Посттрансляционная модификация молекул белка. Особенности синтеза коллагена. Гидроксилирование, гликозилирование, ограниченный протеолиз. Другие механизмы посттрансляционных модификаций

Посттрансляционная модификация белков

К основным реакциям процессинга относятся:

1. Удаление с N-конца метионина или даже нескольких аминокислот специфичными аминопептидазами.

2. Образование дисульфидных мостиков между остатками цистеина.

3. Частичный протеолиз – удаление части пептидной цепи, как в случае с инсулином или протеолитическими ферментами ЖКТ.

4. Присоединение химической группы к аминокислотным остаткам белковой цепи:

- фосфорной кислоты – например, фосфорилирование по аминокислотам Серину, Треонину, Тирозину используется при регуляции активности ферментов или для связывания ионов кальция,

- карбоксильной группы – например, при участии витамина К происходит γ-карбоксилирование глутамата в составе протромбина, проконвертина, фактора Стюарта, Кристмаса, что позволяет связывать ионы кальция при инициации свертывания крови,

- метильной группы – например, метилирование аргинина и лизина в составе гистонов используется для регуляции активности генома,

- гидроксильной группы – например, присоединение ОН-группы к лизину и пролину с образованием гидроксипролина и гидроксилизина необходимо для созревания молекул коллагена при участии витамина С,

- йода – например, в тиреоглобулине присоединение йода необходимо для образования предшественников тиреоидных гормонов йодтиронинов,

5. Включение простетической группы:

- углеводных остатков – например, гликирование требуется при синтезе гликопротеинов.

- гема – например, при синтезе гемоглобина, миоглобина, цитохромов, каталазы,

- витаминных коферментов – биотина, ФАД, пиридоксальфосфата и т.п.

6. Объединение протомеров в единый олигомерный белок, например, гемоглобин, коллаген, лактатдегидрогеназа, креатинкиназа.

Фолдинг белков

Фолдинг – это процесс укладки вытянутой полипептидной цепи в правильную трехмерную пространственную структуру. Для обеспечения фолдинга используется группа вспомогательных белков под названием шапероны (chaperon, франц. – спутник, нянька). Они предотвращают взаимодействие новосинтезированных белков друг с другом, изолируют гидрофобные участки белков от цитоплазмы и "убирают" их внутрь молекулы, правильно располагают белковые домены.

В целом шапероны способствуют переходу структуры белков от первичного уровня до третичного и четвертичного.

При нарушении функции шаперонов и в отсутствии фолдинга в клетке формируются белковые отложения – развивается амилоидоз. Насчитывают около 15 вариантов амилоидоза.

При синтезе коллагена первостепенное значение имеет гидроксилирование лизина и пролина, включенных в состав первичной цепи, осуществляемое при участии аскорбиновой кислоты. Также коллаген обычно содержит моносахаридные (галактоза) и дисахаридные (глюкоза-галактоза) молекулы, связанные с ОН-группами некоторых остатков оксилизина.

Синтезированная молекула коллагена построена из 3 полипептидных цепей, сплетенных между собой в плотный жгут – тропоколлаген (длина 300 нм, диаметр 1,6 нм). Полипептидные цепи прочно связаны между собой через ε-аминогруппы остатков лизина. Тропоколлаген формирует крупные коллагеновые фибриллы диаметром 10-300 нм. Поперечная исчерченность фибриллы обусловлена смещением молекул тропоколлагена друг относительно друга на 1/4 их длины.

---

Механизмы регуляции биохимических реакций. Обратимая и необратимая регуляция. Представление о механизме изостерической регуляции. Использование принципов изостерической регуляции в медицинской практике

Механизмы регуляции биохимических реакций:

1. Регуляция количества ферментов: индукция/репрессия синтеза (стероидные и тиреоидные гормоны индуцируют синтез ферментов), распад ферментов (скорость разрушения ферментов)

2. Регуляция активности ферментов:

А) ингибитор

Б) аллостерия и кооперативность

В) регуляция активности путем ковалентной модификации структуры ферментов

Г) регуляция активности при помощи белков-регуляторов

3. Изменение количества субстрата

4. Наличие изоферментов

Ингибиторы бывают обратимыми и необратимыми.

Необратимые ингибиторы – химическое соединение, которое ковалентно связывается с группами активного центра фермента (влияния фторурацила на тимидилатсинтазу, тяжелых металлов на тиоловые группы ферментов).

Обратимые ингибиторы: 1) Конкурентные (изостерические) – аналоги субстратов по своей структуре, могут взаимодействовать с ферментом, вытесняя субстрат. Снять его действие можно, повышая концентрацию субстрата. 2) Неконкурентные – связываются со специфическими участками фермента вне активного центра, вызывая изменение конформации фермента и затрудняя его связывание с субстратом. Не похожи на субстрат.

Применение ингибиторов в медицинской практике:

1) применение сульфаниламидных препаратов – конкурентных ингибиторов ПАБК

2) обычный спирт в больших дозах играет роль конкурентного ингибитора при отравлениях антифризом (этиленгликолем)

3) аллопуринол – необратимый ингибитор, используемый при лечении подагры

4) эспераль - необратимый ингибитор оксидазы уксусного альдегида используется при лечении алкоголизма (препятствует превращение образующегося альдегида в уксусную кислоту, вызывая тем самым сильное отравление организма)

5) контрикал – необратимый ингибитор протеолитических ферментов поджелудочной железы, применяемый при панкреатите.

---