Apa yang dimaksud dengan modifikasi pasca-translasi?
Modifikasi pasca-translasi adalah modifikasi atau perubahan kimia reversibel atau ireversibel yang terjadi pada rantai peptida protein eukariotik selama atau setelah translasinya (biosintesis), yang secara signifikan meningkatkan keragaman fungsional protein seluler.
Terjemahan adalah hasil dari “pembacaan dan interpretasi” informasi yang terkandung dalam gen yang ditemukan dalam inti eukariotik (juga terjadi pada prokariota).
Himpunan gen dalam sel – genom – adalah tempat instruksi untuk menghasilkan semua protein struktural dan enzim yang ditemukan di dalam sel, di mana proses vital dan fungsi setiap sel bergantung.
Gen terdiri dari DNA (asam deoksiribonukleat), yang merupakan makromolekul yang terdiri dari dua rantai komplementer dari polimer yang terdiri dari 4 jenis molekul berbeda yang disebut basa nitrogen , yaitu: adenin, timin, guanin, dan sitosin.
DNA, kemudian, adalah semacam alfabet dengan informasi yang dibaca dan diterjemahkan.
Sebelum translasi, informasi dalam DNA pertama-tama ditranskripsikan di dalam nukleus ke molekul lain yang sangat mirip, RNA (asam ribonukleat), dalam bentuk molekul yang disebut messenger RNA , yang kemudian diangkut ke sitosol.
RNA sangat mirip dengan DNA, tetapi terdiri dari rantai tunggal yang terdiri dari basa nitrogen adenin, urasil, guanin, dan sitosin.
Messenger RNA, yang diturunkan dari urutan genetik pengkode protein, selanjutnya “dibaca” dan urutannya diterjemahkan ke dalam urutan peptida protein seluler dengan bantuan ribosom dan molekul RNA lain yang dikenal sebagai RNA transfer, yang, seperti namanya, mereka mentransfer asam amino yang sesuai ke protein yang disintesis.
Urutan penambahan asam amino ini ke protein yang baru lahir ditentukan oleh urutan gen yang mengkodekannya, yaitu urutan basa nitrogen dalam urutan DNA.
Basa DNA, ditranskripsikan sebagai RNA, “dibaca” oleh ribosom dalam triplet atau triplet yang disebut kodon , yang masing-masing mengkode salah satu dari 20 asam amino yang membentuk protein; lihatlah, kode genetik ini ditafsirkan untuk memperkenalkan, dalam urutan yang benar, satu asam amino pada satu waktu.
Modifikasi pasca-translasi
Sebagian besar karakteristik fisikokimia dan fungsional dari setiap protein terutama bergantung pada informasi yang dikodekan dalam DNA.
Namun, sel berhasil meningkatkan keragaman proteinnya melalui modifikasi pasca-translasi, yang tidak lebih dari modifikasi kimia – yang dimediasi oleh enzim – yang dialami beberapa protein setelah translasi.
Oleh karena itu, karakteristik beberapa protein tidak dapat disimpulkan hanya dari urutan asam amino yang diturunkan dari informasi genetik.
Modifikasi ini umumnya terjadi pada residu asam amino yang menyusun protein -umumnya pada rantai sampingnya-, dengan beberapa pengecualian seperti alanin, isoleusin, leusin, fenilalanin dan valin.
Lebih dari 500 modifikasi pasca-translasi telah dijelaskan, tetapi yang paling dikenal dan dipelajari adalah fosforilasi, pembentukan ikatan disulfida, metilasi, asetilasi, hidroksilasi, glikosilasi, prenilasi, ubiquitinasi, dan karboksilasi.
Proses modifikasi pasca-translasi
Modifikasi pasca-translasi, seperti yang telah kita komentari, adalah modifikasi kimia yang dialami protein seluler eukariotik setelah sintesisnya, yaitu translasinya, telah terjadi.
Umumnya berkaitan dengan penambahan gugus kimia dan/atau modifikasi residu asam amino yang menyusun protein, tetapi beberapa modifikasi penting juga berkaitan dengan pembentukan ikatan antara asam amino dari protein yang sama, atau juga dengan penghapusan asam amino atau peptida sinyal dengan pembelahan atau pembelahan proteolitik.
Modifikasi ini dimungkinkan berkat adanya enzim seluler khusus tertentu dan, di samping itu, substrat energi kecil – mereka bukan reaksi spontan – seperti, misalnya:
- ATP (adenosin 5-fosfat)
- Asetil Koenzim A (Asetil Ko-A)
- NAD + (5′-nicotinamide 5′-adenosine diphosphate)
- S-adenosil metionin (SAM)
- Urasil 5′-difosfat N- asetil glukosamin (UDP-GlcNAc)
- Urasil 5′-difosfat glukosa (UDP-glukosa)
- Diantara yang lain
Beberapa modifikasi pasca-translasi yang paling penting bertindak sebagai sakelar molekuler ( suiches ) yang mengaktifkan atau menonaktifkan fungsi enzimatik dari beberapa protein, mengatur fungsi selulernya atau bahkan lokasi intraselulernya.
Misalnya, banyak protein yang termasuk dalam organel intraseluler disintesis di sitosol dengan ujung terminal N atau C yang sesuai dengan urutan sinyal , yang dikenali oleh protein lain yang bertugas mengarahkannya ke kompartemen yang sesuai dan, di sepanjang jalan, biasanya Urutan sinyal ini dikeluarkan dari struktur protein.
Contoh lain yang sangat mencolok dari modifikasi pasca-translasi yang berkaitan dengan pembelahan proteolitik adalah hormon dan enzim tertentu dengan aktivitas protease, yang disintesis sebagai protein tidak aktif yang memerlukan penghilangan proteolitik dari beberapa asam aminonya untuk menjadi bentuk aktifnya.
Protein terkonjugasi
Meskipun mereka tidak selalu dikenali seperti itu, modifikasi pasca-translasi yang sangat penting lainnya adalah yang melibatkan pembentukan protein yang strukturnya terdiri dari satu atau lebih rantai peptida yang terkait dengan senyawa non-protein, baik melalui ikatan kovalen atau interaksi yang lebih lemah. dan sementara.
Umumnya protein ini diklasifikasikan menurut identitas fraksi non-protein dan membutuhkan bagian-bagian ini untuk menjalankan fungsinya.
Fraksi atau bagian ini dikenal sebagai gugus prostetik dan contoh yang baik dari protein ini adalah hemoglobin, yang digabungkan dengan gugus heme.
Retikulum endoplasma beraksi
Banyak modifikasi pasca-translasi dimulai di dalam retikulum endoplasma kasar, di mana ribosom terkait menerjemahkan protein saat mereka memasukkannya ke dalam membran organel ini.
Dalam retikulum endoplasma banyak protein memperoleh konformasi struktural akhir mereka: urutan sinyal mereka dihapus, mereka dilipat menjadi bentuk yang tepat, jembatan disulfida terbentuk, kelompok gula ditambahkan, dll.
Jenis modifikasi pasca-translasi
Lebih dari 500 jenis modifikasi pasca-translasi yang berbeda telah dijelaskan dalam sel eukariotik; daftar berikut mengelompokkan beberapa yang paling banyak dipelajari:
satu. Fosforilasi
Transfer satu atau lebih gugus fosfat dari molekul berenergi tinggi, seperti ATP, ke gugus hidroksil asam amino seperti serin, treonin, dan tirosin; itu dimediasi oleh enzim dari kelompok protein kinase (fosfat ini dihilangkan oleh enzim fosfatase ).
Ini penting dalam berbagai peristiwa seluler seperti pembelahan, transduksi sinyal, metabolisme karbohidrat, pertumbuhan sel, dan kemajuan siklus sel, antara lain.
dua. Sulfonasi
Ini melibatkan penambahan gugus -SO3H (sulfonat) secara eksklusif pada residu asam amino tirosin dan khas protein transmembran atau protein yang diekskresikan. Ini dikatalisis oleh enzim tirosin sulfotransferase.
Ini adalah proses penting untuk berfungsinya banyak reseptor membran, untuk jenis sinyal intraseluler tertentu, dll.
3. Pembentukan jembatan disulfida antara sistein
Proses ini terjadi di antara residu sistein dan merupakan salah satu modifikasi pasca-translasi terpenting dari sudut pandang struktural. Jembatan disulfida didirikan di organel seperti kompleks Golgi dan retikulum endoplasma, yang memiliki lingkungan pengoksidasi.
Modifikasi pasca-translasi ini berkaitan dengan pembentukan konfigurasi struktural tertentu yang biasanya sangat penting untuk aktivitas banyak enzim.
Empat. Metilasi
Terdiri dari penambahan gugus metil pada asam amino seperti lisin, arginin, histidin, glutamin dan asparagin (N-metilasi), seperti aspartat dan glutamat (O-metilasi) atau sebagai sistein (S-metilasi).
Ini diproduksi berkat aksi katalitik enzim yang dikenal sebagai N-, O- atau S-methyltransferases. Metilasi protein sangat penting untuk regulasi transkripsi gen pada tingkat protein histon, tetapi juga memainkan peran kecil dalam transduksi sinyal.
5. Asetilasi
Ini melibatkan penambahan gugus asetil ke residu lisin dari beberapa protein. Ini dikatalisis oleh enzim asetiltransferase dan juga memiliki fungsi yang sangat penting dari sudut pandang mengatur ekspresi gen (pada tingkat protein histon, yang mengikat DNA).
6. Hidroksilasi
Ini umumnya terjadi pada residu prolin, lisin, dan asparagin dan dikatalisis oleh enzim hidroksilase yang bergantung pada besi. Asam amino yang dihasilkan, hidroksiprolin dan hidroksilisin, sangat penting untuk pematangan beberapa protein (termasuk kolagen) dan untuk beberapa senyawa antibiotik dan antijamur (hidroksiasparagin).
7. Glikosilasi
Modifikasi ini adalah proses yang sangat penting untuk sel eukariotik. Ini terjadi terutama pada residu serin dan asparagin, tetapi juga dapat terjadi pada hidroksiprolin atau hidroksilisin.
Ini terdiri dari penambahan molekul karbohidrat ke struktur protein dan dikatalisis oleh enzim glikosiltransferase dan terjadi terutama pada protein ekskretoris dan yang ditemukan di permukaan sel.
8. Prenilasi
Ini terdiri dari transfer gugus isoprenil (lipid) ke beberapa protein. Enzim yang bertanggung jawab adalah transferase spesifik kelompok.
Proses ini penting untuk pengikatan beberapa protein ke membran sel, tetapi juga terjadi selama transduksi sinyal, dll.
9. Ubiquitinasi
Ini adalah penambahan kovalen dari satu atau lebih salinan peptida yang dikenal sebagai ubiquitin . Penambahan ini menandai protein untuk degradasi menjadi kompleks protein yang dikenal sebagai proteasome 26S.
Ini mewakili sistem regulasi intraseluler yang sangat efisien, dan bertanggung jawab untuk menghancurkan protein melalui jalur yang bergantung pada ATP dan dengan partisipasi tiga enzim berbeda yang disebut E1, E2 dan E3.
Contoh
Fosforilasi dan glikosilasi adalah dua modifikasi pasca-translasi yang sangat penting untuk kehidupan seluler. Bukan hanya karena mereka mengendalikan banyak proses yang berhubungan dengan komunikasi dan siklus sel, tetapi juga karena mereka sangat umum di antara eukariota.
Protein p53, misalnya, adalah protein yang dikenal sebagai “penekan tumor” yang digunakan selama beberapa perawatan kanker. Aktivasinya tergantung pada aksi berbagai protein kinase yang bertanggung jawab untuk fosforilasi ujung N-terminalnya.
Di sisi lain, permukaan sel eukariotik mengandung sejumlah besar glikoprotein (protein yang dimodifikasi pasca-translasi dengan penambahan karbohidrat).
Banyak dari protein ini memiliki fungsi penting dalam pengenalan kekebalan, migrasi sel, pengenalan dan pengikatan reseptor, antara lain.
Referensi
- Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2015). Biologi sel esensial. Ilmu Garland.
- Cox, MM, & Nelson, DL (2008). Prinsip biokimia Lehninger. W. Freeman.
- Garrett, RH, & Grisham, CM (1999). Biokimia.
- Hijau, KD, & Garneau-Tsodikova, S. (2010). Modifikasi Protein Pascatranslasi.
- Walsh, CT, Garneau – Tsodikova, S., & Gatto Jr, GJ (2005). Modifikasi protein pascatranslasi: kimia diversifikasi proteom. Angewandte Chemie International Edition, 44 (45), 7342-7372.
