Посттрансляционная модификация

Посттрансляционная модификация — это ковалентная химическая модификация белка после его синтеза на рибосоме. Для многих белков посттрансляционная модификация оказывается завершающим этапом биосинтеза, который является частью процесса экспрессии генов. Наряду с альтернативным сплайсингом посттрансляционные модификации увеличивают разнообразие белков в клетке.

Диаграмма генетического кода^[1], показывающая места возможной посттрансляционной модификации аминокислот

На сегодняшний день известно более двухсот вариантов посттрансляционной модификации белков, и, по всей видимости, модификациям подвергается подавляющее большинство белков^[2], более того, один и тот же белок может подвергаться нескольким различным модификациям. Посттрансляционные модификации оказывают различные эффекты на белки: регулируют продолжительность их существования в клетке, ферментативную активность, взаимодействия с другими белками. В ряде случаев посттрансляционные модификации являются обязательным этапом созревания белка, в противном случае он оказывается функционально неактивным. Например, при созревании инсулина и некоторых других гормонов необходим ограниченный протеолиз полипептидной цепи, а при созревании белков плазматической мембраны — гликозилирование.

Посттрансляционные модификации могут быть как широко распространёнными, так и редкими, вплоть до уникальных. Так, гликозилирование является одной из наиболее часто встречающихся модификаций: считается, что около половины белков человека гликозилировано, а 1—2 % генов человека кодируют белки, связанные с гликозилированием^[3]. К редким модификациям относят тирозинирование/детирозинирование и полиглицилирование тубулина^[4].

Исключительное значение посттрансляционных модификаций для нормального функционирования организма подтверждается тем, что существуют заболевания, в основе которых лежит нарушение системы посттрансляционной модификации белков (муколипидоз, болезнь Альцгеймера, различные виды рака). На сегодняшний день для изучения посттрансляционной модификации применяют методы масс-спектрометрии и истерн-блоттинга.

Модификации главной цепи

Модификации главной цепи, включающие расщепление пептидной связи:

• удаление N-концевого остатка метионина,
• ограниченный протеолиз.

Присоединение небольших химических групп:

• N-ацилирование,
• N-аргинилирование,
• C-амидирование.

Присоединение гидрофобных групп для локализации в мембране:

• N-миристоилирование,
• присоединение гликозилфосфатидилинозитола (GPI).

Модификации боковых цепей аминокислот

Присоединение или отщепление небольших химических групп:

• гликозилирование,
  • N-гликозилирование,
  • O-гликозилирование,
• гидроксилирование,
• ацетилирование,
• метилирование,
• γ-карбоксилирование,
• O-сульфонирование,
• фосфорилирование,
• йодирование,
• окисление,
• гликирование,
• образование ковалентных связей с другими аминокислотами (обычно это дисульфидные связи, но бывают и другие^[5]),
• деиминирование,
• карбомоилирование,
• дезамидирование.

Присоединение гидрофобных групп для локализации в мембране:

• пренилирование — присоединение остатков изопреноидов (фарнезила и геранилгеранила),
• S-пальмитирование.

Присоединение других белков и пептидов:

• убиквитинирование —присоединение убиквитина,
• сумоилирование — присоединение белка SUMO.