Modificación postraducional

As modificacións postraducionais (MPT) son as modificacións químicas que sofren as proteínas despois da súa tradución nos ribosomas. É un dos pasos finais na síntese de proteínas e, por tanto, da expresión xénica, para moitas proteínas. Moitas proteínas non poderían exercer as súas funcións se non sofren estes cambios.

Modificación postraducional da insulina.

Modificación postraducional
Instancia de	proceso biolóxico
Subclase de	protein modification process (en)
[ Wikidata ] [ C:Commons ]

Unha proteína ou cadea polipeptídica é unha cadea de aminoácidos. Durante a síntese de proteínas, poden incorporarse á proteína en formación 20 aminoácidos diferentes. Despois da tradución, a modificación postraducional dun aminoácido amplía as posibles funcións da proteína ao unirlle outro grupo químico funcional (como acetato, fosfato, varios lípidos e carbohidratos), ou cambiar a natureza química do aminoácido (por exemplo, citrulinación), ou provocando cambios estruturais (por exemplo, formación de pontes disulfuro).

Ademais, os encimas poden eliminar aminoácidos do extremo N-terminal da proteína, ou cortar a cadea peptídica polo medio. Por exemplo, a hormona peptídica insulina sofre dous cortes antes de que se formen as pontes disulfuro, e elimínase un propéptido da parte media da cadea; a proteína resultante consta de dúas cadeas polipeptídicas conectadas por pontes disulfuro. Tamén, a maioría dos polipéptidos nacentes empezan co aminoácido metionina porque o codón de inicio do ARNm codifica ese aminoácido, pero este aminoácido xeralmente é separado da proteína durante as modificacións postraducionais.

Outras modificacións, como a fosforilación, son parte habitual dos mecanismos para controlar o estado de funcionamento da proteína, por exemplo activando ou inactivando un encima.

A modificación postraducional das proteínas é detectada por espectrometría de masas ou pola técnica do Eastern blotting.

Adición de grupos funcionais

Código xenético.^[1] que mostra os aminoácidos como dianas da modificación.

Adición encimática in vivo

Adición de grupos hidrófobos para localizar moléculas en membranas

• miristoilación, unión dun miristato, un ácido graxo saturado C₁₄
• palmitoilación, unión dun palmitato, un ácido graxo saturado C₁₆
• isoprenilación ou prenilación, adición dun grupo isoprenoide (por exemplo, farnesol ou xeranilxeraniol)
  • farnesilación
  • xeranilxeranilación
• glipiación, formación dunha áncora de glicosilfosfatidilinositol (áncora GPI) por medio dun enlace amida coa cola C-terminal. As proteínas quedan ancoradas ás membranas se están unidas a esta substancia.

Adición de cofactores para potenciar a actividade encimática

• lipoilación, unión dun grupo funcional lipoato (C₈)
• unión dun grupo flavínico (FMN ou FAD), que pode unirse covalentemente
• unión dun hemo C por medio de enlaces tioéter con cisteínas
• fosfopanteteinilación, adición dun residuo de 4'-fosfopanteteinil do coencima A, como ocorre na biosíntese de ácidos graxos, policétidos, péptidos non ribosómicos e leucina
• formación da base de Schiff retinilideno.

Modificacións exclusivas de factores de tradución

• formación de diftamida (nunha histidina encontrada no factor de elongación 2 eucariótico ou eEF2)
• unión de etanolamina fosfoglicerol (nun glutamato encontrado no factor de elongación da tradución 1 alfa eucariótico ou eEF1-alfa)^[2]
• formación de hipusina (nunha lisina conservada do factor eucariótico eIF5A e do factor arqueano aIF5A).

Adición de pequenos grupos químicos

Acetilación do extremo N-terminal dunha proteína.

Amidación C-terminal.

Formación do piroglutamato.

• acilación, por exemplo, a O-acilación (ésteres), N-acilación (amidas), S-acilación (tioésteres)
  • acetilación, adición dun grupo acetilo, ao extremo N-terminal ^[3] da proteína (o que elimina a súa carga positiva) ou a residuos de lisina.^[4] Ver tamén acetilación de histonas.^[5][6] O inverso denomínase desacetilación.
  • formilación, a metionina N-terminal pode bloquearse cun grupo formilo. Este grupo formilo pode ser eliminado polo encima deformilase (que tamén pode eliminar a propia metionina se vai seguida de glicina e serina).
• alquilación, adición dun grupo alquilo, por exemplo, metilo, etilo
  • metilación adición dun grupo metilo, xeralmente nunha lisina ou arxinina. O inverso é a desmetilación.
• formación dun enlace amida
  • amidación no extremo C-terminal
  • adición de aminoácidos
    • arxinilación, adición por mediación de ARNt
    • poliglutamilación, unión covalente de residuos de ácido glutámico ao extremo N-terinal da tubulina e algunhas outras proteínas.^[7] (Ver tubulina poliglutamilase).
    • poliglicilación, unión covalente desde unha ata máis de 40 glicinas á cola C-terminal da tubulina
• butirilación
• gamma-carboxilación dependente da vitamina K^[8]
• glicosilación, adición dun grupo glicosilo a unha arxinina, asparaxina, cisteína, hidroxilisina, serina, treonina, tirosina, ou triptófano orixinando unha glicoproteína. Estas unións de glícidos poden servir para distintas funcións, como incrementar a solubilidade ou servir como complexo de recoñecemento. As glicosilacións poden bloquearse con inhibidores como a tunicamicina. A glicosilación é distinta da glicación, que se refire á unión non encimática de azucres.
  • polisialilación, adición do ácido polisiálico á molécula de adhesión á célula neural (NCAM)
• malonilación
• hidroxilación, os residuos de prolina poden ser hidroxilados (en dous átomos posibles) e tamén a lisina (nun átomo). A hidroxiprolina é un compoñente esencial do coláxeno. O encima que cataliza a hidroxilación require vitamina C.
• iodación (por exemplo, na tiroglobulina)
• Adición de nucleótidos como a ADP-ribosilación
• oxidación
• formación dun éster fosfato (unido a O) ou dun fosforamidato (unido a N)
  • fosforilación, a adición dun grupo fosfato, xeralmente á serina, treonina, e tirosina (unido ao O), ou á histidina (unido ao N)
  • adenililación, adición dun residuo adenilo, xeralmente á tirosina (unido ao O), ou á histidina e lisina (unido ao N)
• propionilación
• formación de piroglutamato, unha glutamina N-terminal pode atacarse a si mesma e formar un grupo piroglutamato cíclico
• S-glutationilación
• S-nitrosilación
• succinilación adición dun grupo succinilo á lisina
• sulfatación, adición dun grupo sulfato á tirosina. Ocorre no aparato de Golgi, e proporciona carga negativa a un residuo previamente neutro.
• selenoilación, incorporación cotraducional de selenio en selenoproteínas.

Adicións non encimáticas in vivo

• glicación, adición dunha molécula de azucre a unha proteína sen o control dun encima.

Adicións non encimáticas in vitro

• biotinilación, acilación de lisinas conservadas con biotina
• PEGilación adición de cadeas de PEG (polietilenglicol).

Adición doutras proteínas ou péptidos

• ISGilación, unión covalente da proteína ISG15 (Interferon-Stimulated Gene 15)^[9]
• SUMOilación, unión covalente de proteínas SUMO (Small Ubiquitin-related MOdifier)^[10]
• ubiquitinación, unión covalente da proteína ubiquitina.
• Neddilación, unión covalente á proteína Nedd8
• PUPilación, unión covalente á PUP (Prokaryotic ubiquitin-like protein).

Cambios na natureza química dos aminoácidos

• citrulinación, ou desiminación, conversión da arxinina en citrulina
• desamidación, conversión da glutamina en ácido glutámico ou da asparaxina en ácido aspártico
• eliminilación, conversión dun alqueno por beta-eliminación de fosfotreonina e fosfoserina, ou deshidratación de treonina e serina, e por descarboxilación da cisteína ^[11]
• carbamilación, conversión de lisina en homocitrulina.^[12]

Cambios estruturais

• pontes disulfuro, unión covalente de dúas cisteínas
• rotura proteolítica, clivaxe dunha proteína nun enlace peptídico
• racemización da prolina pola prolil isomerase.

Estatística das modificacións postraducionais

Recentemente, compiláronse as estatísticas de cada modificación postraducional detectada experimentalmente ou supostamente utilizando información de proteoma amplo da base de datos Swiss-Prot.^[13] Estas estatísticas poden atoparse en https://web.archive.org/web/20120830234041/http://selene.princeton.edu/PTMCuration/.

Exemplos

• Clivaxe e formación de pontes disulfuro durante a produción de insulina.
• Modificación postraducional das histonas como regulación da transcrición: control da ARN polimerase pola estrutura da cromatina.
• Modificación postraducional da ARN polimerase II como regulación da transcrición.
• Clivaxe de cadeas polipeptídicas esencial para a especificidade da lectina.