură N-glicozidică sunt organizate complex. Etapa inițială a formării unor astfel de lanțuri decurge co-translațional conform schemei:

Dol-dolichol (poliprenol), DolHRChR-dolichol pirofosfat, Glc-glucoză, GlcNAc-N-acetil-D-glucozamină, Man-manoză

Postnaștere. etapele se desfășoară post-traducțional cu participarea mai multor. enzime situate în diferite compartimente subcelulare. Deci, pentru proteina G a virusului stomatitei veziculare, lanțurile glicozidice to-rogo sunt construite din 15 reziduuri de carbohidrați, o astfel de secvență de evenimente a fost stabilită. În primul rând, în endoplasmic reticulul are loc în două etape, separarea reziduurilor terminale de glucoză cu participarea a două glucozidaze diferite. Apoi, manozidazele (I și II) îndepărtează 6 resturi de manoză, iar N-acetil-D-glucozamin transferaza adaugă trei resturi GlcNAc la resturile de glicoprotein manoză. În cele din urmă, în complexul Golgi, reziduurile de fucoză, galactoză și acid sialic se leagă la aceste reziduuri cu participarea transferazelor corespunzătoare. Resturile de monozaharide pot suferi fosforilare, sulfonare și alte modificări.

Glicozilarea proteinelor secretate este precedată de proteolitică. procesare - separare de la capătul N-terminal al secvenței de aminoacizi „semnal” a lanțului polipeptidic. În eucariote celule (celule ale tuturor organismelor, cu excepția bacteriilor și algelor albastre-verzi), acest proces se realizează prin translație, în procariote. celule (celule de bacterii și alge albastre-verzi) poate proceda post-translațional. Naib. secvențele semnal comune includ 23 de resturi de aminoacizi. Trăsăturile caracteristice ale acestor secvențe sunt prezența la sfârșitul unei secțiuni scurte încărcate pozitiv, urmată de o secțiune hidrofobă care conține de la 7 la 14 resturi de aminoacizi. Secvențele semnal se termină cu o regiune hidrofilă, conservatoare în lungime (5-7 resturi), la capătul C-terminal al cărei cel mai adesea se găsesc reziduuri de alanină, glicină, serină, treonină, cisteină sau glutamină.

Aproape toate funcțiile. clasele de proteine extracelulare (, hormoni etc.) conțin legături disulfurice. Ele sunt formate din grupările cistenei SH într-un proces în mai multe etape care implică enzima disulfură izomeraza. Mean apare în stadiile sale incipiente. numărul de punți disulfură „greșite”, la secară sunt eliminate ca urmare a schimbului tiol-disulfură, în Krom, aparent, este implicată cistamina (H 2 NCH 2 CH 2 S) 2. Se presupune că o astfel de „enumerare” a conexiunilor are loc până cel mai mult. structură terțiară stabilă, în care punțile disulfurice sunt „îngropate” și, prin urmare, inaccesibile pentru reactivi.

La maxim. Modificările obișnuite ale proteinelor intracelulare includ fosforilarea și defosforilarea grupului OH a reziduurilor de serină, tirozină și treonină, care sunt efectuate cu participarea enzimelor protein kinazei și fosfatazei conform schemei:

ATP - trifosfat de adenozină, ADP - difosfat de adenozină, P - acid fosforic sau reziduul acestuia

Fosforilarea este însoțită de activarea sau inactivarea enzimelor, de exemplu. glicoziltransferazele și, de asemenea, schimbă fiz.-chim. St. în proteine neenzimatice. Proteinele reversibile controlează, de exemplu, procese atât de importante precum translația, lipidele, gluconeogeneza și contracția musculară.

Proteinele mitocondriilor și cloroplastelor, codificate de ADN nuclear, au secvențe de aminoacizi în exces la capătul N-terminal, pentru a direcționa selectiv lanțurile polipeptidice de secară către anumite compartimente ale organitelor, după care sunt scindate ca urmare a proteolizei cu participare specifică. endopeptidaze. Secvențele în exces ale precursorilor proteinelor mitocondriale diferă semnificativ în ceea ce privește numărul de resturi de aminoacizi; acestea pot fi de la 22 la 80. Secvențele scurte sunt caracterizate printr-un conținut ridicat (20-25%) de resturi de aminoacizi încărcate pozitiv, distanțate uniform de-a lungul lanțului polipeptidic. Secvențele lungi includ în plus o secțiune constând din aminoacizi hidrofobi, care „ancorează” precursorul în stratul dublu lipidic al membranelor mitocondriale.

Sunt cunoscuți precursori pentru o serie de hormoni (de exemplu, pentru gastrină, glucagon și insulină), la secară trec într-o formă activă prin divizarea unui lanț polipeptidic în locurile care conțin două rămășițe localizate în mod constant ale principalilor aminoacizi (și lizina). Clivajul se realizează cu participarea specificului. endopeptidaza care acţionează în ansamblu cu o a doua enzimă având carboxipeptidază. Acesta din urmă îndepărtează reziduurile aminoacizilor bazici terminali, completând transformarea. peptidă într-un hormon activ. La proteinele supuse proteolitice. activare, includ și proteinaze (, tripsina,), procolagen, proteine ale sistemului de coagulare a sângelui etc. În unele cazuri, formele inactive de enzime (zimogeni) sunt necesare pentru „conservarea” temporară a enzimelor. Deci, zimogenii tripsina și chimotripsina (respectiv, tripsinogen și chimotripsinogen) sunt sintetizați în pancreas, secretați în intestinul subțire și numai acolo sub acțiunea specificului. enzimele convertesc. în formă activă.

O gamă largă de proteine (miozină, actină, proteine ribozomale etc.) sunt metilate post-translațional la resturile de lizină, arginină și histidină (N-metilare), precum și la resturile de acid glutamic și aspartic (O-metilare). De obicei acționează ca un agent de metilare S-adenosilmetionină.

La unele eucariote În celule, mai mult de jumătate din proteinele p-rimy sunt acetilate la capătul N-terminal. Acest proces poate fi efectuat co- și post-traducțional (indicat în diagramă, respectiv. K. T. și P. T.), de exemplu:

HSCoA-coenzima A, AcCoA - acetil coenzima A, Met-metionina, Asp - acid aspartic

Pentru peptide care conțin de la 3 la 64 de resturi de aminoacizi și secretate în decomp. organe (, secretină etc.), găsite post-traducere. amidarea restului C-terminal (cu excepția resturilor terminale de arginină și asparagină).

Tipurile de modificări Nek-ry sunt caracteristice proteinelor separate sau grupurilor mici de proteine. În special, în colagen și mai multe. S-a descoperit că alte proteine cu secvențe de aminoacizi similare conțin 4- și 3-hidroxiprolină, precum și 5-hidroxilizină. Hidroxilarea reziduurilor de prolină și lizină are loc co-translațional și este importantă pentru formarea structurii unice a colagenului. Hidroxilizina este implicată în formarea legăturilor încrucișate covalente între lanțurile polipeptidice de colagen conform schemei:

Proteinele nucleare (histone, proteine non-histone) sunt supuse ribozilării adenozin difosfatului și ribozilării poliadenozin difosfatului, timp în care reziduurile de adenozin difosfat-tribozil sunt transferate de la coenzima nicotinamidă adenin dinucleotida (NAD) la proteinele acceptoare:

Aceste două districte sunt diferite în multe privințe. aspecte. În special, ribozilarea poliadenozin difosfat are loc în prezența unei zile. ADN. Majoritatea grupărilor ribozil de adenozin difosfat sunt atașate la proteine printr-o legătură ester formată din grupa OH din poziția 5" a restului de riboză și gruparea COOH a aminoacidului C-terminal sau acidului glutamic, situată în interiorul lanțului polipeptidic.

De mare importanță este reziduul de glutamină pentru - tu cu formarea de g-carboxiglutamină pentru - tu în precursorul protrombinei. Acest district este catalizat de o carboxilază K-dependentă localizată în membranele endoplasmatice. reticul. Un district similar are loc în timpul maturării anumitor alți factori de coagulare.

Lit.: Fundamentele biochimiei, trad. din engleză, vol. 1, M., 1981, p. 277-80; General, trad. din engleză, vol. 10, M., 1986, p. 543-70; Enzimologia modificării post-translaționale a proteinelor, v. 1, L.-N. Y., 1980; Biochimia glicoproteinelor și proteoglicanilor, N. Y.-L., 1980; biologie celulara. Un tratat cuprinzător, v. 4-Translation and the behavior of proteins, N. Y., 1980; Metode în enzimologie, v. 106, N.Y., 1984; Hurt E.G., Loon A.P.G.M. van, "Trends in Biochem. Sci.", 1986, v. 11, nr 5. n. 204-07. V. N. Luzikov.

Enciclopedie chimică. - M.: Enciclopedia Sovietică. Ed. I. L. Knunyants. 1988 .

Vedeți ce înseamnă „MODIFICAREA PROTEINEI” în alte dicționare:

- (Latina tardivă modificatio stabilirea unei măsuri, din latină modus măsură, aspect, imagine, proprietate tranzitorie și latină facio a face), transformare, îmbunătățire, modificare a ceva cu dobândirea de noi proprietăți. Modificări calitativ... Wikipedia

Modificarea post-translațională este modificarea chimică covalentă a unei proteine după sinteza acesteia pe ribozom. Pentru multe proteine, modificarea post-translațională este pasul final al biosintezei, care face parte din procesul ... ... Wikipedia

Endonucleaza EcoRV în complex cu un fragment de ADN scindat. Sistemul de modificare a restricției este un sistem enzimatic de bacterii care distruge ADN-ul străin care a intrat în celulă. Funcția sa principală este de a proteja celula de materialul genetic străin... Wikipedia

Acest termen are alte semnificații, vezi Proteine (sensuri). Proteinele (proteine, polipeptide) sunt substanțe organice cu molecul înalt, formate din alfa aminoacizi legați într-un lanț printr-o legătură peptidică. În organismele vii ... ... Wikipedia

Cristale din diferite proteine crescute pe stația spațială Mir și în timpul zborurilor navetei NASA. Proteinele foarte purificate formează cristale la temperatură scăzută, care sunt folosite pentru a obține un model al acestei proteine. Proteine (proteine, ... ... Wikipedia

Și alte organele membranare ale celulei eucariote ale aparatului Golgi (complex) structura membranei e ... Wikipedia

Aparatul Golgi și alte organite membranare ale unei celule eucariote

Lot; pl. (unitate de aminoacid, s; g.). Substanțe organice care combină proprietățile acizilor și bazelor (sunt elementul de construcție principal al tuturor proteinelor organismelor animale și vegetale). * * * Aminoacizii sunt o clasă de compuși organici,… … Dicţionar enciclopedic

În această etapă are loc formarea structurii terțiare și prelucrarea moleculei polipeptidice.

O moleculă de proteină polipeptidică sintetizată pe un ribozom poartă informații și se numește conformațional , adică ea suferă o transformare prelucrare ) într-un corp tridimensional strict definit care transportă deja informații funcționale.

Acest lucru este valabil pentru proteinele cu o funcție structurală, dar nu și pentru moleculele precursoare de proteine inactive din punct de vedere biologic. Activitatea lor funcțională se manifestă ca urmare a unor transformări numite postsintetice sau modificare post-traductivă . În procesul de sinteză, în compoziția sa pot fi incluși 20 de aminoacizi. După traducere, modificarea post-translațională extinde compoziția funcțională a proteinei:

Scindarea capătului N-terminal al formilmetioninei sau metioninei;

Scindarea peptidelor semnal;

Atașarea unui grup protetic;

Fosforilarea histonelor și a proteinelor cromatinei non-histone;

Metilarea radicalilor lizină și arginină;

Atașarea fragmentelor de oligozaharide la radicalii de asparagină, serină;

Alegerea structurii corecte a proteinei are loc cu participarea proteinelor - însoțitori . Regiunile hidrofobe de pe suprafața globului chaperon-70 interacționează cu regiunile hidrofobe ale lanțului sintetizat, protejându-l de interacțiunile incorecte cu alte proteine citosolice. Chaperonele-60 sunt implicate în corectarea structurii spațiale a unui lanț pliat incorect sau deteriorat.

Transportul proteinelor sintetizate prin membrane

La eucariote, ARNm este produs în nucleu și intră în ribozomul situat în citosolul celulei. Proteina sintetizată trece de la ribozom la citosol. Dacă nu este utilizat pentru nevoile celulei în sine, adică. se refera la proteinele exportate (secretate). , apoi este transportat prin membrana celulară cu ajutorul peptidelor cu greutate moleculară mică (15-30 reziduuri de aminoacizi) care conţin radicali hidrofobi. Aceasta este conducere sau peptide semnal . Secvențele de peptide semnal sunt formate în ribozomi de la capătul N-terminal în timpul sintezei proteinelor prin codoni semnal localizați imediat după cel inițiator și sunt recunoscuți de situsurile receptorului reticulului endoplasmatic. În membrană se formează un canal prin care peptida semnal pătrunde în cisterna reticulului endoplasmatic și trage împreună cu ea molecula de proteină sintetizată. Sub influenta peptidaza semnal Secvența semnal N-terminală este scindată, iar proteina iese din celulă prin aparatul Golgi sub forma unei vezicule secretoare.

Reglarea sintezei proteinelor

Concentrația multor proteine într-o celulă nu este constantă și se modifică în funcție de starea celulei și de condițiile externe. Acest lucru se întâmplă ca urmare a reglării ratelor de sinteza și degradare a proteinelor.

Genele- Segmente de ADN care codifică sinteza ARNt, ARNr, ARNm.

Se numesc genele care codifică pentru sinteza ARNm genele proteice .

Reglementarea transcripțională(formarea transcriptului primar) este cel mai comun mecanism de reglare a sintezei proteinelor.

Distinge două forme de reglementare – inducerea sintezei (reglementare pozitivă) și reprimarea sintezei (reglare negativă).

Concepte de inducție și represiune sugerează o modificare a ratei sintezei proteinelor în raport cu nivel inițial (bazal). .

Sinteza in stare bazala - sinteza constitutivă .

Dacă rata de sinteză a proteinelor constitutive este mare, atunci proteina este reglată prin mecanismul de reprimare a sintezei și, dimpotrivă, la o rată bazală scăzută, sinteza este indusă.

În aparatul genetic al celulei există operoane - Segmente de ADN care conțin gene structurale ale anumitor proteine și regiuni reglatoare.

Citirea codului genetic începe cu un promotor situat lângă gena operatorului.

Gena operatoră situat pe segmentul extrem al genei structurale. Fie interzice, fie permite replicarea ARNm la ADN.

La eucariote predomină mecanismele de reglare pozitive. Principalul punct de reglementare este stadiul inițierii transcripției. Elementele de reglare care stimulează transcripția se numesc amplificatori și suprimându-l - etanșare (amortitoare de zgomot) . Se pot asocia selectiv cu proteine reglatoare : amplificatori - cu proteine inductoare , amortizoare - cu proteine represoare .

Proteina represoare comunică între operon și gena reglatoare. Represorul se formează în ribozomii nucleului pe ARNm sintetizat pe gena regulatoare. Formează un complex cu gena operator și blochează sinteza ARNm și, în consecință, a proteinei. Represorul se poate lega de substanțe cu greutate moleculară mică - inductori sau efectori. După aceea, își pierde capacitatea de a se lega de gena operatorului, gena operatorului scapă de sub controlul genei regulatoare și începe sinteza ARNm.

în celulele de mamifere exista două tipuri de reglare a biosintezei proteinelor :

- termen scurt , asigurând adaptarea organismului la schimbările de mediu;

- de lunga durata, stabil , care determină diferențierea celulelor și compoziția proteică diferită a organelor și țesuturilor.

(din latină târzie modificatio-change) biogenic, apare după completare emisiuni acid ribonucleic de matrice, sau ARNm, (sinteza proteinelor pe o matrice de ARNm) sau până când este finalizată. În primul caz, M.b. numit post t și n s l a t i n o n y, în a doua - to o t r a n c l a t ion n o y. Se realizează datorită reacțiilor de decomp. grupuri funcționale de reziduuri acide, precum și legături peptidice și determină forma finală a moleculei proteice, activitatea sa fiziologică, stabilitatea și mișcarea în interiorul celulei.

Proteine extracelulare (secretate), precum și multe altele. proteine citoplasmatice. membrane şi compartimentele intracelulare (părți izolate ale celulei) suferă glicozilare, drept urmare glicoproteine. Naib. Lanțurile care conțin manoză atașate la polipeptide printr-o legătură N-glicozidică sunt organizate complex. Etapa inițială a formării unor astfel de lanțuri decurge co-translațional conform schemei:

Dol-dolichol (poliprenol), Dol-P-P-dolichol pirofosfat, Glc-glucoză, GlcNAc-N-acetil-D-glucozamină, Man-manoză

Aproape toate funcțiile. clasele de proteine extracelulare (enzime, hormoni, imunoglobuline etc.) contin legaturi disulfurice. Ele sunt formate din grupările cistenei SH într-un proces în mai multe etape care implică enzima disulfură izomeraza. Mean apare în stadiile sale incipiente. numărul de punți disulfură „greșite”, la secară sunt eliminate ca urmare a schimbului tiol-disulfură, în Krom, aparent, este implicată cistamina (H 2 NCH 2 CH 2 S) 2. Se presupune că o astfel de „enumerare” a conexiunilor are loc până cel mai mult. structură terțiară stabilă, în care punțile disulfurice sunt „îngropate” și, prin urmare, inaccesibile pentru reactivi.

ATP - trifosfat de adenozină, ADP - difosfat de adenozină, P - acid fosforic sau reziduul acestuia

Fosforilarea este însoțită de activarea sau inactivarea enzimelor, de exemplu. glicoziltransferazele, precum și o modificare a proprietăților fizico-chimice ale proteinelor neenzimatice. Fosforilarea reversibilă a proteinelor controlează, de exemplu, procese importante precum transcripția și translația, metabolismul lipidic, gluconeogeneza și contracția musculară.

Sunt cunoscuți precursori pentru o serie de hormoni (de exemplu, pentru gastrină, glucagon și insulină), la secară trec într-o formă activă prin divizarea unui lanț polipeptidic în locurile care conțin două rămășițe localizate consecutiv din principalii aminoacizi (arginina). și lizină). Clivajul se realizează cu participarea specificului. endopeptidaza care acţionează în ansamblu cu o a doua enzimă având activitate carboxipeptidază. Acesta din urmă îndepărtează reziduurile aminoacizilor bazici terminali, completând transformarea. peptidă într-un hormon activ. La proteinele supuse proteolitice. activare, includ și proteinaze (pepsină, tripsină, chimotripsină), albumine, procolagen, proteine din sistemul de coagulare a sângelui etc. În unele cazuri, formele inactive de enzime (zimogeni) sunt necesare pentru „conservarea” temporară a enzimelor. Deci, zimogenii tripsina și chimotripsina (respectiv, tripsinogen și chimotripsinogen) sunt sintetizați în pancreas, secretați în intestinul subțire și numai acolo sub acțiunea specificului. enzimele convertesc. în formă activă.

O gamă largă de proteine (histone, miozină, actină, proteine ribozomale etc.) sunt metilate post-translațional la resturile de lizină, arginină și histidină (N-metilare), precum și la resturile de acid glutamic și aspartic (O-metilare) . De obicei acționează ca un agent de metilare S-adenosilmetionină.

HSCoA-coenzima A, AcCoA - acetil coenzima A, Met-metionina, Asp - acid aspartic

Pentru peptide care conțin de la 3 la 64 de resturi de aminoacizi și secretate în decomp. organe (gastrină, secretină, colecistochinină etc.), s-au găsit posttraduceri. amidarea restului de aminoacid C-terminal (cu excepția resturilor terminale de arginină și asparagină).

De mare importanță este carboxilarea reziduurilor de glutamină la - tu cu formarea de g-carboxiglutamină la - tu în precursorul protrombinei. Această reacție este catalizată de o carboxilază dependentă de vitamina K, localizată în membranele endoplasmatice. reticul. O reacție similară are loc în timpul maturării anumitor alți factori de coagulare.

Lit.: Fundamentele biochimiei, trad. din engleză, vol. 1, M., 1981, p. 277-80; Chimie organică generală, trad. din engleză, vol. 10, M., 1986, p. 543-70; Enzimologia modificării post-translaționale a proteinelor, v. 1, L.-N. Y., 1980; Biochimia glicoproteinelor și proteoglicanilor, N. Y.-L., 1980; biologie celulara. Un tratat cuprinzător, v. 4-Translation and the behavior of proteins, N. Y., 1980; Metode în enzimologie, v. 106, N.Y., 1984; Hurt E.G., Loon A.P.G.M. van, "Trends in Biochem. Sci.", 1986, v. 11, nr 5. n. 204-07. V. N. Luzikov.

O monografie a unui cunoscut specialist indian în domeniul gerontologiei, dedicată modificărilor care apar odată cu îmbătrânirea în structura și funcțiile cromatinei, activitatea enzimatică, structura și sinteza colagenului, precum și activitatea sistemului imunitar și endocrin. De asemenea, sunt luate în considerare îmbătrânirea celulară și teoriile moderne ale îmbătrânirii.

Este destinat biologilor, biochimistilor, gerontologilor, geriatrilor.

Carte:

<<< Назад

Înainte >>>

Modificarea covalentă post-translațională are loc la grupele laterale ale resturilor de aminoacizi ale mai multor proteine. Proteinele cromozomiale, atât histonele, cât și NGP-urile, sunt sintetizate în citoplasmă și apoi transferate în nucleu, unde se leagă de ADN. Aceste proteine, în special histonele, suferă o varietate de modificări covalente post-translaționale: fosforilare, acetilare, metilare și ADPribosilare. Acetilarea reziduului de serină NH2-terminal al histonelor H1, H2A și H4 are loc în timpul translației și este o modificare stabilă. În citoplasmă au loc acetilarea resturilor interne de lizină ale histonelor H3 și H4 și fosforilarea resturilor interne de serină. Aceste histone trec apoi în nuclee și se leagă de ADN. Acetilarea lizinelor interne este reversibilă. În plus, modificarea reversibilă a resturilor de lizină are loc după legarea histonei de ADN. Prin modificări covalente de patru tipuri, compoziția ionică a histonelor și proprietățile lor sterice și, prin urmare, interacțiunea cu ADN-ul, se modifică (Fig. 2.4).

Orez. 2.4. Structura cromatinei, indicând situsurile de legare pentru histone și NGP-uri cu ADN. Sunt prezentate modificări covalente ale histonelor, în urma cărora legarea lor la ADN se modifică

Cu modificări precum fosforilarea și ADPribosilarea, numărul sarcinilor negative ale histonelor crește, iar acest lucru poate duce la separarea acestora de ADN, permițând transcripția sau replicarea acestuia. Când este acetilată, sarcina pozitivă totală a histonelor scade. Acest lucru poate duce și la separarea lor de ADN. În același timp, în timpul metilării, sarcina pozitivă a moleculelor de histonă poate crește, ceea ce duce la o legare mai puternică a acestora de ADN și, ca urmare, la suprimarea activității genelor. Aminoacizii specifici sunt supuși unor modificări specifice. Anumite modificări apar predominant în anumite histone și, de asemenea, în faze specifice ale ciclului celular și ale creșterii celulare. Astfel, este posibil ca modificările grupurilor laterale ale proteinelor cromozomiale să fie mecanismul de reglare fină a expresiei genelor. În tabel. 2.3 prezintă unele caracteristici ale acestor modificări.

Tabelul 2.3.Parametrii modificărilor covalente ale lanțurilor histonice

Fosforilarea

Fosforilarea proteinelor cromozomiale este o modificare postsintetică dependentă de energie. Apare atât în citoplasmă, cât și în nucleu. Ord și Stocken au demonstrat încorporarea 32P în histone in vivo. Mai recent, histona H1 s-a dovedit a fi mai fosforilată decât alte histone. Principalii centre de fosforilare prin protein kinaze specifice dependente de cAMP sunt grupurile laterale ale reziduurilor de serină și treonină ale histonelor și NGB-urilor. Resturile de lizină, histidină și arginină sunt fosforilate într-o mică măsură. Kinazele sunt prezente în fracția NGB a cromatinei. Histon kinazele specifice par să fie implicate în fosforilarea unor centri specifici. Din cromatina timusului bovin, a fost posibilă izolarea unei kinaze dependente de AMP care fosforilează un singur centru în histona H3. Defosforilarea acestor reziduuri este efectuată de fosfataze, care sunt prezente și în fracția NGB. S-a stabilit în mod sigur că fosforilarea și defosforilarea enzimelor sunt unul dintre principalele mecanisme de reglare a activității lor, deoarece aceste modificări, care provoacă modificări conformaționale, transferă enzimele dintr-o stare activă în una inactivă și invers. Cu astfel de modificări, apar modificări structurale în moleculele proteinelor cromozomiale, ceea ce poate duce la modificări funcționale ale cromatinei. Reacția de fosforilare-defosforilare a histonelor este prezentată mai jos:

Două tipuri de adaos de grupări fosfat au fost găsite în moleculele proteinelor cromozomiale. Una dintre ele, inclusiv legătura P-O, este caracteristică reziduurilor de serină și treonină, iar această legătură este rezistentă la acid. Al doilea tip include legătura P-N, care se formează în reziduuri de lizină, histidină și arginină. Această legătură este instabilă în medii acide.

Fosforilarea histonelor

Procesul de fosforilare - defosforilarea reziduurilor interne ale proteinelor cromozomiale are loc cu o viteză mare. Fosforilarea rapidă se observă nu numai în diviziune, ci și în celulele care nu se divizează după stimularea lor de către diverși efectori. Histona H1 este în principal supusă fosforilării, adică fosforilarea histonelor, aparent, nu afectează activitatea transcripțională a cromatinei.

Centrii de fosforilare a histonei H1 sunt diferiți în diferite etape ale ciclului celular. Ser-37 este fosforilat în faza G1, Ser-114 în fazele S și G2, Ser-180 în faza M. Aparent, acest lucru se datorează multiplicității kinazelor H1, fiecare dintre acestea fiind specifică. S-a demonstrat că celulele cu creștere rapidă conțin o histon kinază specifică care catalizează fosforilarea reziduurilor de treonină, dar nu Ser-37 și Ser-105. Când fosforilarea unuia dintre resturile Ser-37 și Ser-105 sau a ambelor, gradul de legare a histonei H1 la ADN este redus semnificativ. Astfel de diferențe în proprietățile diferiților centri de fosforilare pot explica rolul funcțional al histonei H1 în condensarea cromatinei. Când diferite site-uri sunt fosforilate, cromatina se decondensează în moduri diferite, ceea ce deschide diferite secțiuni de ADN.

S-a demonstrat că fosforilarea histonelor este asociată cu modificări ale structurii cromatinei, în special în timpul mitozei. O rată mare de fosforilare este observată în timpul mitozei celulelor ovarelor de hamster chinezesc. Aceleași modificări sunt observate în celulele HeLa. Centrii de fosforilare a histonei H1 în timpul mitozei (Him) diferă de centrii în timpul interfazei (NI). S-a propus că fosforilarea histonei H1 este necesară pentru condensarea cromatinei de interfază în cromozomi. Acest lucru este în concordanță cu datele care arată că histona H1 triplu fosforilată se leagă de ADN mai puternic decât cea defosforilată. În ciuperca lipicioasă Prysarum polycephalum fosforilarea histonei H1 crește la mijlocul fazei G 2 și crește brusc până la profază. Defosforilarea are loc în ultima etapă a mitozei.

Fosforilarea diferiților centri este de asemenea observată în histona H3, dar nu se găsește în histonele H2A, H2B și H4. În studiile detaliate ale fosforilării histonelor H1 și H3 din ovarul de hamster chinezesc în timpul mitozei, s-a arătat că în majoritatea celulelor eucariote, 2-4 centri din histona H1 sunt fosforilați în faza S și centri adiționali în timpul mitozei (M). Centrii de fosforilare din fazele S și M par a fi independenți. Mai mult, acești centri sunt diferiți de cei implicați în răspunsul la acțiunea hormonului. În stadiile incipiente ale preprofazei, când începe agregarea cromatinei, histona H1 are 1-3 grupe fosfat pe moleculă, iar histona H3 nu este fosforilată. În timpul prometa- și anafazei, când cromatina se agregează, toate moleculele de histonă H1, precum și H3 sunt superfosforilate și au 3-6 grupări fosfat pe moleculă. Acest lucru se poate datora unei creșteri de 6-10 ori a conținutului de ATP-histone fosfotransferaze specifice în celulele mitotice. Datorită superfosforilării, fibrilele de cromatină sunt capabile să se răsucească în superbobine. În telofază, când cromatina este dezagregată, ambele histone, H1 și H3, sunt defosforilate. Când celulele intră în faza G1, histona H1 este complet defosforilată. Astfel, superfosforilarea histonelor H1m și fosforilarea histonelor H3 sunt evenimente mitotice care apar numai atunci când cromozomii sunt complet condensați. Prin urmare, condensarea cromatinei în timpul mitozei necesită un grad ridicat de fosforilare a histonelor H1 și H3, în timp ce defosforilarea limitează acest proces în interfaza. Surprinzător este însă faptul că la un grad ridicat de fosforilare, când s-ar părea că complexul de histone H1 și H3 ar trebui să se disocieze de ADN din cauza creșterii sarcinilor negative asupra acestora, se observă o creștere a condensării. Sunt necesare cercetări suplimentare pentru a elucida mecanismul fundamental prin care au loc condensarea și decondensarea cromozomilor. În ficatul de șobolan în dezvoltare, fosforilarea histonei H1 este semnificativă, dar este neglijabilă în ficatul animalelor adulte. Cu toate acestea, fosforilarea este crescută atunci când celulele hepatice se divid după hepatectomie parțială. S-a demonstrat că în aceste condiții raportul dintre numărul de legături P-O și P-N din ficat se modifică. Legăturile P-N se găsesc în principal în histonele H1 și H4. Conținutul de Hl-kinază nu se modifică în timpul ciclului celular, dar cantitatea de H4-kinază crește în timpul sintezei ADN-ului. Histona H4 este, de asemenea, fosforilată maxim în faza S; să presupunem că reziduurile de histidină sunt centrele de atac. Astfel, ca urmare a fosforilării, histona H4 poate fi separată de ADN, ceea ce favorizează replicarea acestuia. Din aceasta, se poate concluziona că fosforilarea histonelor este necesară pentru replicarea ADN-ului, urmată de diviziunea celulară. S-a demonstrat că transcripția nucleozomilor izolați din ficat de șobolan este îmbunătățită după fosforilare. Histonele H1 fosforilate și nefosforilate diferă unele de altele prin capacitatea lor de a suprima activitatea matricei cromatinei. S-a descoperit că histonele fosforilate au o conformație alterată folosind metoda dicroismului circular. Acest lucru poate explica faptul că histonele modificate provoacă deprimarea cromatinei.

Histona H5 este, de asemenea, supusă fosforilării. În eritrocitele aviare, histona H5 este fosforilată la scurt timp după sinteza sa și apoi defosforilată pe măsură ce celula se maturizează. Spre deosebire de alte histone, histona H5 este defosforilată în timpul perioadei de inactivare a genomului și de condensare a cromozomilor. Histona fosforilată H5 nu este la fel de eficientă în inducerea unei modificări a conformației ADN-ului ca forma sa defosforilată. Reziduurile fosforilate (serie) se găsesc în zonele histonei H5 care sunt puternic bazice și asociate cu ADN-ul. 50% dintre fosfați sunt în regiunea 1-28, iar restul sunt în regiunea 100-200. În timpul procesului de spermatogeneză la unele specii de mamifere, protaminele suferă fosforilare-defosforilare, ceea ce pare a fi necesar pentru ambalarea ADN-ului.

Fosforilarea NGB

NGB-urile sunt foarte fosforilate și conțin atât legături P-O, cât și P-N. Se crede că fosforilarea lor este catalizată de alte kinaze decât cele care catalizează fosforilarea histonelor. Esențial pentru fosforilare este conținutul de protein kinaze și cAMP. Calcitonina stimulează fosforilarea NHP-urilor celulelor osoase în cultură, în special proteinele cu greutate moleculară mică (10.000-45.000), dar inhibă fosforilarea NHP-urilor cu greutate moleculară mare. În același timp, hormonul paratiroidian stimulează fosforilarea NGP cu o greutate moleculară mare. Astfel, doi hormoni peptidici care afectează metabolismul calciului în moduri opuse își pot realiza acțiunea cu ajutorul NHP-urilor fosforilate. Hormonii steroizi induc, de asemenea, fosforilarea NHP.

Fosforilarea NGB-urilor depinde de tipul de celule și de starea lor fiziologică. Viteza acestui proces variază în celulele HeLa sincronizate in vitro, cea mai mare rată fiind observată în fazele G1 și S. Când celulele LC în repaus încep să prolifereze rapid, unul dintre cele mai timpurii evenimente este fosforilarea NHPs. Când poliaminele, spermina și spermidina sunt adăugate la nucleele celulelor hepatice de șobolan, activitatea proteinei kinazei nucleare crește de 2-3 ori, iar rata de fosforilare a NGB este de multe ori mai mare. La Physarlum poliaminele stimulează fosforilarea mai multor NGP unice.

Spre deosebire de histonele fosforilate, care influențează structura cromatinei, NHP-urile fosforilate sunt implicate în expresia genelor. NHP-urile fosforilate ale celulelor HeLa în faza G1 stimulează transcrierea genelor histonelor în faza G1, deși aceste gene sunt inactive în această fază. NGP-urile fosforilate cresc transcripția, în timp ce cele defosforilate o scad. Mecanismul acestui efect constă probabil în interacțiunea directă a proteinelor cu ADN-ul. Această concluzie rezultă din următoarele observații: NGB-urile au abilități diferite de fosforilare, modul în care sunt fosforilate depinde de tipul de țesut; cu modificări în fosforilarea lor, structura cromatinei și activitatea genelor se schimbă, iar NGP-urile fosforilate se leagă în mod specific de ADN. NGB ale celulelor carcinomului mamar în stadiul de creștere dependentă de hormoni și în timpul regresiei sunt fosforilate diferit. Când cromatina fibroblastului uman W1-38 este remodelată din ADN și NGP-uri nefosforilate sau fosforilate, rata de transcripție este mult mai mare în ultimul caz.

Acetilarea

Există un raport al prezenței grupărilor acetil în histone. Acetilarea histonelor în nuclee izolate a fost descrisă pentru prima dată de Allfrey și colab. În histone s-au găsit două tipuri de resturi de aminoacizi acetilate: a) seria NH2-terminală a histonelor H1, H2A și H4 este acetilată la N-acetilserina; este o modificare postsintetică ireversibilă catalizată de o enzimă conținută în citosol; b) reziduurile interne de lizină acetilate se formează ca urmare a unei reacții postsintetice care are loc în citosol și în nucleu după ce histonele se deplasează din citosol în nucleu și se leagă de ADN. Acetilarea reziduurilor interne din histona H1 este fie nesemnificativă, fie absentă. Un centru este acetilat în histona H2A și patru centri în fiecare dintre histonele H2B, H3 și H4. Acetilarea reziduurilor de lizină este catalizată de acetiltransferază, care este o componentă a NGB. Grupele p-NH2 de reziduuri interne de lizină situate la capetele NH2 ale jumătate din histone sunt acetilate pentru a forma p-N-acetilizină şi o moleculă poate conţine până la patru grupări acetil. Aceasta este o reacție dependentă de energie în care sursa grupării acetil este acetil-CoA. Deacetilarea este catalizată de deacetilază, care este prezentă și în cromatină. Schema de reacție este prezentată mai jos:

Resturile interne de lizină 9, 14, 18 și 23 ale histonei H3 și 5, 8, 12 și 16 ale histonei H4 sunt acetilate. Aceste reziduuri sunt localizate în regiunea NH2-terminală a lanțului polipeptidic, care este puternic bazică și interacționează cu grupările acide ale ADN-ului. Histonele acetilate se leagă de ADN mai puțin eficient decât cele deacetilate. Acetilarea reziduurilor interne de lizină este un proces reversibil și are loc foarte rapid într-o varietate de condiții. Timpul de înjumătățire al reacției de acetilare este foarte scurt, doar aproximativ 3 min. Două histon acetiltransferaze au fost izolate având pH optime diferite. Acetilarea este inhibată de ionii Mn 2+. Acest fapt pare a fi important, deoarece cationii divalenți sunt necesari pentru funcționarea ARN polimerazei dependente de ADN. cAMP, care afectează fosforilarea, nu afectează acetilarea. Rata maximă de acetilare este atinsă în interfază; pe măsură ce celulele intră în mitoză, aceasta scade. Viteza minimă de reacție se observă în profază și metafază, când cromozomii sunt cel mai condensați. Pe măsură ce celulele intră în telofază și cromozomii cresc în dimensiune, viteza de acetilare a histonei H4 crește. Sinteza minimă de ARN se observă în profază și metafază, când cromozomii sunt puternic condensați. Este important ca acetilarea histonei H4 să fie, de asemenea, minimă tocmai în aceste două faze ale ciclului celular. Acetilarea histonelor H3 și H4 în eritroblastele aviare scade pe măsură ce se dezvoltă în eritrocite mature, în care cromatina este foarte condensată și inactivă fie în transcripție, fie în replicare. Astfel, deacetilarea histonelor se corelează cu inhibarea transcripției și invers, acetilarea stimulează transcripția. Deoarece histonele nucleozomale sunt acetilate pentru a le scădea sarcina pozitivă, ele pot fi separate de ADN, făcând ADN-ul disponibil pentru transcripție.

Dacă cromatina este deproteinizată, atunci transcripția ei este îmbunătățită. S-a demonstrat că atunci când sinteza ARN este stimulată în limfocite de către mitogeni, în țesuturile țintă de către hormoni și în ficat, acetilarea histonelor are loc mai întâi după hepatectomia parțială. Ca urmare a acetilării histonelor nucleozomale, transcripția cromatinei timusului de vițel este îmbunătățită. Dacă histonele H2A și H2B sunt adăugate la ADN-ul lipsit de cromatină, atunci transcripția este suprimată. Totuși, dacă aceste două histone sunt apoi acetilate, atunci represiunea se oprește. Acetilarea histonelor H3 și H4 stimulează, de asemenea, transcripția. S-a demonstrat că acetilarea precede o creștere a sintezei ARN. Acetilarea histonelor are loc nu numai în diviziune, ci și în celulele care nu se divizează, în care o parte semnificativă a cromatinei este inactivă în ceea ce privește transcripția. Acetilarea histonelor stimulează alungirea lanțului în timpul transcripției. Este posibil ca transcrierea genelor care sunt în mod specific „activate” de către efectori să fie controlată de gradul de acetilare a histonei și/sau a NGP.

Concluziile de mai sus sunt confirmate de următoarele fapte. Heterocromatina ciliată inactivă din punct de vedere transcripțional are un grad scăzut de acetilare, în timp ce eucromatina este activă din punct de vedere transcripțional și foarte acetilată. Macronuclei activi din punct de vedere transcripțional Tetrahymena pyriformis conțin histone acetilate, în timp ce micronucleii reprimați nu. Cromozomii materni activi ai coșniței conțin semnificativ mai multe grupe acetil decât cromozomii paterni inactivi. În studiile efectuate pe celule Drosophilaîn cultură, s-a demonstrat că 14C-acetatul este inclus în principal în histonele H3, H4 și H2B, iar 32P-fosfatul este inclus în histonele H1, H3 și H4. Cel mai mare conținut de 14 C-acetat și 32 P este observat în histona H3. Când regiunile cromatinei active în matrice și inactive ale matricei au fost separate după digestia cu ADNază II, s-a constatat că primele conțin mai multe dintre ambele mărci (14 C și 32 P). Aceste date susțin sugestia că diferențele dintre regiunile cromatinei transcrise și netranscrise se datorează parțial modificărilor specifice histonelor la anumite loci.

Gradul de acetilare a histonelor din celulele testiculelor de păstrăv a fost studiat prin incubarea acestora cu 14 C-acetat. Histonele H2A, H2B și H3 sunt acetilate într-o singură poziție, în timp ce histona H4 este acetilată în una, două, trei și patru poziții. Când nucleozomii obținuți după acetilare au fost tratați cu tripsină, regiunile NH2-terminale a patru histone care conțineau reziduuri de lizină și asociate cu ADN-ul au fost îndepărtate. Aceste reziduuri de lizină au fost doar acetilate. Dacă nucleozomii sunt apoi scindați cu nuclează, atunci fragmentele de ADN sunt eliberate, de obicei în prezența regiunilor NH2-terminale rezistente la nuclează. Acetilarea duce la o creștere a ratei de scindare a cromatinei de către DNaza I. Cromatina care conține histone foarte acetilate este mai ușor scindată de DNaza I, dar nu de nucleaza micrococică. Când cromatina testiculară de păstrăv a fost digerată cu DNază II, s-a obținut o fracție activă din punct de vedere transcripțional care conține histonă H4 foarte acetilată. Histonele H3 și H4 ale celulelor HeLa sunt puternic acetilate atunci când sunt crescute în butirat. ADN-ul nucleozomal al unor astfel de celule este hidrolizat de DNaza I de 5-10 ori mai repede. În acest caz, ADN-ul este scindat în mod specific într-un loc unde, în condiții normale, nu are loc o rupere. S-a demonstrat, de asemenea, că ADNza I scindează preferenţial ADN-ul în acele regiuni ale cromatinei care sunt puternic acetilate. Aparent, nucleozomii din aceste regiuni suferă modificări conformaționale după acetilare. Deoarece astfel de modificări sunt necesare pentru ca ARN și ADN polimerazele să folosească ADN-ul ca șablon, este posibil ca acetilarea să fie una dintre ele. moduri prin care histonele sunt parțial separate de ADN, făcându-l pe acesta din urmă disponibil pentru enzime. Astfel, acetilarea este importantă atât pentru funcționarea cromatinei, cât și pentru structura și conformația acesteia. S-a sugerat că histona H4 se leagă de ADN printr-un mecanism, în primele etape ale căruia are loc acetilarea. Apoi, poate avea loc deacetilarea, ducând la interacțiuni electrostatice care fixează conformația. La spermida de arici de mare, care nu sintetizează ARN-ul, histona H4 este complet deacetilata, în timp ce la embrion, unde se observă activitate genică mare, este acetilată. Astfel, există o corelație directă între acetilarea histonei H4 și activitatea cromatinei.

Studiul rolului acetilării histonelor în funcționarea cromatinei a fost facilitat de descoperirea faptului că în prezența butiratului această modificare este îmbunătățită și histonele H3 și H4 sunt în mod specific hiperacetilate, deoarece butiratul inhibă histon deacetilaza. Butiratul inhibă deacetilaza histonă H3 și H4 preferenţial endogene, în timp ce nu afectează viteza de acetilare. Aparent, histon deacetilaza poate juca un rol important în controlul metabolic al acetilării. Când histonele sunt hiperacetilate, ADN-ul asociat cu acestea în celulele HeLa devine mai accesibil ADNazei I, dar nu și nucleazei stafilococice. DNaza I promovează, de asemenea, eliminarea histonelor H3 și H4 din complex. Simultan, sinteza ADN-ului este inhibata. Se poate presupune că acetilarea histonelor este necesară în mod specific pentru transcripție și nu este necesară pentru replicare. Spre deosebire de fosforilarea, care este caracteristică histonei H1 și numai celulelor în diviziune, acetalizarea are loc în principal în histonele H3 și H4 și în celulele în diviziune și nedivizoare care sunt active metabolic. Acest lucru confirmă presupunerea că acetilarea histonelor nucleozomale joacă un rol important în transcripție. Se cunosc foarte puține lucruri despre acetilarea NGB; o lucrare raportează că proteinele HMG din nucleele timusului de vițel și eritrocitele de rață sunt acetilate.

Metilarea

Metilarea histonelor este o modificare ireversibilă post-sintetică care este catalizată de histona metiltransferaza III prezentă în fracția NGB a cromatinei. Această modificare a fost descoperită pentru prima dată de Alfrey și colab. Histone metiltransferaza III catalizează tranziția grupării CH3 de la S-adenosilmetionină la gruparea α-NH2 a restului de lizină, după cum se arată mai jos:

Această modificare a histonelor are loc după legarea lor de ADN. Grupările metil histonelor, spre deosebire de grupările fosforil și acetil, nu intră în reacții ulterioare. Ca rezultat, metilarea este un proces stabil. Enzima citoplasmatică metilaza I metilează arginina înainte ca histona să intre în nucleu. NGB-urile sunt metilate de o enzimă specială. Una, două sau trei grupări metil pot fi legate la atomul restului de a-N-lizină, care sunt introduse secvenţial de către aceeaşi enzimă. Prin urmare, reziduurile de metilizină pot fi mono-, di- sau trimetillizină. Histonele H3 și H4 sunt în principal metilate. În histona H3, raportul dintre mono-, di- și trimetillizine este 1,8:1,0:0,45. În histona H4, raportul dintre mono- și dimetillizină este de 0,7:1,0. Astfel, histona H3 este mai metilata decât histona H4. Histonele purificate, spre deosebire de histonele legate de cromatină, sunt substraturi nepotrivite pentru metilare. Histonele metilate H3 și H4 după izolare pot fi metilate în continuare în centre diferite de cele la care are loc reacția pentru histonele asociate cu cromatina. Evident, acești centri suplimentari sunt inaccesibili pentru metilare din cauza unei conformații specifice în cromatina. Metilizinele sunt situate în apropierea lizinelor acetilate.

Metilarea histonelor H3 și H4 are loc numai în regiunea NH2 -terminală. Histone H3 din timusul vițelului este metilat la Lys-9 și Lys-27, iar histona H4 este metilat la Lys-20. Ambele lizine din histona H3 pot fi mono-, di- și trimetilate, dar trimetillizina nu se formează în histona H4. Histona H3 are un centru suplimentar de metilare - Lys-4. Centrii de metilare a histonelor H3 și H4, precum și secvențele lor de aminoacizi, sunt extrem de conservate. Km și V max pentru metilarea histonelor H3 și H4 sunt diferite. S-adenosilhomocisteina, un produs de reacție catalizat de metiltransferaza III, este un inhibitor de substrat competitiv.

Metilarea histonelor în celulele HeLa are loc în principal în faza S. În cultura de țesut, metilarea are loc pe tot parcursul ciclului celular, dar rata maximă este observată între fazele S și G2 înainte de debutul mitozei. Posibil, metilarea este necesară pentru a pregăti cromatina pentru mitoză. În urma hepatectomiei parțiale, metilarea histonelor are loc în perioada importantă post-faza S pentru celulă. Gradul de metilare al histonelor H3 și H4 pare să fie același în toate organele, dar se modifică odată cu vârsta. La șobolanii în vârstă de zece zile, raportul molar al mono-, di- și trimetillizinelor din histona H3 este 0,55:1,0:0,35. Raportul molar al mono- și dimetillizinelor din histona H4 la aceeași vârstă este 0,1:0,9. Odată cu creșterea în vârstă, există o schimbare treptată către forme mai metilate. Histonele H3 și H4 din creierul șobolanilor adulți nu sunt actualizate, la fel cum grupările lor metil nu sunt actualizate, indiferent de lanțurile polipeptidice. Honda și colab. au arătat că metilarea histonelor este ireversibilă și în alte țesuturi. Când șobolanii tineri au fost injectați cu lizină și metionină marcate, s-au găsit cantități semnificative din fiecare etichetă în histonele creierului. Cu toate acestea, doar urme ale acestor semne au fost găsite la adulți. Dacă nucleele din celulele creierului de șobolani adulți sunt incubate cu S-adenosilmetionină, atunci nici o singură grupare metil nu este inclusă în histonele H3 și H4. Aceste rezultate indică faptul că metilarea histonelor se termină înainte de maturitate. Histonele metilate pot avea mai multe funcții. 1) În timpul metilării resturilor de lizină, în special, în timpul formării trifenilizinelor, pK al grupului α-NH2 a lizinei crește și bazicitatea histonelor crește. Acest lucru poate crește legarea histonelor de ADN. 2) Metilarea histonelor H3 și H4 poate juca un rol important în structura nucleozomilor. 3) Histonele metilate pot „bloca” ireversibil ADN-ul și pot preveni replicarea. Poate că asta explică tranziția celulelor la starea postmitotică. 4) Histonele metilate pot inhiba transcripția. Sunt necesare studii suplimentare pentru a evalua rolul metilării histonelor în structura și funcțiile cromatinei.

ADPribosilare

Există rapoarte că poli-ADPriboza se leagă covalent de proteinele nucleare. S-a dovedit că această reacție este catalizată de polimeraza poli-ADPriboză asociată cromatinei. Molecula de enzimă din timusul bovin constă dintr-un lanț polipeptidic cu un mol. cântărind 130.000; această enzimă este pe deplin activă numai în prezența ADN-ului. Este asociat cu regiunea internucleozomală a cromatinei și pare să promoveze formarea structurilor cromatinei de ordin superior. Substratul în această reacție este NAD+. Enzima este inhibată de nicotinamidă, timidină, citokinine și metilxantină. Histona H1 și, într-o oarecare măsură, histona H2B suferă ADPribosilare atât in vivo, cât și in vitro. Alte histone nucleozomale din ficatul de șobolan sunt modificate extrem de slab, dacă nu sunt deloc. Locul de ADPribosilare în histona H1 nu a fost încă identificat în mod concludent. S-a sugerat că este atașat cu eter de glutamat. Cu ajutorul unei enzime, de la două până la unsprezece molecule de ADPriboză sunt introduse secvenţial în histonă. Prezența lanțurilor ramificate cu 65 de reziduuri de ADPriboză a fost raportată în nucleele celulelor hepatice de șobolan. Modificarea pare să decurgă astfel:

Fosforilarea serinei interferează cu ADPribosilarea. Seria poate fi și ADPribosilată. Histone H 6 (proteina HMG a spermei de păstrăv), protaminele și unele componente NGP sunt, de asemenea, ADPribosilate. Legătura cu ADPriboză este instabilă într-un mediu alcalin. Poli(ADPriboza)glicohidrolaza scindează polimerul din histonă. Histonele ADPribosilate sunt mai ușor separate de cromatină decât alte histone modificate. Aparent, legarea histonelor de ADN slăbește după ADPribosilare. Acest lucru se datorează unei creșteri a sarcinilor negative ale histonelor și, în plus, datorită dimensiunii mari a moleculei, care este capabilă să deformeze structura cromatinei. Funcția polimerilor ADPriboze, care se atașează covalent nu numai la histone, ci și la HBs, nu a fost încă stabilită. Se presupune că sunt implicați în sinteza și repararea ADN-ului, în formarea structurii cromozomilor și în diferențierea celulară. Conținutul de polimerază ADPriboză crește de 3-4 ori în faza G1 și în procesul de diferențiere a celulelor de eritroleucemie de șoarece. În celulele HeLa, cea mai intensă poli-ADPribosilare se observă în faza G1, iar cea mai slabă - în faza S. Ca urmare a ADPribosilării, proteinele nucleare pot fi separate de ADN, ceea ce favorizează replicarea acestuia în faza S. Astfel, modificarea în cauză poate fi necesară pentru replicarea ADN-ului. Acest lucru este susținut de faptul că sinteza ADN-ului în nucleele izolate din ficatul de pui crește după ADPribosilare.

Poliaminele spermină, spermidină și putrescina stimulează ADPribosilarea proteinelor nucleare în această ordine. Mn 2+ are de asemenea un efect stimulant. ADPribosilarea histonelor H1 în celulele HeLa crește de aproape 3 ori în prezența poliaminelor. Spermina stimulează ADPribosilarea celulelor NGB în cultură, iar Mn2+ stimulează ADPribosilarea histonelor. Dacă atât spermina, cât și Mn2+ sunt prezente în mediul de incubație, atunci NGB-urile sunt modificate într-o măsură mai mare decât histonele. Astfel, poliaminele și ionii metalici par să aibă un efect de reglare asupra ADPribosilării proteinelor nucleare.

Rezumând, putem spune că modificările covalente ale proteinelor cromozomiale, în special histonelor, pot avea un efect semnificativ asupra structurii și funcțiilor cromatinei. Principalele caracteristici ale reacțiilor de modificare sunt prezentate în fig. 2.4 și sunt după cum urmează. 1) Fosforilarea și ADPribosilarea apar în principal în histona H1, în timp ce acetilarea și metilarea apar în histonele nucleozomale. 2) Fosforilarea, ADPribosilarea și acetilarea duc la o scădere a sarcinii pozitive generale a histonelor și la separarea acestora de ADN, în timp ce metilarea duce la creșterea sarcinii pozitive, ceea ce face legătura cu ADN-ul mai puternică. 3) Histonele pot suferi toate aceste modificări în același timp, ceea ce duce la modificări semnificative ale structurii lor ionice. 4) Fosforilarea este, evident, un fenomen general: este mai puțin specifică decât alte modificări și are loc în divizarea celulelor de-a lungul întregului ciclu celular. Aparent, fosforilarea este necesară pentru replicarea ADN-ului și diviziunea celulară. Celelalte trei modificări sunt probabil mai specifice. Acetilarea are loc în principal în celulele active metabolic și pare să fie implicată în procesul de transcripție. Metilarea, fiind un proces ireversibil, poate fi importantă pentru reprimarea activității genelor și pentru diferențiere. 5) Toate aceste modificări sunt modulate în mod specific de efectori endogeni speciali, inclusiv hormoni. Modificările specifice și diferențiale ale proteinelor cromozomiale pot apărea în diferite perioade ale vieții și pot duce la expresia selectivă a genelor.

În timp ce o cantitate semnificativă de date a fost acumulată cu privire la modificările covalente ale histonelor, se știe relativ puțin despre astfel de modificări ale NGP. Informațiile despre ratele și secvența defosforilării, deacetilării și de-ADPribosilării sunt, de asemenea, limitate.

<<< Назад

Înainte >>>

Portal pentru student. Autoinstruire

Vedeți ce înseamnă „MODIFICAREA PROTEINEI” în alte dicționare:

Carte:

ARTICOLE SIMILARE