16_Chemiczne_modyfikacje_reszt_aminokwasow.pdf

16. CHEMICZNE MODYFIKACJE

RESZT AMINOKWASOWYCH

Iwona ś ak

-karboksylacji, acetylacji, metylacji, hydroksylacji, acylacji:

mirystylacji i palmitylacji, prenylacji: farnezylacji i geranylogeranylacji, tworzenia

glikozylofosfatydyloinozytolowych (GIP)-pochodnych, racemizacji, ADP-rybozy-

lacji, adenylacji, ubikwitynacji, sieciowania białek z udziałem poliamin, tworzenia

allizyny i poprzecznych wi ą za ń mi ę dzy ła ń cuchami polipeptydowymi, glikozylacji

oraz glikacji nieenzymatycznej.

FOSFORYLACJA

Reakcje fosforylacji polegaj ą na przeniesieniu ko ń cowej grupy fosforanowej

) z ATP na atom tlenu grupy hydroksylowej specyficznej reszty aminokwa-

sowej, mianowicie: Ser, Thr lub Tyr.

ATP

ADP

C C

fosfataza

C C

CH 2

kinaza serynowa

CH 2

O -

CH 2

P i

- O

reszta seryny-

polipeptydu

reszta seryny-

polipeptydu

reszta fosfoseryny-

polipeptydu

Zmodyfikowane białko na skutek fosforylacji uzyskuje dwa dodatkowe

ujemne ładunki. Fosforylacja reszty seryny w polipeptydzie zmniejsza podatno ść

białka na proteoliz ę . Fosforylacja histonu H1 towarzyszy kondensacji chromoso-

mów podczas mitozy.

275

Posttranslacyjnym modyfikacjom ła ń cuchów bocznych aminokwasów ulega

15, spo ś ród 20 aminokwasów białkowych, z wyj ą tkiem alaniny, waliny, leucyny,

izoleucyny i metioniny.

Chemiczne modyfikacje reszt aminokwasowych w białkach polegaj ą na re-

akcjach: fosforylacji,

(czyli

Doł ą czona do białka grupa fosforanowa mo Ŝ e tworzy ć trzy wi ą zania wodo-

rowe, które dzi ę ki tetraedrycznemu układowi przestrzennemu s ą silnie ukierunko-

wane. Zmiany te mog ą powodowa ć znoszenie dotychczasowych oddziaływa ń elek-

trostatycznych w białku i przyczynia ć si ę do tworzenia nowych oddziaływa ń . Po-

wstaj ą ce w ten sposób zmiany strukturalne mog ą zasadniczo zmienia ć aktywno ść

biologiczn ą białka, w tym aktywno ść katalityczn ą , wi ą zanie substratu, je ś li fosfo-

rylowanym białkiem jest enzym.

Fosforylacja jest skutecznym sposobem aktywacji wielu białek, ale s ą i takie

białka, które w wyniku fosforylacji ulegaj ą inaktywacji (np. fosforylaza glikoge-

nowa jest aktywowana, a syntaza glikogenowa inaktywowana). Wiele enzymów,

kanałów i innych białek wewn ą trzkomórkowych jest regulowana dzi ę ki fosforyla-

cji. Proces ten zachodzi wewn ą trz komórki, gdzie jest du Ŝ e st ęŜ enie ATP. Białka

zewn ą trzkomórkowe nie s ą regulowane przez odwracaln ą fosforylacj ę .

Reakcje fosforylacji, zachodz ą ce w organizmie s ą katalizowane enzymatycz-

nie przez kinazy (fosfotransferazy), w ś ród których wyró Ŝ nia si ę dwie klasy: kinazy

białkowe fosforyluj ą ce Ser lub Thr (klasa I) i kinazy białkowe fosforyluj ą ce Tyr

(klasa II). Defosforylacj ę , czyli hydroliz ę wi ą zania z regeneracj ą grupy wodoro-

tlenowej aminokwasu w białku i uwolnieniem ortofosforanu (P i ), katalizuj ą fosfa-

tazy, które znosz ą skutki działania kinaz.

Białka mog ą podlega ć cyklicznej przemianie mi ę dzy form ą ufosforylowan ą

i nieufosforylowan ą , z szybko ś ci ą zale Ŝ n ą od aktywno ś ci kinaz i fosfataz w ko-

mórce. Fosforylacja i defosforylacja mog ą przebiega ć w czasie krótszym ni Ŝ jedna

sekunda lub trwa ć kilka godzin. Skutkiem fosforylacji jest cz ę sto silne wzmocnie-

nie pocz ą tkowego sygnału np. hormonalnego. Jedna cz ą steczka zaktywowanej ki-

nazy mo Ŝ e w krótkich odst ę pach czasu ufosforylowa ć setki białek docelowych,

które je ś li s ą enzymami, przekształc ą du Ŝą ilo ść substratu.

KARBOKSYLACJA

-karboksyglutaminianu w białkach

uczestnicz ą cych w krzepni ę ciu krwi dostarcza miejsc wi ąŜą cych jony Ca +2 , prze-

kształcaj ą c je ze słabych chelatorów wapnia w silne. Reakcja katalizowana jest

przez system enzymatyczny zale Ŝ ny od witaminy K.

Jednym z białek uczestnicz ą cych w krzepni ę ciu krwi jest protrombina, która

w rejonie swego N-ko ń ca polipeptydu posiada 10 reszt glutaminianu, ulegaj ą cych

procesowi karboksylacji. Wytworzone

Karboksylacja reszt glutaminianu do

-karboksyglutaminiany w protrombinie

wi ąŜą jony wapnia, dzi ę ki czemu protrombina wi ąŜ e si ę z fosfolipidami błonowy-

mi płytek krwi.

Zwi ą zanie protrombiny z powierzchni ą płytek krwi uprzyst ę pnia j ą innym

czynnikom krzepni ę cia (mianowicie: czynnikowi X i V), które przekształcaj ą pro-

276

trombin ę w trombin ę . Aktywna trombina mo Ŝ e przekształca ć fibrynogen w fibry-

n ę .

Pod wpływem antykoagulantów (np. dikumarolu) lub gdy w organizmie

brak jest witaminy K, protrombina nie zawiera

C C

HCO 3 - O 2

Wit K

C C

CH 2

COO -

reszta glutamylowa-

polipeptydu

reszta

karboksyglutamylowa -

polipeptydu

Karboksylacja grup e-aminowych lizyny w białku zwi ę ksza jego podatno ść

na proteoliz ę .

ACETYLACJA

-aminow ą ła ń cucha bocznego li-

zyny. W wyniku tej odwracalnej reakcji acetylacji powstaje N e -acetylolizyna. Ace-

tylacja obni Ŝ a ładunek dodatni lizyny. Acetylacja reszt lizyny w N-ko ń cowych do-

menach histonów rdzeniowych oktameru nukleosomowego towarzyszy aktywnej

transkrypcji chromatyny.

H 3 C

C S CoA

CoASH

C C

acetylotransferaza

C C

CH 2

NH 3

deacetylaza

CH 2

N H

CH 3

CH 3 COO -

octan

reszta N ε -acetylolizyny-

polipeptydu

Usuni ę cie reszty octanu z białka odbywa si ę przy udziale deacetylazy.

277

-karboksyglutaminianów, dlatego

nie wi ąŜ e jonów Ca i proces krzepni ę cia krwi zostaje zahamowany.

Acetylacja jest modyfikacj ą chemiczn ą szczególnie rozpowszechnion ą

w ś ród białek j ą der komórkowych. Proces ten katalizuj ą acylotransferazy przeno-

sz ą ce reszt ę acetylow ą z acetylo-CoA na grup ę

reszta lizyny-polipeptydu

-aminowa N-

-ko ń cowego aminokwasu polipeptydu, sprawia to, Ŝ e tak zmodyfikowane białko

ma zmniejszon ą podatno ść na proteoliz ę .

W nieodwracalnej acetylacji białek modyfikowana jest grupa

METYLACJA

Reakcj ę metylacji katalizuj ą metylotransferazy, które przenosz ą grup ę mety-

low ą z aktywnego donora (S-adenozylometioniny lub betainy) na akceptor metylu.

Akceptorami grupy metylowej mog ą by ć atomy azotu grupy aminowej w ami-

nokwasach zasadowych i glutaminie oraz atom tlenu w asparaginie.

S-aden ozyl ometi onin a

S-aden ozylohom ocys teina

C C

CH 2

CH 3 OH

H 2 O

COO -

C O CH 3

reszta glutaminianu-

polipeptydu

metyloglutamylowa-

polipeptydu

HYDROKSYLACJA

Reakcji hydroksylacji ulegaj ą dwa aminokwasy, mianowicie lizyna i prolina,

które w wyniku tej reakcji s ą przekształcane do 5-hydroksylizyny oraz 4-hydroksy-

proliny, a nieco rzadziej do 3-hydroksyproliny. Proces hydroksylacji jest katalizo-

wany przez dioksygenazy, inaczej zwane hydroksylazami lub oksygenazami hy-

droksyluj ą cymi.

NADPH + + H +

C C

CH 2

COO -

NADP

CH 2

COO -

CH 2

NH 3

+ CH 2 + O 2

CH 2

C O

COO -

askorbinian

CH 2 + CH 2 + CO 2

CH 2

NH 3

CH 2

5-dioksygenaza

lizyny 2-oksoglutaranu

COO -

reszta lizyny-

polipeptydu

2-okso-

glutaran

reszta 5-hydroksy-

lizyny polipeptydu

bursztynian

Dioksygenazy wbudowuj ą jeden atom zaktywowanego tlenu cz ą steczkowe-

go w substrat (lizyn ę lub prolin ę ) z wytworzeniem w nim grupy –OH. Podczas

278

reszta

przebiegu reakcji potrzebny jest czynnik redukuj ą cy (NADPH+H + ), który powodu-

je redukcj ę drugiego atomu tlenu do wody.

NADPH + + H +

NADP

COO -

N CH

+ CH 2 + O 2

CH 2

C O

COO -

N CH

+ CH 2 + CO 2

CH 2

askorbinian

H 2 C

CH 2

H 2 C

CH 2

4-dioksygenaza

proliny 2-oksoglutaranu

COO -

CH 2

reszta proliny-

polipeptydu

2-okso-

glutaran

reszta

4-hydroksyproliny-

polipeptydu

bursztynian

Hydroksylacja proliny i lizyny przebiega w obecno ś ci 2-oksoglutaranu, któ-

ry przekształcany jest w oksydacyjnej dekarboksylacji do bursztynianu. Proces

hydroksylacji do hydroksylizyny i hydroksyproliny wymaga obecno ś ci witaminy C

(askorbinianu) jako czynnika redukuj ą cego. Askorbinian utrzymuje w niezmien-

nym stanie jon Ŝ elazawy, znajduj ą cy si ę w centrum aktywnym oksygenaz hydrok-

syluj ą cych.

ACYLACJA

Acylacja jest chemiczn ą modyfikacj ą białek, w wyniku której rozpuszczalne

białko cytoplazmatyczne uzyskuje hydrofobow ą kotwic ę (acyl), która umo Ŝ liwia

zaczepienie białka w błonie. Przykładami acylacji mog ą by ć reakcje mirystylacji

i palmitylacji.

Mirystylacja polega na przeniesieniu reszty kwasu mirystynowego (C 14 )

(lub innej grupy acylowej) na N-ko ń cow ą reszt ę glicyny polipeptydu. W wyniku

tej reakcji powstaje na N-ko ń cu polipeptydu N-mirystoiloglicyna, w której obecne

jest wi ą zanie peptydowe wytworzone z grupy –COOH kwasu mirystynowego

i grupy NH 2 - aminokwasu. Aktywnym donorem reszty acylowej jest mirystoilo-

-CoA. Reakcj ę katalizuje enzym transferaza N-mirystoilu. Mirystylacja umo Ŝ liwia

zmodyfikowanemu białku interakcj ę z receptorem błonowym lub z dwuwarstw ą

lipidow ą .

279

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: