Ионы металлов - стабилизаторы молекулы субстрата

Содержание

Введение -3

Основные виды модификаций-3

Ограниченный протеолиз-4

Ковалентные модификации-5

Включение кофакторов-7

Ассоциация в олигомеры-8

Список источников-9

Введение

Полипептидные цепи могут подвергаться структурным модификациям, либо будучи ещё связанными с рибосомами, либо после завершения синтеза. Эти конформационные и структурные изменения полипептидных цепей получили название посттрансляционных изменений.

Многие модификации осуществляются в ЭР. Здесь происходят фоддинг полипептидных цепей и формирование уникальной третичной или четвертичной структуры белков.

 

Основные виды модификаций:

1. Ограниченный протеолиз

2. Ковалентная модификация

3. Включение Ко-факторов

4. Ассоциация в олигомеры

 

 

 

Ограниченный протеолиз

Многие белки, секретируемые из клеток, первоначально синтезируются в виде молекул-предшественников, функционально неактивных. Удаление части полипептидной цепи специфическими эндопротеазами (гидролазы –расщепляют пептидные связи в молекуле белка) приводит к образованию активных молекул. Некоторые белки-предшественники расщепляются в ЭР или аппарате Гольджи, другие - после секреции. Так, неактивные предшественники секретируемых ферментов – зимогены (проферменты) - образуют активный фермент после расщепления по определённым участкам молекулы: зимоген панкреатической железы трипсиноген превращается в активный трипсин после секреции в тонкий кишечник.

 

 

Иногда процесс созревания идет вместе с процессом транспорта. Наглядным примером последовательного двухстадийного протеолиза служит образование активных форм пептидных гормонов (например, инсулина или глюкагона) из препрогормонов. Первоначально, N-концевой сигнальный пептид (Сигнальный пептид, или сигнальная последовательность, — короткая (от 3 до 60 аминокислот) аминокислотная последовательность в составе белка, которая обеспечивает посттрансляционный транспорт белка в соответствующую органеллу (ядро, митохондрия, эндоплазматический ретикулум, хлоропласт, апопласт или пероксисома). После доставки белка в органеллу сигнальный пептид может отщепляться под действием специфической сигнальной протеазы.) молекулы-предшественника удаляется в ЭР в процессе синтеза белка и образуется неактивный прогормон. Затем прогормон в секреторных гранулах, формирующихся в аппарате Гольджи, подвергается действию эндо- и/или экзопротеаз и превращается в активный гормон.

Типы сигнальных последовательностей

Органелла	Аминокислотная последовательность
клеточное ядро	-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-
транспортировка к эндоплазматическому ретикулуму	H2N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys-Glu-Val-Phe-Gln-
задержка в эндоплазматическом ретикулуме	-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-
митохондрия (матрикс)	H2N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu-
пероксисома (PTS1)	-Ser-Lys-Leu-COOH
пероксисома (PTS2)	H2N-----Arg-Leu-X5-His-Leu-

 

Ковалентная модификация

Структурные белки и ферменты могут активироваться или инактивироваться в результате присоединения различных химических групп: фосфатных, ацильных, метальных, олигосахаридных и некоторых других.

 

Фосфорилирование белков осуществляется по гидроксильным группам серина, треонина итирозина ферментами из группы протеинкиназ, тогда как дефосфорилирование катализируют гидролитические ферменты фосфопротеинфосфатазы.

 

Метилирование белка процесс посттрансляционной модификации белка, заключающийся в присоединении метильной группы к аминокислотам полипептида. Метилирование осуществляется главным образом по аминокислотным остаткам лизина, аргинина и гистидина (N-метилирование), а также по остаткам глутаминовой и аспарагиновой кислот (О-метилирование).

Гликозилированием называют процесс присоединения к полипептидной цепи различных углеводных остатков. Все секретируемые белки эукариот бывают в той или иной степени гликозилированы.

N-гликозилирование осуществляется по аспарагину, расположенному через один аминокислотный остаток от триптофана, и происходит постадийно.

В процессе О-гликозилирования происходит присоединение одного-двух углеводных остатков преимущественно по серину и триптофану. Белки, входящие в состав плазматических мембран или секретирующиеся из клеток, подвергаются гликозилированию. Углеводные цепи присоединяются то гидроксильным группам серина или треонина (О-гликозилирование). Последовательное наращивание углеводного фрагмента происходит в ЭР и аппарате Гольджи.

 

Включение Кофакторов

Большинство ферментов для проявления ферментативной активности нуждается в низкомолекулярных органических соединениях небелковой природы и/или в ионах металлов. Более 25% всех ферментов для проявления полной каталитической активности нуждается в ионах металлов. Рассмотрим роль кофакторов в ферментативном катализе.

Кофактор + белковая часть фермента – холофермент.

Кофакторы неорганической природы – ионы металлов.

Функции:

1. Поддерживают конформацию белковой молекулы

2. Мостик межу белковой и небелковой частью

3. Может связывать субстрат и фермент

4. Может участвовать в катализе

Кофакторы органической природы – витамины, нуклеотиды, витаминоподобные в-ва.

Функции: переносят функциональные группы.

Роль металлов в присоединении субстрата
в активном центре фермента

Ионы металла выполняют функцию стабилизаторов молекулы субстрата, активного центра фермента и конформации белковой молекулы фермента, а именно третичной и четвертичной структур.

Ионы металлов - стабилизаторы молекулы субстрата

Для некоторых ферментов субстратом служит комплекс превращаемого вещества с ионом металла. Например, для большинства киназ в качестве одного из субстратов выступает не молекула АТФ, а комплекс Mg²⁺-ATФ. В этом случае ион Mg²⁺ не взаимодействует непосредственно с ферментом, а участвует в стабилизации молекулы АТФ и нейтрализации отрицательного заряда субстрата, что облегчает его присоединение к активному центру фермента.

 

Ассоциация в олигомеры

1. Многие белки имеют в своем составе несколь­ко полипептидных цепей. Такие белки называют олигомерными, а отдельные цепи — протомерами.
Протомеры в олигомерном белке соединены мно­жеством слабых, нековалентных связей (гидрофоб­ных, ионных, водородных).

Взаимодействие протомеров осуществляется благодаря комплементарности их контактирующих поверхностей.

Количество протомеров в белках может сильно варьировать: гемоглобин содержит 4 протомера.

2. Взаимодействие одного протомера с другими можно рассматривать как частный случай взаимо­действия белка с лигандом. Каждый протомер слу­жит лигандом для других протомеров.

3. Количество и порядок соединения протомеров в белке называется четвертичной структурой.