Proteolisis de la Proteínas
Glicoproteínas: Síntesis y Correlaciones Clínico
Acilación
Metilación
Fosforilación
Sulfatación
Prenilación
Modificaciones dependientes de la Vitamina
Modificaciones dependientes de la Vitamina K
Selenoproteínas
Ubiquitina y la degradación de proteínas selectivas
Regreso a la Página de Bioquímica Médica
Proteínas Secretadas y Asociadas a la Membrana Celular
Las proteínas que están en la membrana celuar o están destinadas para la excreción son sintetizadas por los ribosomas asociados con las membranas del retículo endoplasmático (ER). El ER asociado con los ribosomas se llama ER rugoso (RER). Esta clase de proteínas contienen un N-terminal denominado secuencia de señal o péptido de señal. El péptido de señal esta usualmente formado por 13–36 residuos hidrofóbicos El péptido de señal es reconocido por un complejo multiproteíco denominado partícula de reconocimiento de señal (SRP). Este péptido de señal es removido después de que este haya pasado la membrana del retículo endoplasmático. La remoción del péptido de señal es catalizado por la peptidasa de señal. Las proteínas que contienen un péptido de señal se llaman preproteínas para distinguirlas de las proproteínas. Sin embargo, algunas proteínas que están destinadas para la secreción son también proteolizadas luego de su secreción y, por lo tanto contienen secuencias pro. Esta clase de proteínas se llaman preproproteínas.
Mecanismo de la síntesis de proteínas asociadas o secretadas a la membrana celular. Los ribosomas se unen a la membrana del ER a través de la interacción de la partícula de reconocimiento de señal, SRP en el ribosoma con el receptor SRP en la membrana del ER. Al tiempo que la proteína es sintetizada la secuencia de señal pasa a través de la membrana del ER en el lumen del ER. Después de la síntesis el péptido de señal es removido por la acción de la peptidasa de señal. La síntesis continuará y si la proteína es secretada terminará totalmente en el lumen del ER. Si la proteína es asociada a la membrana, un motivo en la proteína detendrá la transferencia de la proteína a través de la membrana del ER. ƒste será el dominio de la proteína que atraviese la membrana celular.
Regreso al inicioProteólisis de la Proteína
La mayoría de las proteínas experimentan la proteolísis después de la traducción. La forma más simple es el retiro de la metionina de iniciación. Muchas proteínas son sintetizadas como precursores inactivos que son activados bajo condiciones fisiológicas apropiadas por proteolísis limitada. Las enzimas pancreáticas y las enzimas implicadas en la coagulación son ejemplos de lo último. Las proteínas precursoras inactivas que son activadas por el retiro de los polipéptidos se denominan proproteínas.
Un ejemplo complejo del proceso de post-traducción de una preproproteína es el procesamiento de la prepro-opiomelanocortina (POMC) sintetizada en la pituitaria (véase la página Hormonas del péptido para la discusión de POMC). Esta preproproteína experimenta divisiones complejas, las mismas que difieren dependiendo de la localización celular de la síntesis de POMC.
Otro ejemplo de una preproproteína es la insulina. Puesto que la insulina es secretada por el páncreas tiene un prepéptido. Luego de la ruptura de los 24 aminoácidos del péptido de señal, la proteína se dobla en proinsulina. La proinsulina es posteriormente procesadas dando lugar a la insulina activa que está compuesta de dos cadenas de péptidicas unidas a través de los enlaces disulfuro.
Otras proteínas (del tipo enzima) son sintetizadas como precursores inactivos llamados cimógenos. Los cimógenos son activados por proteólisis como es el caso de varias proteínas de la cascada de la coagulación sanguínea.
Regreso al inicioAcilación
Muchas proteínas son modificadas en su N-terminal luego de su síntesis. En la mayoría de los casos el iniciador metionina es hidrolizado y un grupo acetilo es añadido al nuevo aminoácido N-terminal. El acetil-CoA es el acetilo donante para estas reacciones. Algunas proteínas tienen el grupo miristoil de 14 carbonos añadido a sus N-terminales. El donante para esta modificación es mirisoil-CoA. Esta última modificación permite la asociación de la proteína modificada con las membranas. La subunidad catalítica de la proteín-kinasa dependeinete del cAMP (PKA) se encuentra miristoilado
Regreso al inicioMetilación
La metilación post-translacional de las proteínas ocurre en los Nitrógenos y en los Oxígenos, el donador de grupos metilos activado es la S-adenosilmetionina (SAM). Las mutilaciones más comunes están en la ε-amina de los residuos de lisina, metilaciones de nitrógeno adicionales se encuentran en el anillo imidasólico de la histidina, en el grupo guanino de la arginina y en los grupos R del glutamato y del asparato.
La N metilación es una modificación permanente y no se conocen enzimas en los mamíferos que puedan eliminar el grupo metilo. La metilación del oxígeno de los grupos R del glutamato y del aspartato también puede formar ésteres metilados. Las proteínas pueden ser metiladas también en los grupos R-tioles de la cisterna. La metilación de las histonas en el DNA es un regulador importante de la estructura de la cromatina y consecuentemente de la actividad transcipcional, como se indica a continuación muchas proteínas se modifican en su C-terminal por prenilación cerca de un residuo de cisterna en el concenso CAAX. Luego de la reacción de prenilación la proteína es rota en la unión peptídico de la cistína y el residuo de carboxilato es metilado por una proteína prenilada metiltransferasa. Una de esas proteínas que sufre esta modificación es el proto-oncogen RAS.
Regreso al inicioFosforilación
La fosforilación post-translacional es una de las modificaciones más comunes de las proteínas que ocurre en las células animales. La extensa mayoría de fosforilaciones ocurren como un mecanismo para regular la actividad biológica de una proteína y por tanto son transitorias. En otras palabras un fosfato (o más de uno en muchos casos) es añadido y luego es removido.
Ejemplos fisiológicamente relevantes son de fosforilaciones que ocurren en la glicógeno sintasa y glicógeno fosforilasa en los hepatocitos en respuesta a la liberación del glucagón desde el páncreas. La fosforilación de la sintetasa inhibe su actividad, mientras que, la actividad de la fosforilasa es aumentada. Estos dos acontecimientos conducen al incremento de la entrega hepática de glucosa a la sangre.
Las enzimas que fosforilan las proteínas son denominadas cinazas y las que remueven fosfatos se denominan fosfatasas. Las proteín cinazas catalizan las reacciones del siguiente tipo:
ATP + proteína <——> fosfoproteina + ADP
En las células animales la serina, la treonina y la tirosina son los aminoácidos sujetos de fosforilación. El grupo más grande de cinazas son aquellas que fosforilan las serinas o las treoninas y como tal se denominan serina/treonina cinazas. El cociente de fosforilación de los tres diferentes aminoácidos es aproximadamente 1000/100/1 para serina/ treonina/tirosina.
Aunque el nivel de fosforilación de tirosina es menor, la importancia de la fosforilación de este aminoácido es profunda. Como un ejemplo, la actividad de los numerosos receptores del factor de crecimiento es controlada por la fosforilación de tirosina.
Regreso al inicioSulfatación
La modificación del sulfato de las proteínas ocurre en los residuos de tirosina como en el caso del fibrinógeno y en algunas proteínas secretadas (eg. gastrina). El donante universal de sulfato es 3'-fosfoadenosil-5'-fosfosulfato (PAPS).
Puesto que el sulfato es agregado permanentemente es necesario para la actividad biológica y no es utilizado como una modificación regulatoria como la de fosforilación de tirosina.
Regreso al inicioPrenilación
La prenilación se refiere a la adición del grupo farnesil de 15 carbonos o del grupo geranilgeranil de 20 carbonos a proteínas receptoras, que son compuestos isoprenoides derivados de la vía de biosíntesis del colesterol. Los grupos isoprenoides son unidos a los residuos de cisteína en el carboxi terminal de las proteínas en un acoplamiento tioéter (C-S-C). Una secuencia común de consenso en el terminal C de las proteínas preniladas ha sido identificado y se compone de CAAX, donde C es cisteína, A es cualquier aminoácido alifático (excepto alanina) y X es el aminoácido C-terminal. Para que la reacción de prenilación ocurra los tres aminoácidos C-terminal (AAX) primero son removidos. Luego de la unión del grupo prenilado el carboxilato de la cisteína es metilado en una reacción que utiliza S-adenosilmetionina como donante metílico.
Algunas de las proteínas más importantes cuyas funciones dependen de la prenilación son aquellas que modulan la respuesta inmune. Estas proteínas incluyen aquellas involucradas en la motilidad, activación y proliferación de leucocitos y en las funciones inmunes de las células endoteliales. Son estos roles que modifican la respuesta inmune de muchas proteínas preniladas que son la base de las acciones antiinflamatorias de los fármacos que inhiben la síntesis de colesterol llamadas estatinas, debido a que estas disminuyen la síntesis de farnesil pirofosfato y generanil pirofosfato y por tanto reducen los eventos inflamatorios. Otros ejemplos importantes de proteínas preniladas incluyen a la proteína ligadora e hidrolizante de GTP llamada RAS y la subunidad gama de la proteína visual transducin, las cuales son farnesiladas. Además, varias proteínas que se unen e hidrolizan el GTP (llamadas proteínas-G) de las cascadas de señalización intracelular tienen subunidades γ modificadas por la adición de generanilgeneranil.
Regreso al inicioModificaciones Dependientes de la Vitamina C
Modificaciones de las proteínas que dependen en la vitamina C como un cofactor incluye hidroxilaciones de prolina y lisina y amidación del carboxi terminal. Las enzimas que hidroxilan son identificadas como prolil hidroxilasa y lisil hidroxilasa. El donante de la amida para la amidación de C-terminal es la glicina. Las proteínas hidroxiladas más importantes son los colágenos. Varias hormonas peptídicas tales como oxitocina y vasopresina tienen amidación C-terminal.
Regreso al inicioModificaciones Dependientes de la Vitamina K
La vitamina K es un cofactor en la carboxilación de los residuos del ácido glutámico. El resultado de este tipo de reacción es la formación de un γ-carboxiglutamato (gamma-carboxiglutamato), designado como un residuo gla.
Estructura de un residuo gla
La formación de residuos gla dentro de varias proteínas de la cascada de la coagulación sanguínea es crítica para su función normal. La presencia de residuos gla permite que la proteína quele los iones de calcio y por lo tanto rinda una conformación alterada y una actividad biológica a la proteína. Los anticoagulantes basados en cumarin, warfarina y dicumarol funcionan por inhibición de la reacción de carboxilación.
Regreso al inicioSelenoproteínas
El selenio es un oligoelemento y se encuentra como un componente de varias enzimas procarióticas y eucarióticas que están envueltas en reacciones redox. El selenio en estas selenoproteínas es incorporado como aminoácido único, selenocisteina, durante la tranducción. Una selenoenzima particularmente importante en eucariótes es la glutatión peroxidasa. Esta enzima es requerida durante la oxidación de glutatión por el peróxido de hidrógeno (H2O2) e hidroperóxidos orgánicos.
Estructura del Residuo de Selenocisteina
La incorporación de selenocisteína por la maquinaria translacional ocurre vía un mecanismo interesante y único. El tRNA para la selenocisteína es cargado con serina y después enzimáticamente selenilado para producir la selenocisteinil-tRNA. El anticodón de selenocisteinil-tRNA interactúa con un codón de parada en el mRNA (UGA) en vez de un codón de serina. La selenocisteinil-tRNA tiene una estructura única que no es reconocida por la maquinaria de terminación y es traída dentro del ribosoma por un factor específico dedicado de elongación. Un elemento en la región 3'no-traducida (UTR) de las selenoproteínas mRNAs determina si UGA es leído como codón de parada o como codón de selenocisteína.
Regreso al inicioUbiquitina y la Degradación de Proteínas Selectivas
Las proteínas están en un continuo estado de flujo, siendo sintetizados y degradados. Además, cuando se dañan las proteínas que deben ser degradadas para evitar aberrantes actividades de la proteínas defectuosas y / o otras proteínas asociadas con los que han sido dañados. Uno de los principales mecanismos para la la destrucción de las proteínas celulares implica una estructura compleja a que se refiere el proteosome. En la eukayotic células proteosome se encuentra en el citosol y la núcleo y tiene una gran masa que tiene un coeficiente de sedimentación 26S. El 26S proteosome con un barril 20S en forma de catalizador básico, así como 19S complejos de regulación en ambos extremos. La degradación de las proteínas en el proteosome se produce a través de una ATP-dependientes de mecanismo.
Proteínas que han de ser degradadas por la proteosome son etiquetados por primera archivo adjunto de multimers de los 76 aminoácidos del polipéptido ubiquitina. Muchos proteínas que participan en la regulación del ciclo celular, el control de la proliferación y la diferenciación, muerte celular programada (apoptosis), la reparación del ADN, inmunológico y procesos inflamatorios y la biogénesis organelo se han descubierto a someterse a regulados a través de la degradación del 26S proteosome. De importancia clínica son los los recientes descubrimientos de la liberalización que las funciones de la proteosome puede contribuir a la patogénesis de diferentes enfermedades humanas como el cáncer, enfermedades mieloproliferativas, y las enfermedades neurodegenerativas.
La degradación de las proteínas a través de la 26S proteosome implica un paso de dos proceso a partir de ubiquitination de la proteína seguida por la entrada y la la degradación por la proteosome complejo con la liberación de ubiquitina monómeros que se pueden volver a utilizarse para etiquetar proteínas adicionales. El proceso de ubiquitina además de la sustrato de la proteína ubiquitina implica múltiples adiciones de tal forma que el objetivo proteína es polyubiquitinated.
Embargo de ubiquitina implica una serie de tres actividades enzimáticas. El primero de ellos, identificado como E1 (también llamado ubiquitina-activación de enzimas), activa la ubiquitina en un ATP-dependientes de manera tal que la ubiquitina se une a la enzima E1 a través de una de alta energía tiol éster. La próxima clase de enzima, denominada E2 (también llamado ubiquitina-conjugar las enzimas o ubiquitina-porteador proteínas), las transferencias la ubiquitina a través de un éster E2 tiol intermedio a la proteína sustrato. El sustrato de las proteínas son reconocibles por la E2, ya que están obligados por la tercera clase de enzima llamada E3 o la proteína ubiquitina-ligases. El E3 enzimas llevar a cabo la último paso en el proceso, que es el embargo covalentes de la ubiquitina a la sustrato de la proteína. La ubiquitina es generalmente trasladado a la ε-amino grupo de una interna de residuos de lisina en el sustrato de la proteína. Sin embargo, existen ejemplos la ubiquitina que se adjunta a la N-terminal amino grupo en un sustrato proteína. Considerando que, ubiquitination objetivos de la degradación de las proteínas en el proteosome tiene que haber un mecanismo que garantice que los etiquetados indebidamente proteínas, es decir, los que no se destinen a la degradación, se puede untagged. Hay una familia de enzimas llamado isopeptidases que llevan a cabo este vital función de la ubiquitina de la eliminación de proteínas a la que erróneamente se adjunto.
Proceso de ubiquitination y proteosome mediada por la degradación de proteínas
Inactivación de una actividad crítica como la que catalizadas por enzimas de la E1 en los resultados de letalidad. Sin embargo, existen numerosos estados patológicos que pueden debe atribuirse, en parte, a mutaciones en el reconocimiento motivos en ubiquitination sustratos y enzimas en el proceso de ubiquitination. Enfermedades de los Estados asociados con la modificación del sistema ubiquitina se pueden clasificar en dos grupos. Uno grupo de los resultados de una pérdida de función de la mutación en un sistema ubiquitina enzima o objetivo de proteínas que los resultados en la estabilización de la proteína que normalmente ser degradados. El otro grupo los resultados de ganancia de función de mutaciones que resultan en anormal o acelerar la degradación de las proteínas objetivo. El más evidente enfermedad que se puede esperar que surjan como resultado de una defectuosa ubiquitination procesos de cáncer. De hecho, muchos tumores se sabe que resultado de la defectuosa mediada por ubiquitina de degradación de la promoción del crecimiento proteínas, tales como FOS, MYC, y SRC. Del mismo modo, inapropiado degradación de los principales reguladores de la progresión del ciclo celular, como el supresor tumoral p53 y P27KIP1 (CDKN1B), que es un inhibidor de la ciclina dependientes de quinasas (CDKs que controlan la progresión a través de el ciclo celular) también está asociada con diversos tipos de cáncer. Además de cáncer, defectos ubiquitination se encuentra asociada con neurodegenerativas enfermedades como la enfermedad de Parkinson, la enfermedad de Alzheimer, y amyotrophic lateral esclerosis.
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Michael W. King, Ph.D / IU School of Medicine / miking at iupui.edu