Struktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL 2. Posttranslační modifikace a skládání proteinů Ivo Frébort
Biosyntéza proteinů
Kovalentní modifikace proteinů Modifikace proteinu může nastat předtím než je polypeptidový řetězec kompletně syntetizován (kotranslační děj) nebo na finálním preproteinu (posttranslační děj) Hlavní typy: - Deformylace N-koncového residua (prokaryota) - Odštěpení N-koncového Met - Tvorba disulfidových vazeb - Štěpení proteasou - Glykosylace, acylace, fosforylace, prenylace
Glykosylace
Fosforylace
Prenylace
Posttranslační modifikace může určovat lokalizaci proteinu např. prenylace usměrňuje Ras protein na vnitřní stranu buněčné membrány
Acylace
Vazba GPI
Biotinylace
Methylace, karboxylace
Tvorba disulfidových vazeb: důležitý prvek struktury proteinů Protein disulfid reduktasa 1 2 2 3 Protein disulfid isomerasa 3 1 4 4 Protein 1 Protein 2
Skládání proteinů
Energetická bilance při skládání proteinů
Řízené skládání proteinů Proteinový řetězec vzniklý translací je skládán do aktivního tvaru molekulárními chaperony a chaperoniny Dva hlavní typy: Hsp60 a Hsp70 Hsp70 rozpoznává obnažené, nesložené regiony řetězce nového proteinu, zejména hydrofobní oblasti, váže se do nich a ochraňuje je dokud do doby než dojde k příslušnému složení Hsp60 katalyzuje aktivní skládání proteinů
Postup skládání proteinů
GroES-GroEL komplex Hlavní chaperonin v Escherichia coli GroEL je tvořen dvěma válcovými 60 kda podjednotkami skládajícími se každá ze sedmi domén; GroES tvoří víčko komplexu Nascentní protein se váže reverzibilně na vnitřní stěny válce, pokaždé za dodání energie hydrolýzou ATP dochází ke změnám jeho struktury, až je nakonec jeho složená struktura uvolněna z komplexu GroES-GroEL Ke kompletnímu vytvoření finální struktury je třeba značné množství energie (> 100 ATP).
Struktura GroES-GroEL komplexu
Translokace proteinů Důležitý proces pro membránové proteiny a proteiny vylučované (sekretované) mimo buňku Tyto proteiny jsou syntetizovány s vedoucím peptidem, který obsahuje signální sekvenci Signální sekvence 16-30 aminokyselin obsahuje bazický N-konec, centrální doménu 7-13 hydrofobních residuí a nehelikální C-konec Signální sekvence směruje nově syntetizovaný protein do předurčené organely v buňce nebo do mimobuněčného prostoru
Signální sekvence
Translokace proteinů Proteiny jsou tvořeny jako preproteiny obsahující domény, které se chovají jako třídící signály Membrány účastnící se translokace proteinů obsahují na cytosolické straně specifické receptory Translokasy katalyzují průchod proteinů přes membrány za spotřeby energie (ATP, GTP, iontový gradient) Preproteiny se váží na chaperony aby nedošlo k jejich skládání před translokací
Transport proteinů v prokaryotech Všechny necytoplasmické proteiny musí být translokovány Vedoucí peptid zabraňuje skládání proteinu tak, že molekulární chaperony s ním mohou interagovat Vedoucí peptid také nese rozpoznávací signál pro translokační systém Specifická peptidasa odštěpí vedoucí sekvenci poté co je protein správně translokován
Třídění proteinů v eukaryotní buňce Eukaryotní buňky obsahují mnoho kompartmentů oddělených membránami Většina (ale ne všechny) signální sekvence jsou N-koncové, které jsou odštěpovány Rozložení náboje, polarity a sekundární struktura signální sekvence, spíše než samotná sekvence aminokyselin, řídí translokaci proteinu do příslušné organely nebo membrány Syntéza sekrečních a membránových proteinů probíhá za současné translokace přes membránu endoplasmického retikula (ER)
Sekreční dráha v eukaryotní buňce
Procesy probíhající na membráně ER Jakmile je signální sekvence vytvořena ribosomem, je zachycena signal recognition particle (SRP) a zavedena na membránu ER Zde se naváže na SRP receptor SRP disociuje za spotřeby GTP Syntéza proteinu pokračuje a protein postupuje do ER nebo na ER membránu, signální sekvence je odštěpena
Transport proteinů do ER
Translokace proteinů u eukaryot ER Signální peptidasa Cytoplasma mrna
Tvorba transmembránových proteinů ER Signální peptidasa Cytoplasma mrna