Биохимия и молекулярная биология - Белясова Н.А. 2002

Молекулярные основы и механизмы наследственности
Экспрессия генов
Посттрансляционная модификация белков

Образующиеся в процессе трансляции полипептидные молекулы часто не являются зрелыми, биологически активными формами белка. Для того чтобы они приобрели функциональную активность, требуются различные изменения в их составе и структуре, которые принято называть посттрансляционной модификацией. К наиболее распространенным событиям такого рода относятся: расщепление и укорочение цепей; фосфорилирование, ацетилирование, гидроксилирование, карбоксилирование определенных аминокислотных остатков; соединение пептидов с полисахаридами или липидами; связывание с простетическими группами и др.

Примером укорочения пептидных цепей служит отщепление N-концевого формилметионина (или метионина), который включается во все полипептидные молекулы в процессе инициации трансляции. Это событие часто осуществляется еще на рибосомах, в начале трансляции.

Расщепление белков-предшественников часто происходит при сборке капсидов сложных бактериофагов (Т4, Р2, 1, Т5), а также многих протеолитических белков, гормонов, нейропептидов млекопитающих. Например, инсулин синтезируется при трансляции в виде препроинсулинового полипептида и превращается в зрелый инсулин после расщепления цепи и удаления N- концевого, а также внутреннего сегмента (глава 21).

Связывание пептидов с простетическими группами можно рассмотреть на примере формирования функционально активного гемоглобина. Образованные в ходе трансляции а- и ß-цепи гемоглобина объединяются вначале в а2β2-структуру, а затем с боковыми группами аминокислот обеих субъединиц связывается гем. Похожим образом происходит модификация пируваткарбоксилазы — для приобретения этим ферментом активности с определенными боковыми цепями его аминокислот должен ковалентно связаться биотин.

Модификация аминокислотных остатков — широко распространенное явление. Карбоксилирование специфических остатков глутаминовой кислоты в белках, принимающих участие в свертываемости крови, обусловливают возможность связывания Са²⁺. Для образования коллагена должно произойти гидроксилирование специфических пролиновых и лизиновых остатков. Фосфорилирование и дефосфорилирование определенных остатков серина, треонина и тирозина принимают участие в регуляции метаболизма.

У некоторых белков на N-конце имеется короткая (15—35 остатков) последовательность гидрофобных аминокислотных остатков, которые называют «сигнальными последовательностями». Эти последовательности играют важную роль в транспорте белков через мембраны: они узнаются сигнал-распознающими частицами в составе мембран, которые опосредуют направленную транспортировку белков. В процессе переноса через мембрану сигнальная последовательность отщепляется сигнальной пептидазой. В результате белок приобретает функциональную активность, оказавшись в соответствующей органелле (например, лизосоме) или вне клетки. Часто процесс транспорта белков через мембраны происходит уже в ходе трансляции с участием связанных с мембранами рибосом (у эукариот это чаще всего мембраны шероховатого эндоплазматического ретикулума). Такой процесс называют котрансляционным транспортом.

Существование событий посттрансляционной модификации расширяет возможности клеток в регуляции метаболизма. Изменения концентрации или активности ферментов, участвующих в модификации белков, приводят к снижению или увеличению концентрации последних, а следовательно, и к изменению скорости соответствующих процессов.