Después de que la cadena peptídica abandona el ribosoma, debe tomar su forma biológicamente activa, es decir, acurrucarse de cierta manera, vincular cualquier grupo, etc. Las reacciones que convierten un polipéptido en una proteína activa se denominan Procesando o modificación postraduccional de proteínas.
Modificación postraduccional de proteínas.
Las principales reacciones de procesamiento son:
1. Eliminación del N-terminal de la metionina o incluso algunos aminoácidos por aminopeptidasas específicas.
2. Educación puentes disulfuro entre residuos de cisteína.
3. proteólisis parcial- eliminación de parte de la cadena peptídica, como es el caso de la insulina o las enzimas proteolíticas del tracto gastrointestinal.
4. Adjunto grupo quimico a los residuos de aminoácidos de la cadena proteica:
- fosfóricoácidos: por ejemplo, la fosforilación de los aminoácidos Serina, Treonina, Tirosina se usa para regular la actividad enzimática o para unir iones de calcio,
- carboxilo grupos: por ejemplo, con la participación de la vitamina K, la γ-carboxilación del glutamato se produce en la composición de la protrombina, la proconvertina, el factor de Stewart, la Navidad, que le permite unir los iones de calcio durante el inicio de la coagulación de la sangre,
- metilo grupos: por ejemplo, la metilación de arginina y lisina en la composición de histonas se usa para regular la actividad del genoma,
- hidroxilo grupos: por ejemplo, la adición de un grupo OH a la lisina y la prolina con la formación de hidroxiprolina e hidroxilisina es necesaria para la maduración de las moléculas de colágeno con la participación de la vitamina C,
- yodo- por ejemplo, en la tiroglobulina, la adición de yodo es necesaria para la formación de precursores de las hormonas tiroideas yodotironinas,
5. Enciende protésico grupos:
- carbohidrato residuos - por ejemplo, se requiere glicación en la síntesis de glicoproteínas.
- gema- por ejemplo, en la síntesis de hemoglobina, mioglobina, citocromos, catalasa,
- vitamina coenzimas - biotina, FAD, fosfato de piridoxal, etc.
6. Asociación de protómeros en una sola proteína oligomérica, por ejemplo, hemoglobina, colágeno, lactato deshidrogenasa, creatina quinasa.
plegamiento de proteínas
El plegamiento es el proceso de plegar una cadena polipeptídica alargada en una estructura espacial tridimensional regular. Un grupo de proteínas accesorias llamadas chaperonas ( carabina, Francés - acompañante, niñera). Evitan la interacción de las proteínas recién sintetizadas entre sí, aíslan las regiones hidrofóbicas de las proteínas del citoplasma y las "eliminan" dentro de la molécula, y posicionan adecuadamente los dominios de la proteína.
plegamiento, etc. "plegamiento de proteínas- El proceso de plegar la cadena polipeptídica en la estructura espacial correcta. Las proteínas individuales, productos de un gen, tienen una secuencia de aminoácidos idéntica y adquieren la misma conformación y función en las mismas condiciones celulares. Para muchas proteínas con una estructura espacial compleja, el plegamiento se produce con la participación de "chaperones"
Reactivación de la ribonucleasa. el proceso de desnaturalización de proteínas puede ser reversible. Este descubrimiento se realizó mientras se estudiaba la desnaturalización de la ribonucleasa, que escinde los enlaces entre los nucleótidos del ARN. La ribonucleasa es una proteína globular que contiene una sola cadena polipeptídica que consta de 124 residuos de aminoácidos. Su conformación está estabilizada por 4 disulfuros y muchos enlaces débiles.
El tratamiento de la ribonucleasa con mercaptoetanol conduce a la ruptura de los enlaces disulfuro y la restauración de los grupos SH de los residuos de cisteína, lo que altera la estructura compacta de la proteína. La adición de urea o cloruro de guanidina conduce a la formación de cadenas polipeptídicas de ribonucleasa plegadas al azar que faltan. desnaturalización de enzimas. si la ribonucleasa se purifica a partir de agentes desnaturalizantes y mercaptoetanol mediante diálisis, la actividad enzimática de la proteína se restablece gradualmente. Este proceso se llama renaturalización.
La posibilidad de reactivación también ha sido probada para otras proteínas. una condición necesaria para la restauración de su conformación es la integridad de la estructura primaria de la proteína.
las proteínas capaces de unirse a proteínas que se encuentran en un estado inestable, propenso a la agregación, capaces de estabilizar su conformación, proporcionando plegamiento de proteínas, se denominan "chaperones".
Papel de las chaperonas en el plegamiento de proteínas
durante el período de síntesis de proteínas en el ribosoma, la protección de los radicales reactivos se lleva a cabo por Sh-70.El plegamiento de muchas proteínas de alto peso molecular con una conformación compleja se lleva a cabo en el espacio formado por Sh-60. Sh-60 funciona como un complejo oligomérico que consta de 14 subunidades. El complejo de chaperonas tiene una alta afinidad por las proteínas, en cuya superficie hay áreas enriquecidas con radicales hidrofóbicos). Una vez en la cavidad del complejo chaperona, la proteína se une a los radicales hidrofóbicos de las regiones apicales de III-60.
El papel de las chaperonas en la protección de las proteínas celulares del estrés desnaturalizante
Las chaperonas involucradas en la protección de las proteínas celulares de los efectos desnaturalizantes se conocen como proteínas de choque térmico Bajo la acción (alta temperatura, hipoxia, infección, radiación UV, cambios en el pH del medio, cambios en la molaridad del medio, la acción de sustancias químicas tóxicas, metales pesados), se potencia la síntesis de HSP en las células. pueden prevenir su desnaturalización completa y restaurar la conformación nativa de las proteínas.
Enfermedades asociadas al trastorno.
plegamiento de proteínas enfermedad de alzheimer- amiloidosis del sistema nervioso, que afecta a los ancianos y se caracteriza por un trastorno progresivo de la memoria y una degradación completa de la personalidad. El amiloide se deposita en el tejido cerebral, una proteína que forma fibrillas insolubles que alteran la estructura y función de las células nerviosas.
Proteínas priónicas una clase especial de proteínas con propiedades infecciosas. Una vez en el cuerpo humano, pueden causar graves enfermedades incurables del sistema nervioso central, llamadas enfermedades priónicas. La proteína priónica está codificada por el mismo gen que su equivalente normal; tienen una estructura primaria idéntica. Sin embargo, las dos proteínas tienen conformaciones diferentes: la proteína priónica se caracteriza por un alto contenido de capas α, mientras que la proteína normal tiene muchas regiones helicoidales. La proteína priónica es resistente a las proteasas.
Un juego increíble fue desarrollado por científicos de la Universidad de Washington (EE. UU.). El programa, llamado Fold.it, es un modelo para plegar proteínas en estructuras 3D. El jugador debe intentar hacerlo de la manera más exitosa. El programa se cargará con datos reales sobre proteínas reales recién inventadas, que no están claras sobre cómo se pliegan. Los resultados se enviarán a través de Internet al centro de procesamiento, donde se verificarán en una supercomputadora (esto será desde el otoño, pero por ahora el programa ya resolvió los acertijos, por lo que ahora actúa como un simulador).
De hecho, todos los jugadores de nuestro mundo gastan miles de millones de horas-hombre en juegos como WoW, Counter-Strike o el solitario Klondike que son inútiles para la humanidad. Al mismo tiempo, podrían usar su intelecto de manera más efectiva, por ejemplo, doblando ardillas en la pantalla de su monitor. Esto también es interesante a su manera.
Uno de los desarrolladores del juego, el profesor de bioquímica David Baker, cree sinceramente que en algún lugar del mundo hay talentos que tienen una habilidad innata para calcular modelos 3D de proteínas en sus mentes. Un niño de 12 años de Indonesia verá el juego y podrá resolver problemas que ni siquiera una supercomputadora puede resolver. Quién sabe, tal vez esas personas realmente existan.
Cada proteína (hay más de 100.000 tipos en el cuerpo humano) es una molécula larga. Predecir en qué forma intrincada se doblará esta molécula bajo ciertas condiciones (y si puede doblarse en cualquier forma estable) es una tarea del más alto grado de complejidad. El modelado por computadora es un proceso que requiere muchos recursos, pero al mismo tiempo es crítico en la industria farmacéutica. Después de todo, sin conocer la forma de una proteína, es imposible modelar sus propiedades. Si estas propiedades son útiles, entonces se pueden sintetizar proteínas y se pueden fabricar nuevos medicamentos efectivos a partir de ellas, por ejemplo, para el tratamiento del cáncer o el SIDA (el Premio Nobel está garantizado en ambos casos).
Actualmente, cientos de miles de computadoras están trabajando para calcular el modelo de cada nueva molécula de proteína en una red de computación distribuida, sin embargo, los científicos de la Universidad de Washington ofrecen una forma diferente: no una enumeración estúpida de todas las opciones, sino una lluvia de ideas intelectual a través de un juego de ordenador. El número de opciones se reduce en un orden de magnitud, y la supercomputadora encontrará los parámetros de plegado correctos mucho más rápido.
Cualquiera puede jugar al juego de entretenimiento en 3D Fold.it, incluso los niños y las secretarias que no tienen idea de biología molecular. Los desarrolladores han tratado de hacer un juego que sea interesante para todos. Y el resultado del juego bien puede convertirse en la base del Premio Nobel y salvar la vida de miles de personas.
El programa se lanza en versiones para Win y Mac. Un kit de distribución de 53 MB puede ser
Cada célula de nuestro cuerpo es una fábrica de proteínas. Algunos de ellos se producen para uso interno, para mantener la vida útil de la celda, y la otra parte es "para exportación". Todas las propiedades de las moléculas de proteína (incluida la capacidad de catalizar con asombrosa precisión las transformaciones de otras moléculas en la célula) dependen de la estructura espacial de la proteína, y la estructura de cada proteína es única.
La estructura espacial está formada por el plegamiento único de la cadena de proteína, que consta de diferentes residuos de aminoácidos (perlas de diferentes colores - Fig. 1). La secuencia de aminoácidos en la cadena proteica está determinada por su genoma y sintetizada por el ribosoma, después de lo cual la estructura espacial de la cadena se forma “por sí misma” durante el plegamiento de la cadena proteica, lo que deja al ribosoma todavía prácticamente desordenado.
La formación de un glóbulo de proteína único a partir de una cadena desordenada (así como su despliegue) requiere superar una "barrera" que parece un glóbulo inestable "medio plegado" (Fig. 1)
alexey finkelsteinEsta cadena de interacciones de sus aminoácidos se pliega, además, en la misma estructura, tanto en el cuerpo como en el tubo de ensayo. La variedad de posibles tendidos de una misma cadena es inimaginablemente grande. Pero una secuencia dada de aminoácidos, por regla general, tiene solo una estructura estable ("correcta"), que le da a la proteína sus propiedades únicas. Es estable porque tiene la energía mínima.
El mismo principio opera durante la formación de cristales: la sustancia adquiere la estructura en la que la energía de enlace es mínima.
¿Qué tienen en común las proteínas y el universo?
Aquí, surgió la pregunta ante los científicos: ¿cómo puede una cadena de proteínas "encontrar" espontáneamente su única estructura estable, si la enumeración de un número colosal de todas las opciones (alrededor de 10,100 para una cadena de 100 residuos de aminoácidos) tomaría más tiempo que el vida del Universo. Esta "paradoja de Levintal", formulada hace medio siglo, solo ahora se ha resuelto. Para resolverlo, fue necesario involucrar los métodos de la física teórica.
Cristales de varias proteínas cultivadas en la estación espacial Mir y durante los vuelos del transbordador de la NASA
Centro de vuelo espacial Marshall de la NASACientíficos del Instituto de Proteínas de la Academia Rusa de Ciencias (IB) han creado una teoría de las tasas de formación de estructuras espaciales de moléculas de proteína. Los resultados del trabajo fueron publicados recientemente en las revistas atlas de la ciencia , Química Física Química Y "Biofísica". Trabajo soportado Beca de la Fundación Rusa para la Ciencia (RSF).
“La capacidad de las proteínas para formar espontáneamente sus estructuras espaciales en cuestión de segundos o minutos es un antiguo misterio de la biología molecular.
Nuestro trabajo presenta una teoría física que permite estimar la velocidad de este proceso en función del tamaño de las proteínas y la complejidad de su estructura”, Miembro Correspondiente de la Academia Rusa de Ciencias, Doctor en Ciencias Físicas y Matemáticas, Investigador Jefe de la el Instituto de Investigación de Proteínas de la Academia Rusa de Ciencias, director de la subvención RSF Alexey Finkelstein.
“Desde hace tiempo se sabe que la cadena de proteínas adquiere su estructura única bajo ciertas condiciones ambientales, mientras que bajo otras (por ejemplo, cuando la solución se acidifica o se calienta), esta estructura se desarrolla. En el cruce de estas condiciones, la estructura única de la proteína está en equilibrio dinámico con la forma desplegada de su cadena, continúa. - Allí conviven los procesos de plegado y desplegado, su física es de lo más transparente. Por lo tanto, nos enfocamos precisamente en tales condiciones de equilibrio y cuasi-equilibrio, en contraste con otros investigadores que parecían creer razonablemente (pero erróneamente, como se vio después) que el camino hacia el secreto del plegamiento de proteínas debe buscarse donde ocurre más rápidamente. .
Desenrollar una proteína es un buen comienzo, pero no una opción.
“La primera aproximación al problema de Levinthal la desarrollamos hace mucho tiempo”, dice Alexei Finkelstein, “y consistía en lo siguiente: dado que es muy difícil trazar teóricamente el camino del plegamiento de proteínas, es necesario estudiar el proceso de su desenvolvimiento. Suena paradójico, pero en física existe un principio de "equilibrio detallado", que dice: cualquier proceso en un sistema de equilibrio procede por el mismo camino ya la misma velocidad que el proceso inverso. Y dado que las tasas de plegamiento y despliegue son las mismas en equilibrio dinámico, consideramos un proceso más simple de despliegue de proteínas (después de todo, romper es más fácil que hacer) y caracterizamos esa "barrera" (ver imagen 1), cuya inestabilidad determina la velocidad del proceso.”
Siguiendo el principio del equilibrio detallado, los científicos del Instituto de Investigación de Proteínas de la Academia Rusa de Ciencias estimaron tanto "desde arriba" como "desde abajo" la velocidad de plegamiento de las proteínas, tanto grandes como pequeñas, tanto con plegamiento de cadena simple como complejo. Las proteínas pequeñas y simples se pliegan más rápido (estimación superior), mientras que las proteínas grandes y/o complejas se pliegan más lentamente (estimación inferior). Los valores de todas las demás tasas de plegado posibles están encerrados entre ellos.
Sin embargo, no todos los biólogos quedaron satisfechos con la solución obtenida, ya que, en primer lugar, estaban interesados en la forma de plegar (más que en desdoblar) de la proteína, y en segundo lugar, el “principio físico del equilibrio detallado” aparentemente era poco conocido. por ellos.
Y el trabajo continuó: esta vez, los científicos del IB RAS calcularon la complejidad del plegamiento de proteínas. Desde hace tiempo se sabe que las interacciones en las proteínas se asocian principalmente con las denominadas estructuras secundarias. Las estructuras secundarias son "bloques de construcción" locales estándar, bastante grandes, de una estructura de proteína, determinadas principalmente por las secuencias de aminoácidos locales en ellas. Se puede calcular la cantidad de opciones posibles para apilar dichos bloques en la estructura de una proteína plegada, lo que fue realizado por científicos del Instituto de Biología de la Academia Rusa de Ciencias. El número de tales variantes es enorme: del orden de 1010 (¡pero lejos de 10100!) para una cadena de aproximadamente 100 aminoácidos, y la cadena de proteínas puede, según estimaciones teóricas, "escanearlos" en minutos o, por más tiempo. cadenas, en horas. Por lo tanto, se obtuvo la estimación más alta del tiempo de plegamiento de la proteína.
Estructura secundaria regular - hélice alfa
SauceWLos resultados obtenidos por los dos métodos (es decir, analizando tanto el despliegue como el plegamiento de la proteína) convergen y se confirman mutuamente.
“Nuestro trabajo es de fundamental importancia para el diseño de nuevas proteínas en el futuro para las necesidades de la farmacología, la bioingeniería y la nanotecnología”, concluye Alexei Finkelstein.
“Las preguntas sobre la tasa de plegamiento de proteínas son relevantes cuando se trata de predecir la estructura de una proteína a partir de su secuencia de aminoácidos, y especialmente cuando se trata de diseñar nuevas proteínas que no se encuentran en la naturaleza”.
“¿Qué ha cambiado después de recibir la subvención de RSF? Se hizo posible comprar nuevos equipos y reactivos modernos para el trabajo (después de todo, nuestro laboratorio es principalmente experimental, aunque aquí solo he hablado de nuestro trabajo teórico). Pero lo principal es que la subvención de RSF permitió a los especialistas dedicarse a la ciencia y no buscar trabajos de medio tiempo en el extranjero o en tierras lejanas”, dice Alexei Finkelstein.
