Посттрансляционные модификации

Основные этапы созревания белковой молекулы

Сразу после окончания трансляции новосинтезированная полипептидная цепь представляет собой лишь линейную последовательность аминокислот. Чтобы начать выполнять свои биологические задачи, белок подвергается ряду преобразований:

• Фолдинг. Это процесс формирования уникальной пространственной структуры молекулы. Ключевую роль здесь играют специализированные белки — шапероны. Они не только помогают полипептиду свернуться в правильную функционально активную конформацию, но и предотвращают нежелательные взаимодействия с другими молекулами.
• Частичный протеолиз. Во многих случаях первичная цепь синтезируется с «избытком». Частичный протеолиз заключается в ферментативном отщеплении (удалении) определенной части полипептидной цепи, что часто служит триггером для активации фермента или гормона.
• Образование дисульфидных связей. Происходит специфическое ковалентное сшивание между радикалами аминокислоты цистеина. Эти прочные мостики критически важны для поддержания и стабилизации третичной структуры белка.
• Присоединение простетических групп. Некоторые белки для своей работы требуют наличия небелковых компонентов (например, ионов металлов, витаминов или сложных органических молекул). Присоединение таких простетических групп делает белок полноценным.
• Формирование олигомерных структур. Если рабочий белок должен состоять из нескольких субъединиц (иметь четвертичную структуру), происходит их объединение. Этот процесс сборки также осуществляется при непосредственном участии шаперонов.

Химические модификации аминокислотных остатков

Помимо изменения длины цепи и ее пространственной укладки, созревание белка включает точечные химические модификации уже встроенных аминокислот. Это позволяет придать молекуле новые химические свойства и настроить ее под конкретные функции.

К основным типам таких модификаций относятся:

1. Карбоксилирование — добавление карбоксильной группы.
2. Фосфорилирование — присоединение остатка фосфорной кислоты (важнейший механизм регуляции активности ферментов).
3. Йодирование — включение атомов йода (характерно для гормонов щитовидной железы).
4. Гидроксилирование — присоединение гидроксильной (-OH) группы.
5. Ацилирование — введение ацильного (кислотного) остатка.
6. Гликозилирование — присоединение углеводных компонентов с образованием гликопротеинов.

Примеры посттрансляционных изменений: от предшественника к активной форме

Рассмотрим, как меняются характеристики полипептидных цепей на примерах важнейших белков организма.

1. Инсулин

• Сразу после трансляции: синтезируется как единая длинная полипептидная цепь — препроинсулин, состоящая из 104 аминокислотных остатков.
• Функционально активная молекула: после частичного протеолиза превращается в структуру из двух коротких полипептидных цепей (одна содержит 21, а вторая — 30 аминокислотных остатков). Цепи надежно соединены дисульфидными связями (-S-S-): имеются две межцепочечные связи и одна внутрицепочечная.

2. Гемоглобин А (HbA)

• Сразу после трансляции: образуются две неидентичные цепи ($\alpha$ и $\beta$). На этом этапе они содержат большее количество аминокислотных остатков, чем протомеры в составе «зрелого» эритроцитарного белка.
• Функционально активная молекула: представляет собой почти идеальную сферическую частицу. Состоит из четырех протомеров ($2\alpha$ и $2\beta$), каждый из которых прочно связан со своей простетической группой — гемом.

3. Тропоколлаген I

• Сразу после трансляции: синтезируются три отдельные цепи, которые значительно длиннее зрелых полипептидных цепей коллагена. Они содержат большое количество стандартных остатков пролина (Про), лизина (Лиз) и глицина (Гли).
• Функционально активная молекула: формируется классический фибриллярный белок (относящийся к гликопротеинам). Три цепи сплетаются, образуя прочную правозакрученную суперспираль. В результате специфических модификаций (гидроксилирования) зрелый белок содержит множество остатков гидроксипролина и гидроксилизина.

Вопросы с занятий и экзамена

Что ещё разобрать по теме

• Механизмы работы шаперонов и шаперонинов при фолдинге
• Ферменты, катализирующие химические модификации аминокислот
• Патологии, связанные с нарушением фолдинга белков (амилоидозы, прионные болезни)
• Роль витамина С в гидроксилировании пролина при синтезе коллагена
• Процесс отщепления сигнального пептида при транслокации белков

Другие темы раздела «Матричные биосинтезы»

Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.