Jump to content

Посттрансляционная модификация

(Перенаправлено из расщепления белка )
Посттрансляционная модификация инсулина . Вверху рибосома транслирует последовательность мРНК в белок, инсулин и проходит белок через эндоплазматический ретикулум , где он разрезается, сложен и удерживается в форме дисульфидными (-с-) связями. Затем белок проходит через аппарат Гольджи , где он упакован в везикул. В пузырьке больше деталей отрезано, и оно превращается в зрелый инсулин.

В молекулярной биологии посттрансляционная модификация ( PTM ) является ковалентным процессом изменения белков после биосинтеза белка . ПТМ могут включать ферменты или происходить спонтанно. Белки создаются рибосомами , которые транслируют мРНК в полипептидные цепи , которые затем могут измениться, образуя зрелый белковый продукт. ПТМ являются важными компонентами в передаче сигналов ячейки , например, когда прогормоны преобразуются в гормоны .

Посттрансляционные модификации могут происходить на аминокислотных боковых цепях терминине белка или на C- или N- . [ 1 ] Они могут расширить химический набор из 22 аминокислот , изменив существующую функциональную группу или добавив новую, такую ​​как фосфат. Фосфорилирование очень эффективно для контроля активности фермента и является наиболее распространенным изменением после трансляции. [ 2 ] Многие эукариотические и прокариотические белки также имеют углеводные молекулы, прикрепленные к ним в процессе, называемом гликозилированием , который может способствовать складыванию белков и улучшать стабильность, а также служить регуляторными функциями. Прикрепление липидных молекул, известных как липидация , часто нацелено на белок или часть белка, прикрепленного к клеточной мембране .

Другие формы посттрансляционной модификации состоят из расщепления пептидных связей , как при обработке пропептида в зрелую форму или удалении остатка метионина инициатора . Образование дисульфидных связей из остатков цистеина также может быть названа посттрансляционной модификацией. [ 3 ] Например, пептидного гормона инсулин вырезается дважды после образования дисульфидных связей, а пропептид удаляется из середины цепи; Полученный белок состоит из двух полипептидных цепей, соединенных дисульфидными связями.

Некоторые типы посттрансляционной модификации являются последствиями окислительного стресса . Карбонилирование является одним из примеров, который нацелен на модифицированный белок для деградации и может привести к образованию белковых агрегатов. [ 4 ] [ 5 ] Специфические аминокислотные модификации могут быть использованы в качестве биомаркеров, указывающих на окислительное повреждение. [ 6 ]

Сайты, которые часто подвергаются посттрансляционной модификации,-это те, которые имеют функциональную группу, которая может служить нуклеофилом в реакции: гидроксильные группы серина , треонина и тирозина ; аминные формы лизина , аргинина и гистидина ; Тиолатный анион цистеина ; карбоксилаты аспартата и глутамата ; и N- и C-конце. Кроме того, хотя является слабым амид аспарагина нуклеофилом, он может служить точкой прикрепления для гликанов . Рядные модификации могут происходить в окисленных метионинах и в некоторых метиленовых группах в боковых цепях. [ 7 ]

Посттрансляционная модификация белков может быть экспериментально обнаружена различными методами, включая масс-спектрометрию , восточную блоттингу и вестерн-блоттинг . Дополнительные методы предоставляются в разделе #External Links .

PTM, включающие добавление функциональных групп

[ редактировать ]

Дополнение ферментом in vivo

[ редактировать ]

Гидрофобные группы для локализации мембраны

[ редактировать ]

Кофакторы для усиленной ферментативной активности

[ редактировать ]

Модификации факторов перевода

[ редактировать ]

Меньшие химические группы

[ редактировать ]

Non-enzymatic modifications in vivo

[edit]

Examples of non-enzymatic PTMs are glycation, glycoxidation, nitrosylation, oxidation, succination, and lipoxidation.[15]

Non-enzymatic additions in vitro

[edit]
  • biotinylation: covalent attachment of a biotin moiety using a biotinylation reagent, typically for the purpose of labeling a protein.
  • carbamylation: the addition of Isocyanic acid to a protein's N-terminus or the side-chain of Lys or Cys residues, typically resulting from exposure to urea solutions.[18]
  • oxidation: addition of one or more Oxygen atoms to a susceptible side-chain, principally of Met, Trp, His or Cys residues. Formation of disulfide bonds between Cys residues.
  • pegylation: covalent attachment of polyethylene glycol (PEG) using a pegylation reagent, typically to the N-terminus or the side-chains of Lys residues. Pegylation is used to improve the efficacy of protein pharmaceuticals.

Conjugation with other proteins or peptides

[edit]

Chemical modification of amino acids

[edit]

Structural changes

[edit]

Statistics

[edit]

Common PTMs by frequency

[edit]

In 2011, statistics of each post-translational modification experimentally and putatively detected have been compiled using proteome-wide information from the Swiss-Prot database.[24] The 10 most common experimentally found modifications were as follows:[25]

Frequency Modification
58383 Phosphorylation
6751 Acetylation
5526 N-linked glycosylation
2844 Amidation
1619 Hydroxylation
1523 Methylation
1133 O-linked glycosylation
878 Ubiquitylation
826 Pyrrolidone carboxylic acid
504 Sulfation

Common PTMs by residue

[edit]

Some common post-translational modifications to specific amino-acid residues are shown below. Modifications occur on the side-chain unless indicated otherwise.

Amino Acid Abbrev. Modification
Alanine Ala or A N-acetylation (N-terminus)
Arginine Arg or R deimination to citrulline, methylation
Asparagine Asn or N deamidation to Asp or iso(Asp), N-linked glycosylation, spontaneous isopeptide bond formation
Aspartic acid Asp or D isomerization to isoaspartic acid, spontaneous isopeptide bond formation
Cysteine Cys or C disulfide-bond formation, oxidation to sulfenic, sulfinic or sulfonic acid, palmitoylation, N-acetylation (N-terminus), S-nitrosylation
Glutamine Gln or Q cyclization to pyroglutamic acid (N-terminus), deamidation to Glutamic acid or isopeptide bond formation to a lysine by a transglutaminase
Glutamic acid Glu or E cyclization to Pyroglutamic acid (N-terminus), gamma-carboxylation
Glycine Gly or G N-Myristoylation (N-terminus), N-acetylation (N-terminus)
Histidine His or H Phosphorylation
Isoleucine Ile or I
Leucine Leu or L
Lysine Lys or K acetylation, ubiquitylation, SUMOylation, methylation, hydroxylation leading to allysine, spontaneous isopeptide bond formation
Methionine Met or M N-acetylation (N-terminus), N-linked Ubiquitination, oxidation to sulfoxide or sulfone
Phenylalanine Phe or F
Proline Pro or P hydroxylation
Serine Ser or S Phosphorylation, O-linked glycosylation, N-acetylation (N-terminus)
Threonine Thr or T Phosphorylation, O-linked glycosylation, N-acetylation (N-terminus)
Tryptophan Trp or W mono- or di-oxidation, formation of kynurenine, tryptophan tryptophylquinone
Tyrosine Tyr or Y sulfation, phosphorylation
Valine Val or V N-acetylation (N-terminus)

Databases and tools

[edit]
Flowchart of the process and the data sources to predict PTMs.[26]

Protein sequences contain sequence motifs that are recognized by modifying enzymes, and which can be documented or predicted in PTM databases. With the large number of different modifications being discovered, there is a need to document this sort of information in databases. PTM information can be collected through experimental means or predicted from high-quality, manually curated data. Numerous databases have been created, often with a focus on certain taxonomic groups (e.g. human proteins) or other features.

List of resources

[edit]
  • PhosphoSitePlus[27] – A database of comprehensive information and tools for the study of mammalian protein post-translational modification
  • ProteomeScout[28] – A database of proteins and post-translational modifications experimentally
  • Human Protein Reference Database[28] – A database for different modifications and understand different proteins, their class, and function/process related to disease causing proteins
  • PROSITE[29] – A database of Consensus patterns for many types of PTM's including sites
  • RESID[30] – A database consisting of a collection of annotations and structures for PTMs.
  • iPTMnet [31]– A database that integrates PTM information from several knowledgbases and text mining results.
  • dbPTM[26] – A database that shows different PTM's and information regarding their chemical components/structures and a frequency for amino acid modified site
  • Uniprot has PTM information although that may be less comprehensive than in more specialized databases.
    Effect of PTMs on protein function and physiological processes.[32]
  • The O-GlcNAc Database[33][34] - A curated database for protein O-GlcNAcylation and referencing more than 14 000 protein entries and 10 000 O-GlcNAc sites.

Tools

[edit]

List of software for visualization of proteins and their PTMs

  • PyMOL[35] – introduce a set of common PTM's into protein models
  • AWESOME[36] – Interactive tool to see the role of single nucleotide polymorphisms to PTM's
  • Chimera[37] – Interactive Database to visualize molecules

Case examples

[edit]

See also

[edit]

References

[edit]
  1. ^ Pratt, Charlotte W.; Voet, Judith G.; Voet, Donald (2006). Fundamentals of Biochemistry: Life at the Molecular Level (2nd ed.). Hoboken, NJ: Wiley. ISBN 9780471214953. OCLC 1280801548. Archived from the original on 13 July 2012.
  2. ^ Khoury GA, Baliban RC, Floudas CA (September 2011). "Proteome-wide post-translational modification statistics: frequency analysis and curation of the swiss-prot database". Scientific Reports. 1: 90. Bibcode:2011NatSR...1E..90K. doi:10.1038/srep00090. PMC 3201773. PMID 22034591.
  3. ^ Lodish H, Berk A, Zipursky SL, et al. (2000). "17.6, Post-Translational Modifications and Quality Control in the Rough ER". Molecular Cell Biology (4th ed.). New York: W. H. Freeman. ISBN 978-0-7167-3136-8.
  4. ^ Dalle-Donne I, Aldini G, Carini M, Colombo R, Rossi R, Milzani A (2006). "Protein carbonylation, cellular dysfunction, and disease progression". Journal of Cellular and Molecular Medicine. 10 (2): 389–406. doi:10.1111/j.1582-4934.2006.tb00407.x. PMC 3933129. PMID 16796807.
  5. ^ Grimsrud PA, Xie H, Griffin TJ, Bernlohr DA (August 2008). "Oxidative stress and covalent modification of protein with bioactive aldehydes". The Journal of Biological Chemistry. 283 (32): 21837–41. doi:10.1074/jbc.R700019200. PMC 2494933. PMID 18445586.
  6. ^ Gianazza E, Crawford J, Miller I (July 2007). "Detecting oxidative post-translational modifications in proteins". Amino Acids. 33 (1): 51–6. doi:10.1007/s00726-006-0410-2. PMID 17021655. S2CID 23819101.
  7. ^ Walsh, Christopher T. (2006). Posttranslational modification of proteins : expanding nature's inventory. Englewood: Roberts and Co. Publ. ISBN 9780974707730. : 12–14 
  8. ^ Whiteheart SW, Shenbagamurthi P, Chen L, Cotter RJ, Hart GW, et al. (August 1989). "Murine elongation factor 1 alpha (EF-1 alpha) is posttranslationally modified by novel amide-linked ethanolamine-phosphoglycerol moieties. Addition of ethanolamine-phosphoglycerol to specific glutamic acid residues on EF-1 alpha". The Journal of Biological Chemistry. 264 (24): 14334–41. doi:10.1016/S0021-9258(18)71682-7. PMID 2569467.
  9. ^ Roy H, Zou SB, Bullwinkle TJ, Wolfe BS, Gilreath MS, Forsyth CJ, Navarre WW, Ibba M (August 2011). "The tRNA synthetase paralog PoxA modifies elongation factor-P with (R)-β-lysine". Nature Chemical Biology. 7 (10): 667–9. doi:10.1038/nchembio.632. PMC 3177975. PMID 21841797.
  10. ^ Али I, Конрад Р.Дж., Вердин Е., Отт М (февраль 2018 г.). «Ацетилирование лизина идет глобальным: от эпигенетики до метаболизма и терапии» . Хим Прев . 118 (3): 1216–1252. doi : 10.1021/acs.chemrev.7b00181 . PMC   6609103 . PMID   29405707 .
  11. ^ Брэдбери А.Ф., Смит Д.Г. (март 1991 г.). «Пептидное амидирование». Тенденции в биохимических науках . 16 (3): 112–5. doi : 10.1016/0968-0004 (91) 90044-V . PMID   2057999 .
  12. ^ Eddé B, Rossier J, Le Caer JP, Desbruyères E, Gros F, Denoulet P (январь 1990 г.). «Песслациональное глутамилирование альфа-тубулина» Наука 247 (4938): 83–5 Bibcode : 1990sci ... 247 ... 8 Doi : 10.1126/ science.19671 PMID   1967194 .
  13. ^ Уокер CS, Shetty RP, Clark K, Kazuko SG, Letsou A, Olivera BM, Bandyopadhyay PK, et al. (Март 2001 г.). «О потенциальной глобальной роли для витамина K-зависимого гамма-карбоксилирования в животных системах. Доказательства гамма-глутамил карбоксилазы у дрозофилы» . Журнал биологической химии . 276 (11): 7769–74. doi : 10.1074/jbc.m009576200 . PMID   11110799 .
  14. ^ Jump up to: а беременный в Chung HS, et al. (Январь 2013). «Окислительные посттрансляционные модификации цистеина: возникающая регуляция в сердечно -сосудистой системе» . Исследование циркуляции . 112 (2): 382–92. doi : 10.1161/circresaha.112.268680 . PMC   4340704 . PMID   23329793 .
  15. ^ «Усовершенствованное липоксидирование в конечном итоге малондегид-лизин в старении и долговечности» PMID 33203089 PMC7696601
  16. ^ Jaisson S, Pietrement C, Gillery P (ноябрь 2011). «Продукты, полученные из карбамилирования: биоактивные соединения и потенциальные биомаркеры при хронической почечной недостаточности и атеросклерозе» . Клиническая химия . 57 (11): 1499–505. doi : 10.1373/clinchem.2011.163188 . PMID   21768218 .
  17. ^ Kang HJ, Baker EN (апрель 2011 г.). «Внутримолекулярные изопептидные связи: белковые сшивки, созданные для стресса?». Тенденции в биохимических науках . 36 (4): 229–37. doi : 10.1016/j.tibs.2010.09.007 . PMID   21055949 .
  18. ^ Stark GR, Stein WH, Moore X (1960). «Реакции цианата, присутствующего в водной мочевине с аминокислотами и белками» . J Biol Chem . 235 (11): 3177–3181. doi : 10.1016/s0021-9258 (20) 81332-5 .
  19. ^ Ван Г. Уилсон (ред.) (2004). Sumoylation: молекулярная биология и биохимия архивировали 2005-02-09 на машине Wayback . Горизонт Биоссаука. ISBN   0-9545232-8-8 .
  20. ^ Малахова О.А., Ян М., Малахов М.П., ​​Юань Ю., Ричи К.Дж., Ким Ки, Петерсон Л.Ф., Шуай К, Чжан де (февраль 2003 г.). «Isgylation белка модулирует сигнальный путь Jak-Stat» . Гены и развитие . 17 (4): 455–60. doi : 10.1101/gad.1056303 . PMC   195994 . PMID   12600939 .
  21. ^ Klareskog L, Rönnelyid J, Lundberg K, Padyukov L, Alfredsson L (2008). «Иммунитет к цитруллинированным белкам при ревматоидном артрите» . Ежегодный обзор иммунологии . 26 : 651–75. doi : 10.1146/annurev.immunol.26.021607.090244 . PMID   18173373 .
  22. ^ Бреннан Д.Ф., Барфорд Д. (март 2009 г.). «Элидинилирование: посттрансляционная модификация, катализируемая фосфотрионинами лиязами». Тенденции в биохимических науках . 34 (3): 108–14. doi : 10.1016/j.tibs.2008.11.005 . PMID   19233656 .
  23. ^ Рабе фон Паппенхайм, Фабиан; Вененен, Мари; ты, Джин; Уранга, Джон; Исаир, Икер; де Врис, Ян; Фанк, Лиза-Мари; Тема, Рикардо А.; Титтманн, Кай (апрель 2022 г.). «Широко распространенное появление окислительно -восстановительных переключателей ковалентного лина -цистеина в белках » Природная химическая биология 18 (4): 368–3 Doi : 10.1038/ s41589-021-00966-5  8964421PMC
  24. ^ Khoury GA, Baliban RC, Floudas CA (сентябрь 2011 г.). «Статистика посттрансляционной модификации в масштабах протеома: частотный анализ и курация базы данных швейцарского проекта» . Научные отчеты . 1 (90): 90. Bibcode : 2011natsr ... 1e..90k . doi : 10.1038/srep00090 . PMC   3201773 . PMID   22034591 .
  25. ^ «Статистика посттрансляционной модификации в масштабах протеома» . selene.princeton.edu . Архивировано с оригинала 2012-08-30 . Получено 2011-07-22 .
  26. ^ Jump up to: а беременный Ли Тай, Хуан Х.Д., Хун Дж.Х., Хуан Х. Х. Х., Ян Ис, Ван Т. Т. (январь 2006 г.). «DBPTM: информационный репозиторий белкового посттрансляционного модификации» . Исследование нуклеиновых кислот . 34 (проблема базы данных): D622-7. doi : 10.1093/nar/gkj083 . PMC   1347446 . PMID   16381945 .
  27. ^ Хорнбек П.В., Чжан Б., Мюррей Б., Корнхаузер Дж.М., Латам В., Скрипек Е. (январь 2015 г.). «Phosphositeplus, 2014: мутации, PTM и повторные калибровки» . Исследование нуклеиновых кислот . 43 (проблема базы данных): D512-20. doi : 10.1093/nar/gku1267 . PMC   4383998 . PMID   25514926 .
  28. ^ Jump up to: а беременный Goel R, Harsha HC, Pandey A, Prasad TS (февраль 2012 г.). «Справочная база данных белка человека и белка человека как ресурсы для анализа фосфопротеома» . Молекулярные биосистемы . 8 (2): 453–63. doi : 10.1039/c1mb05340j . PMC   3804167 . PMID   22159132 .
  29. ^ Сигрист CJ, Cerutti L, De Castro E, Langendijk-Genevaux PS, Bulliard V, Bairoch A, Hulo N (январь 2010 г.). «Просит, база данных белкового домена для функциональной характеристики и аннотации» . Исследование нуклеиновых кислот . 38 (проблема базы данных): D161-6. doi : 10.1093/nar/gkp885 . PMC   2808866 . PMID   19858104 .
  30. ^ Garavelli JS (январь 2003 г.). «Остаточная база данных модификаций белка: 2003 разработки» . Исследование нуклеиновых кислот . 31 (1): 499–501. doi : 10.1093/nar/gkg038 . PMC   165485 . PMID   12520062 .
  31. ^ Huang H, Arighi CN, Ross Ke, Ren J, Li G, Chen SC, Wang Q, Cowart J, Vijay-Shanker K, Wu CH (январь 2018). «IPTMnet: интегрированный ресурс для белковой посттрансляционной сети модификации» . Исследование нуклеиновых кислот . 46 (1): D542 - D550. doi : 10.1093/nar/gkx1104 . PMC   5753337 . PMID   2914561 .
  32. ^ Audagnotto M, Dal Peraro M (2017-03-31). «В инструментах прогнозирования Silico и молекулярном моделировании» . Вычислительный и структурный биотехнологический журнал . 15 : 307–319. doi : 10.1016/j.csbj.2017.03.004 . PMC   5397102 . PMID   28458782 .
  33. ^ Wulff-Fuentes E, Berendt RR, Massman L, Danner L, Malard F, Vora J, Kahsay R, Olivier-Van Stechelen S (январь 2021 г.). человека O « База данных и мета -анализ -glcnacome » Научные данные 8 (1): 25. BIBCODE : 2021NATSD ... 8 ... 25W Doi : 10.1038/ s41597-021-00810-4 PMC   7820439  33479245PMID
  34. ^ Малард Ф., Вулф-Фуэнтес Е., Берендт Р.Р., Дидьер Г., Оливье-ван Стичелен С (июль 2021 г.). «Автоматизация и самообслуживание каталога O-Glcnacome: умная научная база данных» . База данных (Оксфорд) . 2021 : 1. doi : 10.1093/база данных/baab039 . PMC   8288053 . PMID   34279596 .
  35. ^ Warnecke A, Sandalova T, Achour A, Harris RA (ноябрь 2014 г.). «PYTMS: полезный плагин Pymol для моделирования общих посттрансляционных модификаций» . BMC Bioinformatics . 15 (1): 370. DOI : 10.1186/S12859-014-0370-6 . PMC   4256751 . PMID   25431162 .
  36. ^ Yang Y, Peng X, Ying P, Tian J, Li J, Ke J, Zhu Y, Gong Y, Zou D, Yang N, Wang X, Mei S, Zhong R, Gong J, Chang J, Miao X (январь 2019 ) «Потрясающе: база данных SNP, которые влияют на посттрансляционные модификации белка» . Исследование нуклеиновых кислот . 47 (D1): D874 - D880. doi : 10.1093/nar/gky821 . PMC   6324025 . PMID   30215764 .
  37. ^ Morris JH, Huang CC, Babbitt PC, Ferrin TE (сентябрь 2007 г.). «Структуравиз: связывание цитоскапа и химера UCSF» . Биоинформатика . 23 (17): 2345–7. doi : 10.1093/bioinformatics/btm329 . PMID   17623706 .
  38. ^ «1TP8 - протеопедия, жизнь в 3D» . www.proteopedia.org .
[ редактировать ]

( Wayback Machine Copy)

(Wayback Machine Copy)

Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 76002a453c6c9235f44f5790016f385d__1711584720
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/76/5d/76002a453c6c9235f44f5790016f385d.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Post-translational modification - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)