[정보] 생명공학 - 번역 후 수정(Post-translational modifications).info
개요
단백질이 성숙한 기능적인 3D 상태로 접히는 것이 완료되면 단백질 성숙 경로의 끝일 필요는 없습니다. 접힌 단백질은 여전히 번역 후 수정을 통해 추가 처리를 수행할 수 있습니다. 번역 후 변형에는 200가지 이상의 알려진 유형이 있으며, 이러한 변형은 단백질 활성, 단백질이 다른 단백질과 상호 작용하는 능력 및 단백질이 세포핵 또는 세포질에서 세포 내에서 발견되는 위치를 변경할 수 있습니다. 번역 후 변형을 통해 게놈에 의해 암호화된 단백질의 다양성이 2~3배 정도 확장됩니다.
번역 후 수정에는 다음과 같은 네 가지 주요 클래스가 있습니다.
갈라짐(Cleavage)
화학기의 첨가(Addition of chemical groups)
복잡한 분자의 첨가(Addition of complex molecules)
분자 내 결합 형성(Formation of intramolecular bonds)
갈라짐(Cleavage)
단백질의 절단은 단백질분해효소로 알려진 효소에 의해 수행되는 비가역적인 번역 후 변형입니다. 이러한 단백질분해효소는 종종 고도로 특이적이며 표적 단백질 내의 제한된 수의 펩티드 결합의 가수분해를 유발합니다. 이렇게 생성된 단축 단백질은 사슬의 시작과 끝에 다른 아미노산을 가진 변경된 폴리펩티드 사슬을 가지고 있습니다. 이러한 번역 후 변형은 종종 단백질 기능을 변경하고, 단백질은 절단에 의해 비활성화되거나 활성화될 수 있으며, 새로운 생물학적 활성을 나타낼 수 있습니다.
화학기의 첨가(Addition of chemical groups)
번역 후에는 성숙한 단백질 구조 내의 아미노산에 작은 화학 그룹을 추가할 수 있습니다. 표적 단백질에 화학 그룹을 추가하는 과정의 예로는 메틸화, 아세틸화 및 인산화가 있습니다.
메틸화는 메틸트랜스퍼라제 효소에 의해 촉매 되는 아미노산에 메틸기를 가역적으로 첨가하는 것입니다. 메틸화는 20개의 일반적인 아미노산 중 적어도 9개에서 발생하지만, 주로 아미노산 라이신과 아르기닌에서 발생합니다. 일반적으로 메틸화되는 단백질의 한 예는 히스톤입니다. 히스톤은 세포의 핵에서 발견되는 단백질입니다. DNA는 히스톤을 단단히 감싸고 있으며, 다른 단백질에 의해 제자리에 고정되어 있으며, DNA의 음전하와 히스톤의 양전하 사이의 상호작용에 의해 고정되어 있습니다. 히스톤 단백질 상의 아미노산 메틸화의 매우 특이적인 패턴은 DNA의 어떤 영역이 단단히 감겨 있어 전사할 수 없는지, 어떤 영역이 느슨하게 감겨 있고 전사할 수 있는지를 결정하는 데 사용됩니다.
히스톤 기반의 DNA 전사 조절도 아세틸화에 의해 수정됩니다. 아세틸화는 효소 아세틸트랜스퍼라제에 의해 라이신 아미노산에 아세틸기가 가역적으로 공유되는 것입니다. 아세틸기는 아세틸 조효소 A로 알려진 공여체 분자에서 제거되어 표적 단백질로 전달됩니다. 히스톤은 히스톤 아세틸트랜스퍼라제로 알려진 효소에 의해 라이신 잔기에서 아세틸화됩니다. 아세틸화의 효과는 히스톤과 DNA 사이의 전하 상호작용을 약화시켜 DNA의 더 많은 유전자가 전사에 접근할 수 있도록 하는 것입니다.
최종적으로 널리 퍼진 번역 후 화학 그룹 변형은 인산화입니다. 인산화는 단백질 내의 특정 아미노산(세린, 트레오닌 및 티로신)에 인산기가 가역적이고 공유적으로 추가되는 것입니다. 인산기는 단백질 키나제에 의해 공여체 분자 ATP로부터 제거되고 표적 아미노산의 하이드록실기로 전달되어 부산물로 아데노신 이인산을 생성합니다. 이 과정은 역전되어 효소 단백질 포스파타제에 의해 인산기가 제거될 수 있습니다. 인산화는 인산화된 단백질에 결합 부위를 생성하여 다른 단백질과 상호 작용하고 큰 다중 단백질 복합체를 생성할 수 있습니다. 또는 인산화는 단백질이 기질에 결합하는 능력을 변경하여 단백질 활성 수준을 변경할 수 있습니다.
복잡한 분자의 첨가(Addition of complex molecules)
번역 후 변형은 접힌 단백질 구조에 더 복잡하고 큰 분자를 통합할 수 있습니다. 이것의 한 가지 일반적인 예는 가장 일반적인 번역 후 변형으로 널리 간주되는 다당류 분자의 추가인 글리코실화입니다.
글리코실화에서 다당류 분자(글리칸으로 알려져 있음)는 글리코실트랜스퍼라제 효소에 의해 표적 단백질에 공유적으로 첨가되고 소포체 및 골지 장치에서 글리코시다제에 의해 변형됩니다. 글리코실화는 표적 단백질의 최종 접힌 3D 구조를 결정하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다. 올바른 폴딩을 위해 글리코실화가 필요한 경우도 있습니다. N-연결된 글리코실화는 용해도를 증가시켜 단백질 접힘을 촉진하고 단백질 샤페론에 대한 단백질 결합을 매개합니다. 샤페론은 다른 단백질의 구조를 접고 유지하는 역할을 하는 단백질입니다.
글리코실화에는 크게 N-결합 글리코실화와 O-결합 글리코실화 두 가지가 있습니다. N-연결된 글리코실화는 전구체 글리칸의 첨가와 함께 소포체에서 시작됩니다. 전구체 글리칸은 골지 장치에서 변형되어 아스파라긴 아미노산에서 질소에 공유 결합된 복합 글리칸을 생성합니다. 대조적으로, O-linked glycosylation은 성숙한 단백질 구조 내에서 아미노산 세린과 트레오닌의 산소에 개별 당이 순차적으로 공유 결합하는 것입니다.
분자 내 결합 형성(Formation of intramolecular bonds)
세포 내에서 생성된 많은 단백질이 세포 외부로 분비되어 세포 외 단백질로 기능합니다. 세포 외 단백질은 매우 다양한 조건에 노출됩니다. 3D 단백질 구조를 안정화시키기 위해, 공유 결합은 단백질 내에서 또는 4차 구조의 서로 다른 폴리펩티드 사슬 사이에서 형성됩니다. 가장 일반적인 유형은 이황화 결합(이황화 다리라고도 함)입니다. 이황화 결합은 Sulfur 원자를 포함하는 측쇄 화학 그룹을 사용하여 두 시스테인 아미노산 사이에 형성되며, 이 화학 그룹은 티올 작용기로 알려져 있습니다. 이황화 결합은 단백질의 기존 구조를 안정화시키는 역할을 합니다. 이황화 결합은 두 개의 티올기 사이의 산화 반응에서 형성되므로 반응하기 위해서는 산화 환경이 필요합니다. 그 결과, 이황화 결합은 일반적으로 단백질 이황화 이성질화효소라는 효소에 의해 촉매 되는 소포체의 산화 환경에서 형성됩니다. 이황화 결합은 환원 환경이기 때문에 세포질에서 거의 형성되지 않습니다.
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