1631210423-dd63b2ccce72ba4fa765950dffd71be8 (Лекция 12 - Посттрансляционная и химическая модификация белков), страница 2

Ускоряя стадии,лимитирующие скорость сворачивания, ферментыспособствуют приобретению белком нативной структуры,снижая риск протеолитической деградации и агрегациилабильных промежуточных форм.Большое значение для функционирования ивнутриклеточного транспорта белков имеет, кроме того, посттрансляционная модификция отдельных аминокислотныхостатков (например, их гликозилирование (см.

4б 5 на рис.справа, фосфорилировние (см. 7 на рис. справа). О них, атакже о других типах посттрансляционной модификацииречь пойдет в других лекциях.ПОСТТРАНСЛЯЦИОННАЯ МОДИФИКАЦИЯ БЕЛКОВ.Внутриклеточная регуляция формирования нативнойпространственной структуры белков.Вторая группа – это процессы, которые приводят к химической модификации боковыхрадикалов аминокислотных остатков, как правило, не затрагивающих полипептидногоостова. Их химическая природа и функциональное значение весьма разнообразны.

Приэтом каждый тип модификации характерен для определенных групп аминокислотныхостатков. В результате этих процессов протеома клетки или организма по числу еекомпонентов на порядки превосходит число генов, кодирующих белки протеомы.КЛАССИФИКАЦИЯ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ ПО КОНЕЧНОМУ РЕЗУЛЬТАТУ,МЕХАНИЗМУ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ• 1. Ацилирование, ацетилирование, убиквитинилирование (нуклеофильноезамещение через стадии присоединение-отщепление).• 2.

Фосфорилирование (нуклеофильное замещение).• 3. Алкилирование (нуклеофильное замещение).• 4. ADP-рибозилирование (нуклеофильное замещение).• 5. Изопренилирование (нуклеофильное замещение).РЕАКЦИИ НУКЛЕОФИЛЬНОГО ПРИСОЕДИНЕНИЯ-ОТЩЕПЛЕНИЯ.Ацилирование, ацетилирование, убиквитинилирование белков• Сначала нуклеофил присоединяется к атому углерода группы С=О с образованиемнестабильного промежуточного аниона (интермедиата). Механизм реакции иногданазывают тетраэдрическим, так как атом углерода при этом переходит из sp2- в sр3гибридноесостояниеипринимаеттетраэдрическуюконфигурацию.На второй стадии от интермедиата отщепляется частица Z и атом углерода вновьстановится sp2-гибридизованным.

Таким образом, эта реакция замещения включаетстадии присоединения и отщепления.Легкость нуклеофильной атаки зависит от величины частичного положительногозаряда δ+ на атоме углерода карбонильной группы. В функциональныхпроизводных карбоновых кислот он увеличивается с ростом -I-эффектазаместителя Z и уменьшается с увеличением его M-эффекта.Функциональные производные кислот обладают разной реакционнойспособностью в реакциях ацилирования.

Наиболее активны хлорангидриды иангидриды; из них можно получать практически любые производные кислот.Сами кислоты и сложные эфиры (с остатками алифатических спиртов) значительно менее активные ацилирующие агенты. Реакции замещения с ихучастием проводятся в присутствии катализаторов. Амиды вступают в реакцииацилирования еще труднее, чем кислоты и сложные эфиры.ФУНКЦИЯ БЕЛКОВ, ТРЕБУЮЩАЯ ПОСТТРАНСЛЯЦИОННОЙ МОДИФИКАЦИИ БОКОВЫХ РАДИКАЛОВДля проявления функциональной активностиряда белков необходимо наличие в их составеопределенныхковалентносвязанныхсполипептидной цепью простетических групп,как правило, сложных органических молекул,непосредственно участвующих в проявленияхэтих активностей.

К такому типу модификацийотноситсяпревращениякаталитическинеактивных апобелков в ферменты.Вкачествепримераможнопривестипируваткарбоксилазу – сложный олигомерныйбелок (см. механизм ферментативной реакциина следующем слайде, рис. 16-16). Молекулафермента содержит 4 простетические группы,представленные остатком биотина, которыйковалентно связан амидной связью с остаткамилизина в белке, находящимися в активномцентре фермента.Ацилирование аминогруппы лизина остаткамибиотина идет через активацию карбоксильнойгруппы биотина путем превращения ее всмешанный ангидрид АМP-биотин. В этойреакции в качестве источника энергиииспользуется АТР.Синтез оксалоацетата – анаплеротическаяреакция цикла трикарбоновых кислотНаиболее важная анаплеротическая реакция вживотных тканях – это ферментативноекарбоксилирование пирувата за счет СО2 собразованием оксалоацетата.

Катализирует этуреакцию фермент пируваткарбоксилаза. Молекулафермента содержит 4 простетические группы, каждаяиз которой состоит из одной молекулы биотина,ковалентно связанного с аминогруппой особогоостатка лизина, находящегося в активном центре.Свободная СО2, предшественник новой карбоксильнойгруппы оксалоацетата, сначала активируется путемприсоединения к одному из атомов азота в молекулебиотина. Эта активация, связанная с расходованиемАТР, составляет первую стадию реакции.

На второйстадии, протекающей также в активном центрепируваткарбоксилазы, новая карбоксильная группа,ковалентно связанная с простетической группойфермента, переносится на пируват с образованиемоксалоацетата.См. механизм на слайде рис. 16-16.Активация карбоксильной группы путем образования смешанного ангидридаДля проявления функциональной активности ацилтрансфераз, входящих в составпируватдегидрогеназного и α-кетоглутаратдегидрогеназного комплексов, также необходимо наличие в ихсоставе определенных ковалентно связанных с полипептидной цепью простетических групп (остаткалипоевой кислоты).АЦИЛТРАНСФЕРАЗЫ осуществляют перенос углеродных фрагментов на СоА через восстановительноеацилирование липоамида в процессах окислительного декарбоксилирования -кетокислот.

См. механизмна следующем слайде.Мультиферментные комплексы как способ совершенной организации систем биохимических реакций.Пируватдегидрогеназный и α-кетоглутаратдегидрогеназный комплексыУглеводы, жирные кислоты и большинство аминокислот окисляются в конечном счете через цикл лимонной кислоты доСО2 и Н2О. Однако, прежде чем эти питательные вещества будут вовлечены в цикл, их углеродный скелет должен бытьразрушен, а его фрагменты должны превратиться в ацетильные группы ацетил-КоА, потому что именно в этой формецикл лимонной кислоты принимает большую часть поступающего в него «топлива». α-Кетоглутаратдегидрогеназныйкомплекс по структуре и функциям сходен с пируватдегидрогеназным комплексом, о котором вы можете прочитать вучебнике Северина «Биохимия» на стр.

283-285.РЕАКЦИИ НУКЛЕОФИЛЬНОГО ПРИСОЕДИНЕНИЯ-ОТЩЕПЛЕНИЯ.Аспирин (ацетилсалициловая кислота) как ацилирующий реагент.Аспирин действует в реакциях ацетилированиякак активированный эфир.Модификации могутрадикалы лизина.подвергатьсябоковыеЕго часто применяют в схемах лечениякороновируса SARS-CoV-2. Однако. Преждечем принимать данный препарат, загляните настр. 428 учебника Северин «Биохимия».Аспирин (ацетилсалициловая кислота) как ацилирующий реагент.

Более 125 лет со дня синтезаОстается самым изученным, эффективным и доступным антитромбоцитарным препаратом и является универсальнымлекарственным средством для профилактики и лечения сердечно-сосудистых заболеваний. Противовоспалительный нестероидныйпрепарат аспирин обеспечивает фармакологическое действие за счет ингибирования фермента циклооксигеназы, катализирующегореакцию образования простагландинов из арахидоновой кислоты. В результате реакции ацетильный остаток аспиринаприсоединяется к свободной ОН –группе серина циклооксигеназы. Это вызывает снижение образования продуктов реакциипростагландинов, которые обладают широким спектром биологических функций, в том числе являются медиаторами воспаления.Модификация боковых радикалов белков в «природе»По ацилирующей способности все ацилкоферменты А и в том числе ацетилкофермент А, будучитиоэфирами, занимают «золотую середину» между высокореакционными ангидридами ималоактивными карбоновыми кислотами и сложными эфирами.

Их достаточно высокаяактивность обусловлена, в частности, повышенной стабильностью уходящей группы - анионаCoA-S- - по сравнению с гидроксид- и алкоксид-ионами кислот и сложных эфиров соответственно.Тиоэфиры - серные аналоги сложных эфиров - находят весьма ограниченное применение вклассической органической химии, но играют важную роль в организме. С их участиемосуществляется, например, регуляция экспрессии генов и клеточной дифференцировкипри разных условиях среды.ПОСТТРАНСЛЯЦИОННАЯ МОДИФИКАЦИЯ БЕЛКОВ.Мы наследуем нечто большее, чем сумму генов, а по мнению Нобелевскоголауреата Д. Уотсона, «что-то еще и кроме последовательностей ДНК».Эпигенетика – наука о наследуемых свойствах организма, которые не связаны с изменением собственно нуклеотидной последовательности ДНК имогут быть не прямо, а опосредованно закодированы в геноме.

К числу известных эпигенетических механизмов (сигналов) относятся: энзиматическоеметилирование и ацетилирование ДНК, гистоновый код (разные энзиматические модификации гистонов – ацетилирование, метилирование,фосфорилирование, убиквитинирование и др.) и замалчивание генов малыми РНК (miRNA, siRNA). Эти процессы связаны с изменением структурнойи функциональной организации хроматина.Селективное ацетилирование некоторых остатков лизина обеспечивает специфичноесродство хроматина к определенным факторам транскрипции и, таким образом,предопределяет, какие гены будут экспрессироваться.

Поэтому распределение точекацетилирования по гистонам и по их аминокислотным остаткам является важным факторомрегуляции транскрипции хроматина, и обычно рассматривается, как один из элементов«гистонового кода». В целом под «гистоновым кодом» подразумевается весь набормодификаций аминокислотных остатков в N- и С-концевых последовательностях гистонов(фосфорилирование,ацетилирование,метилирование,ADP-рибозилирование),определяющий функциональное состояние гена в отношении процессов репликации итранскрипцииДонором ацетильных групп является ацетилкофермент А.

При этом исчезаетположительный заряд, что приводит к перераспределению заряда всей белковой молекулы,увеличению гидрофобности и размера боковой цепи модифицированной аминокислоты.Это, в частности, служит сигналом связывания с гистонами факторов транскрипции иинициации процесса транскрипции.Бромодомен распознаетацетилированные лизиныБЕЛКИ МЕМБРАН. АЦИЛИРОВАНИЕ БЕЛКОВ ОСТАТКАМИ ВЫСШИХ ЖИРНЫХ КИСЛОТ.Роль мембранного «якоря» может выполнять ковалентно связанный с белком остаток жирной кислоты (миристиновойили пальмитиновой). Белки, связанные с этими жирными кислотами, локализованы в основном на внутреннейповерхности плазматической мембраныБЕЛКИ МЕМБРАН.

АЦИЛИРОВАНИЕ БЕЛКОВ ОСТАТКАМИ ВЫСШИХ ЖИРНЫХ КИСЛОТ.Кроме ацетилирования в природе довольно широкораспространено посттрансляционное ацилированиеостатками высших жирных кислот, миристиновой(СН3(СН2)12СО ) по аминогруппе N-концевогоглицина и пальмитиновой по SH- группе остаткацистеина (СН3(СН2)14СО).

В обоих случаяхацилирование осуществляется соответствующимацилкоферментом А, образующимся в качествепромежуточного продукта при окислительнойдеструкции более длинных жирных кислот.Миристоилирование глицина является необратимымпроцессом. Введение остатка миристоила изменяетлипофильность белковой молекулы и способствуетслабому и обратимому взаимодействию белка сфосфолипидными мембранами или гидрофобнымидоменами других белков.

Подобное взаимодействиенеобходимо для участия в процессах сигнализации,апоптозе, внеклеточном транспорте белков.Убиквитинилирование белковСхема введения остатка (остатков) убиквитина в белок-субстрат. Е1-SH - убиквитинактивирующий фермент, Е2-SH – убиквитин-переносящий белок, Е3 – убиквитинпротеин лигаза. Ub  остаток убиквитина.OOATP + UbCO-E1-SHE3OAMP, PPiE1-SCUbсубстратE2-SCUbE2-SHсубстрат-Ubn• Шапероны, взаимодействуя с синтезированными и не получившими правильнойпространственной структуры полипептидами, выступают кофакторами ферментовубиквитинилирования, так как содержат убиквитин-узнающий домен.