of 63/63
Prof. dr. Lejla Begić Univerzitet u Tuzli Nakon sinteze polipeptidni lanac, se svija i obrađuje u biološki aktivnu trodimenzionalnu formu. Tokom sinteze ili neposredno nakon sinteze protein poprima svoju nativnu konformaciju pomoću hidrogenskih veza, van der Waalsovih sila, ionskih i hidrofobnih interakcija. Neki proteini su funkcionalni odmah nakon sinteze na ribosomima, dok se drugi dodatno obrađuju pomoću tzv. posttranslacijske modifikacije.

Postranslacijske modifikacije proteina

  • View
    14

  • Download
    1

Embed Size (px)

DESCRIPTION

fwIKVNKBNEOJONEBNOK

Text of Postranslacijske modifikacije proteina

Slide 1Univerzitet u Tuzli
Nakon sinteze polipeptidni lanac, se svija i obrauje u biološki aktivnu trodimenzionalnu formu.
Tokom sinteze ili neposredno nakon sinteze protein poprima svoju nativnu konformaciju pomou hidrogenskih veza, van der Waalsovih sila, ionskih i hidrofobnih interakcija.
Neki proteini su funkcionalni odmah nakon sinteze na ribosomima, dok se drugi dodatno obrauju pomou tzv. posttranslacijske modifikacije.
Prof. dr. Lejla Begi
Pomou posttranslacijske obrade proteinima se mijenja aktivnost i stabilnost te se:
dovode u funkcionalni oblik
Prof. dr. Lejla Begi
Informacija o posttranslacijskoj sudbini proteina lei u njegovoj strukturi.
Aminokiselinska sekvenca i konformacija polipeptida odreuju da li e protein biti supstrat za modifikacijske enzime i/ili e biti odreen za intracelularnu ili ekstracelularnu lokalizaciju.
Prof. dr. Lejla Begi
Peptidi u eukariota zapoinju metioninom, a u prokariota N-formilmetioninom.
N-terminusi, a ponekad i C-terminusi, i njima susjedne aminokiseline odvajaju se enzimskim cijepanjem peptidnih veza.
Prof. dr. Lejla Begi
Na N-terminalnom dijelu pojedinih proteina 15-30 aminokiselinskih ostataka ima ulogu usmjeravanja proteina na odreeno mjesto u eliji ili izvan nje.
Ovi aminokiselinski slijedovi zovu se signalne sekvence i one se uklanjaju pomou specifinih enzima-signalnih peptidaza.
Prof. dr. Lejla Begi
Univerzitet u Tuzli
U nekim proteinima kao što su kazein i neki enzimi, hidroksilne grupe ostataka serina, tirozina i treonina se fosforiliraju pomou ATP.
Prof. dr. Lejla Begi
Ostaci γ-karboksiglutamata helatiraju ione kalcija koji su neophodni u procesu koagulacije krvi.
Prof. dr. Lejla Begi
Metilirani lizinski ostaci (metillizin, dimetillizin) javljaju se u nekim mišinim proteinima i citohromu c, a trimetillizin u proteinu koji vee kalcijum, kalmodulinu.
Prof. dr. Lejla Begi
Univerzitet u Tuzli
Na bone lance aminokiselina tokom sinteze ili nakon sinteze proteina mogu se dodati karbohidratni ostaci.
Pomou enzima karbohidratni ostaci se veu na Asn N-glikozidnim vezom, a na ostatke serina ili treonina O-glikozidnim vezom.
Prof. dr. Lejla Begi
Prof. dr. Lejla Begi
Brojnim eukariotskim proteinima (Ras proteini, G-proteini, lamini iz nuklearnog matriksa) dodaju se izoprenilne grupe koje formiraju eterski vez sa ostacima cisteina.
Prof. dr. Lejla Begi
U nekim sluajevima izoprenilne grupe potpomau vezanje proteina za membranu.
Transformirajua (karcinogena) aktivnost ras onkogena se gubi kada se blokira izoprenilacija Ras proteina, tako da je inhibicija ove posttranslacijske modifikacije mogui vid terapije karcinoma.
Prof. dr. Lejla Begi
Univerzitet u Tuzli
Za aktivnost mnogih prokariotskih i eukarotskih proteina neophodne su kovalentno vezane prostetske grupe (biotin u acetil-CoA karboksilazi ili hem u citohromu c).
Mnogi proteini se sintetiziraju kao vei, neaktivni prekursori koji se aktiviraju proteolitikim cijepanjem.
Prof. dr. Lejla Begi
Nakon svijanja u nativnu konformaciju neki proteini formiraju unutarlanane i meulanane disulfidne mostove izmeu ostataka cisteina.
Disulfidne veze su uobiajene u eksportnim proteinima eukariota.
Poprene veze štite nativnu konformaciju proteina od denaturacije u ekstracelularnom okruenju.
Prof. dr. Lejla Begi
Univerzitet u Tuzli
20 aminokiselina je genetiki kodirano i ugraeno u proteine tokom translacije.
Postranslacijskom modifikacijom nastaje preko stotinu izvedenih aminokiselina koje, iako u malim koliinama, mogu imati kljunu ulogu u funkcioniranju proteina.
Prof. dr. Lejla Begi
Na primjeru kolagena, najrasprostranjenijeg proteina u ljudskom tijelu, moemo uvidjeti kako se opseno moraju procesirati proteini da bi nastali njihovi biološki aktivni oblici. Hidroksilacija prolinskih i lizinskih ostataka kolagena vrši se kotranslacijski, prije stvaranja trostrukog heliksa.
Prof. dr. Lejla Begi
Hidroksilacija prolina stabilizira kolagen, a hidroksilacija lizina osigurava mjesta za meulanana poprena vezivanja i za glikozilaciju koja se odvija u endoplazmatskom retikulumu.
Sklapanje trostrukog heliksa vrši se nakon kompletiranja polipeptidnih lanaca.
Prof. dr. Lejla Begi
Kompletiran trostruki heliks sa globularnim propeptidnim domenima sa obje strane, prelazi u Golgijev kompleks gdje se oligosaharidni lanci procesiraju, a nakon toga se kompletirani prokolagen oslobaa iz elije putem sekretornih vezikula.
Konverzija prokolagena u kolagen odvija se ekstracelularno. Aminoterminalni i karboksiterminalni propeptidi se otcjepljuju pomou proteaza, a trostruki heliksi se povezuju u fibrile.
Prof. dr. Lejla Begi
Univerzitet u Tuzli
Neki antibiotici i toksini inhibiraju sintezu proteina u prokariota i eukariota.
Za kliniku praksu su veoma korisni antibiotici koji inhibiraju sintezu proteina u prokariota.
Antibiotici mogu djelovati na interakcije izmeu tRNA i ribosomske podjedinice.
Prof. dr. Lejla Begi
Streptomicin se vee na malu podjedinicu ribosoma, utie na zapoinjanje translacije i uzrokuje pogrešno itanje genetskog koda.
Prof. dr. Lejla Begi
Univerzitet u Tuzli
Aminoglikozidni antibiotici, kao što su gentamicin i neomicin, takoe se veu na malu podjedinicu ribosoma, ali na razliito mjesto od streptomicina.
Oni inhibiraju inicijaciju translacije.
Prof. dr. Lejla Begi
Univerzitet u Tuzli
Tetraciklini se veu direktno na ribosome, blokiraju A mjesto i sprjeavaju vezivanje aminoacil-tRNA.
Prof. dr. Lejla Begi
Hloramfenikol inhibira sintezu proteina u bakterija, u mitohondrijama i hloroplastima, ali ne u eukariotskom citosolu. Ovaj antibiotik blokira transfer peptida.
Prof. dr. Lejla Begi
Prof. dr. Lejla Begi
Univerzitet u Tuzli
Puromicin je po strukturi veoma slian 3’ kraju aminoacil-tRNA i zbog toga se moe vezati za A mjesto na ribosomu.
Prof. dr. Lejla Begi
Univerzitet u Tuzli
Pošto ne reaguje sa mRNA ne moe se translocirati, ve disocira sa ribosoma ubrzo nakon vezivanja za C-terminus peptida.
Zato dolazi do prijevremenog završetka translacije i oslobaanja peptidil-puromicina.
Prof. dr. Lejla Begi
Translokaciju u eukariota inhibira toksin difterije tako što inaktivira EF-2.
Ricin, ekstremno toksini protein inaktivira 60S podjedinicu eukariotskih ribosoma tako što dovodi do depurinacije specifinih adenozina u 28S rRNA.
Prof. dr. Lejla Begi
Univerzitet u Tuzli
Nakon sinteze mnogi proteini usmjeravaju se na posebne lokacije unutar elije.
Poetni koraci postranslacijske obrade proteina koji slue za eksport iz elije, proteina koji se ugrauju u elijsku membranu i lizosome slini su i odvijaju se u endoplazmatskom retikulumu.
Prof. dr. Lejla Begi
Univerzitet u Tuzli
Usmjeravanje proteina u mitohondrije, hloroplaste i nukleus odvija se na tri razliita naina.
Proteini odreeni za citosol jednostavno ostaju tamo gdje su nastali.
Ovi mehanizmi usmjeravanja proteina ukljuuju signalne sekvence, kratke slijedove aminokiselina, koje se uklanjaju tokom transporta ili nakon što protein dostigne konanu destinaciju.
Prof. dr. Lejla Begi
Za proteine koji su odreeni za transport u mitohondrije, hloroplaste ili endoplazmatski retikulum, signalna sekvenca se nalazi na amino terminusu novosintetiziranog polipeptida.
Selektivna razgradnja proteina koji više nisu neophodni eliji ovisi o molekularnim signalima koji su ugraeni u svaku proteinsku strukturu.
Prof. dr. Lejla Begi
Univerzitet u Tuzli
Signalne sekvence sadre od 13 do 36 aminokiselinskih ostataka od kojih je 10 do 15 hidrofobnih.
Prije ove hidrofobne regije, u blizini N-terminusa, nalazi se jedan ili više pozitivno naelektrisanih aminokiselinskih ostataka.
Kratka sekvenca koja prethodi mjestu cijepanja sadri polarne aminokiseline sa kratkim bonim lancima.
Prof. dr. Lejla Begi
Signalna sekvenca za translokaciju nekih eukariotskih proteina u ER. Hidrofobna sr je oznaena uto, bazni ostaci plavo.
Prof. dr. Lejla Begi
Usmjeravanje proteina zapoinje inicijacijom sinteze proteina na slobodnim ribosomima. Signalna sekvenca se stvara rano u biosintetskom procesu. Dok izranja iz ribosoma, signalna sekvenca zajedno sa ribosomom se vee za veliku esticu koja prepoznaje signal SRP (signal recognition particle).
Prof. dr. Lejla Begi
Univerzitet u Tuzli
SRP vee GTP i zaustavlja elongaciju polipeptida kada je dug oko 70 aminokiselin-skih ostataka i kada signalna sekvenca potpuno izranja iz ribosoma.
Prof. dr. Lejla Begi
Univerzitet u Tuzli
SRP vezan za GTP usmjerava ribosome, koji su još uvijek vezani za mRNA, i nekompletni polipeptid, na receptore na citosolnoj strani endoplazmatskog retikuluma.
Nascentni polipeptid se oslobaa u endoplazmatski retikulum pomou kompleksa za translokaciju peptida.
Prof. dr. Lejla Begi
Univerzitet u Tuzli
Elongacija polipeptida se nastavlja uz ATP translokacijski kompleks dok se ne sintetizira kompletni protein.
U endoplazmatskom retikulumu se cijepa signalna sekvenca pomou enzima signalnih peptidaza.
Nakon toga ribosomi se disociraju i recikliraju.
Prof. dr. Lejla Begi
Univerzitet u Tuzli
Nascentni polipeptidni lanac u lumenu endoplazmatskog retikuluma se ne svija odmah nego se vee za proteine tzv. šaperone koji ih dre nesvijene kratko vrijeme.
Pošto u endoplazmatskom retikulumu postoji visoka koncentracija proteina koji mogu stupati u razliite interakcije, šaperoni asistiraju u svijanju blokiranjem nedozvoljenih interakcija izmeu nascentnih lanaca i okolnih proteina.
Prof. dr. Lejla Begi
Nakon uklanjanja signalne sekvence polipeptidni lanci se svijaju, formiraju se disulfidne veze i glikoziliraju.
Prof. dr. Lejla Begi
Glikoproteini dobijaju šeernu komponentu u endoplazmatskom retikulumu pomou dolihol fosfata koji prenosi tzv. sr oligosaharida od 14 monosaharidnih ostataka na aminokiselinu Asn (asparagin) u molekuli proteina. Pri tome se obrazuje N-glikozidna veza.
Prof. dr. Lejla Begi
Univerzitet u Tuzli
N-vezani srni oligosaharid dalje se obrauje što zavisi od vrste glikoproteina, ali nakon obrade svi glikoproteini zadravaju pentasaharidnu sr koja je nastala od originalnog oligosaharida sa 14 ostataka.
Prof. dr. Lejla Begi
Srni oligosaharid se stvara postupnim dodavanjem po jedne monosaharidne jedinice na dolihol fosfat na citosolnoj strani i u lumenu endoplazmatskog retikuluma.
Prof. dr. Lejla Begi
Jedan od njih je tunikamicin, strukturni analog UDP-N-acetil glukozamina, koji blokira prvi korak sinteze srnog oligosaharida.
Prof. dr. Lejla Begi
Iz endoplazmatskog retikuluma proteini se transportuju pomou transportnih vezikula u Golgijev kompleks gdje se dodaju O-vezani oligosaharidi, a N-vezani oligosaharidi se dalje obrauju.
Prof. dr. Lejla Begi
Univerzitet u Tuzli
U Golgijevom kompleksu dolazi do segregacije proteina na osnovu strukturnih karakteristika, a ne na osnovu signalne sekvence koja je otcijepljena ranije, u endoplazmatskom retikulumu.
Ovdje se, od ostalih proteina, razdvajaju proteini koji su predvieni za sekreciju, ugradnju u plazmatsku membranu i lizosome.
Prof. dr. Lejla Begi
Put proteina za lizosome, plazmatsku membranu ili sekreciju.
Proces sortiranja nije još u potpunosti shvaen, ali se za proteine koji odlaze u lizosome zna da im je neophodno prisustvo jednog ili više ostataka manoza-6- fosfata na N-vezanom oligosaharidu.
Prof. dr. Lejla Begi
Fosforilacija manoznih ostatka na enzimima koji se usmjeravaju u lizosome.
Prof. dr. Lejla Begi
Univerzitet u Tuzli
Usmjeravanje proteina u mitohondrije i hloroplaste moe uslijediti odmah nakon sinteze prekursorskog proteina. Prekursorski proteini koji se usmjeravaju u ove organele sadre N-terminalnu signalnu sekvencu koja je duga 20 do 35 aminokiselinskih ostataka i bogata ostacima Ser, Thr i baznih aminokiselina.
Prof. dr. Lejla Begi
Prekursori mitohondrijskih proteina veu se ili za Hsp 70 (heat-shock protein 70) ili MSF (mitochondrial import stimulating factor) koji stabiliziraju nesvijeno stanje prekursorskih proteina.
Vezani prekursori prenose se na proteinski kompleks koji se zove Tom ( transport across outer membrane), koji omoguava transport proteina kroz vanjsku membranu.
Prof. dr. Lejla Begi
Drugi kompleks Tim ( transport across inner membrane) translocira prekursor u matriks mitohondrija. U matriksu mitohondrija otcjepljuje se signalna sekvenca i protein se svija u svoju funkcionalnu konformaciju.
Prof. dr. Lejla Begi
Univerzitet u Tuzli
Da bi molekule iz citosola ušle u nukleus i izašle iz nukleusa neophodno je da prou kroz pore nukleusa.
Signalna sekvenca koja usmjerava proteine u nukleus (NLS od eng. nuclear localization sequence) moe se smjestiti na bilo kojem dijelu du primarne sekvence proteina i ne uklanja se prilikom transporta u nukleus.
Prof. dr. Lejla Begi
Univerzitet u Tuzli
Nukleusni import omoguavaju brojni proteini koji cirkuliraju izmeu citosola i nukleusa, na primjer importin α i β i mala GTP-aza koja se zove Ran. Heterodimer α i β importin djeluje kao solubilni receptor za proteine koji se usmjeravaju u nukleus. Pri tome α podjedinica se vee za protein koji sadri NLS sekvencu.
Prof. dr. Lejla Begi
Prof. dr. Lejla Begi
Prof. dr. Lejla Begi
Proteini ulaze u elije pomou endocitoze u kojoj uestvuju receptori.
Razgradnja ekstracelularnih proteina, kao što su LDL, transferin, peptidni hormoni, cirkulirajui proteini, odvija se u eliji.
Da bi iz okolnog medija dospjeli u eliju, ovi proteini se veu za receptore koji su smješteni u udubinama (invaginacijama) membrane.
Udubljenja na membrani u kojima su nakupljeni receptori odreeni za endocitozu zovu se obloene jamice (coated pits).
Prof. dr. Lejla Begi
Univerzitet u Tuzli
Jamice su obloene na citosolnoj strani sa rešetkom sastavljenom od proteina klatrina koji formira zatvorene poliedarske strukture. Kako se proteini veu za receptore tako raste estica klatrina sve dok se kompletna endocitska estica ne odvoji od plazmatske membrane i ue u citoplazmu.
Klatrinska jedinica sastavljena iz tri teška i tri laka lanca.
Prof. dr. Lejla Begi
Poliedar sastavljen od klatrinskih jedinica.
Prof. dr. Lejla Begi
Prof. dr. Lejla Begi
Intracelularna razgradnja proteina moe sprijeiti izgradnju neeljenih i abnormalnih proteina, a time omoguiti recikliranje ugraenih aminokiselina.
Stabilnost proteina je razliita tako da je poluivot nekih proteina samo 30 sekundi dok drugi traju sve dok traje elija u kojoj se nalaze.
U proteine koji se brzo metaboliziraju spadaju defektni proteini i enzimi koji djeluju kao kljune regulatorne take u metabolikim putevima.
Prof. dr. Lejla Begi
Univerzitet u Tuzli
Ovi proteini se razgrauju pomou selektivnog citosolnog sistema koji je ovisan o ATP i koji je prisutan i u eukariota i u prokariota.
Drugi proteolitiki sistem koji se nalazi u kimenjaka je intralizosomski i on razgrauje proteine membrana, ekstracelularne proteine i proteine sa dugim poluivotom.
Prof. dr. Lejla Begi
Ubikvitin, protein prisutan u svim eukariotskim elijama slui za markiranje-oznaava proteine koji e se razgraditi pomou citosolnog proteolitikog sistema.
Ubikvitin se kovalentno vee za protein tako što se karboksi terminus ubikvitina kovalentno vee za ε amino skupine lizinskih ostataka proteina. Stvara se amidna veza uz utrošak ATP.
Eukariotski citosolni proteolitiki sistem ovisan o ATP je veliki kompleks (Mr 1x106) koji se zove proteasom.
Prof. dr. Lejla Begi
Brzina ubikvitinizacije citosolnih proteina u velikoj mjeri je odreena aminokiselinama na N-terminusu.