1
21/08/2011
1
MODIFICACIONES PROTEICAS
POSTRADUCCIONALES
Bibliografía:
21/08/2011
2
Textbook of Biochemistry with clinical
correlations, Thomas M. Devlin 5a Ed.
Citrullination: A posttranslational modification in
health and disease. B. Gyorgy et al. (2006) Int J
Biochem Cell Biol 38: 1662-1677
Importancia
Ciertas proteínas son funcionales al terminar de
sintetizarse, otras deben experimentar
modificaciones para poder ejercer su función
En otras, las modificaciones postraduccionales
detienen su actividad
Las modificaciones postraduccionales son
capaces de generar 100 o más aminoácidos
diferentes
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Caracteristícas
Estas modificaciones pueden ser:
Permanentes (proteólisis limitada)
altamente reversibles (fosforilación)
Algunas sirven para marcar el traslado
a un compartimiento sub celular
específico o secreción al exterior
Algunas modificaciones alteran la
estabilidad de la proteína
(ubiquitinación)
4
Principales Modificaciones
Modificación de residuos aminoacídicos particulares
Fosforilación
Acetilación, etc
Adición de grupos funcionales y cofactores
fosfato de piridoxal
hemos
Proteolisis Limitada
Remoción del péptidos señal en proteínas de los
compartimientos y de secreción
Activación de enzimas, hormonas, factores de la
coagulación, etc.
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6
MODIFICACIÓN A NIVEL DE
RESIDUOS AMINOACÍDICOS
INDIVIDUALES
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Modificación aa modificado
Fosforilación Ser, Thr y Tyr
Hidroxilación Lys y Pro
Acetilación Lys y Ser
Metilación Lys, His y Arg
Sulfatación Tyr
Carboxilación Glu
Selenización Ser
Citrulinización Arg
Ubicuitinación Lys
Prenilación Cys
Nitración Tyr
Glicosilación Variado
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FOSFORILACIÓN
Ser, Thr y Tyr
La fosforilación es una de las
modificaciones proteicas más
comunes.
Constituye un importante mecanismo
de regulación
de la actividad
biológica y como tales son
modificaciones transitorias.
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9
Quinasas/Fosfatasas
Las enzimas que fosforilan proteínas se
denominan quinasas, y aquellas que
remueven el grupo fosfato son fosfatasas.
Ser, Thr, y Tyr son los aminoácidos sujetos a
fosforilación.
El grupo más grande de quinasas son las
que fosforilan tanto a Ser como a Thr.
La relación de fosforilación de los diferentes
aminoácidos es aproximadamente
1000/100/1 para Ser/Thr/Tyr.
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Fosforilación
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Fosfatasa de proteína
Quinasa
Proteína
fosforilada
Proteina
residuos de
Ser, Thr o
Tyr
Glucógeno sintasa y
fosforilasa
La fosforilación de la glucógeno sintasa y
glucógeno fosforilasa se da en los
hepatocitos en respuesta a la liberación de
glucagón por el páncreas.
La fosforilación inhibe la actividad de la
sintasa, mientras que la actividad de la
fosforilasa es aumentada.
Estos eventos llevan al aumento de la
liberación de glucosa por el hígado a la
sangre.
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12
3
Fosforilación de Tyr
Aunque el nivel de fosforilación de tirosinas
es menor, el rol de este tipo de fosforilación
es muy importante, por ejemplo
la actividad de muchos receptores de factores de
crecimiento es controlada por fosforilación de sus
residuos de Tyr.
Oncogenes
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13
Qué receptor es una quinasa de tirosina y se auto fosforila?
14
Int J Med Sci 2004; 1:101-115
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HIDROXILACIONES
Aminoácidos hidroxilados
4 OH-Pro – estabiliza al colágeno
5 OH-Lys – genera sitios de entrecruzamiento y
glicosilación
Ambas hidroxilasas requieren ascorbato y el
reconocimiento de la secuencia Gly-X-Pro o Gly-
X-Lys
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17
ADICIÓN DE GRUPOS ACILO
Adición de grupos acilo
El grupo acetilo se asocia al extremo N-
terminal de las proteínas aceptoras.
El dador de acetilo es la Acetil-CoA.
En algunas proteínas el grupo que se une al
extremo N-terminal es el miristoilo, de 14
carbonos.
Esta modificación permite la asociación de la
proteína modificada con las membranas.
La subunidad catalítica de la PKA se encuentra
miristoilado.
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4
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ADICIÓN DE GRUPOS METILO
Metilación
Se produce en resíduos de Lys
El dador de grupos metilo es la
S-adenosilmetionina (AdoMet)
Se produce entre otras, en:
calmodulina
citocromo c
histonas,
en ellas modula la interacción con el ADN
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S-adenosil metionina (AdoMet)
Metilación proteica
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21
ADOMET ADOMETADOMET
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S-adenosil metionina
(ADOMET)
S-adenosil homocisteína
(SAH)
Metilación proteica
• El grupo metilo de la AdoMet está unido a un átomo de azufre cargado, que
desestabiliza termodinámicamente a la molécula que transforma al metil-tiol
relativamente inerte de la metionina en un grupo muy reactivo con
nucleófilos polarizables (N, O y S) y átomos de C activados (carbaniones).
• Las metiltransferasas dependientes de AdoMet actúan además sobre el ADN,
ARN, proteínas, polisacáridos , lípidos y pequeñas moléculas.
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23
SULFATACIÓN
Sulfatación
La sulfatación proteica se produce en residuos
de Tyr
Fibrinógeno y algunas proteínas de secreción (ej.
gastrina) son sulfatadas.
El dador de sulfato es 3'-fosfoadenosil-5'-
fosfosulfato (PAPS), que se forma por activación
del sulfato mediante 2 ATP
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5
3'-fosfoadenosil-5'-fosfosulfato
(PAPS)
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PAPS sintetasa
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CARBOXILACIÓN DE GLUTAMATO
Carboxilación de glutamato
Genera el ácido g-carboxiglutámico (GLA)
Necesario para la actividad de los
factores de la coagulación II, VII, IX y
X.
Quela iones Ca
2+
necesarios para la
formación del coágulo
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Carboxilación de glutamato
Catalizado por una carboxilasa del
RE
Requiere vitamina K reducida
La reductasa de la vitamina K requieren
ditioles (como la tioredoxina) como cofactor
Análogos estructurales de la vitamina K
(warfarina y dicumarol) inhiben a la
reductasa y se emplean como
anticoagulantes
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Carboxilación de glutamato
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ADICIÓN DE SELENIO
Selenocisteína = Sec = U
se considera el aminoácido 21 presente en proteínas
Seleno proteínas
El selenio es un elemento traza, componente
de varias enzimas de procariotas y eucariotas
involucradas en reacciones redox.
El selenio es incorporado en las
selenoproteínas
durante la traducción, por
tanto es una modificación cotraduccional.
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Incorporación de selenio
La incorporación de Sec a
la maquinaria
traduccional se produce
por la selenización de
Ser
después que este
aminoácido se asoció al
ARNt
U
.
La Sec sintasa
dependiente de PLP
cataliza la síntesis de
selenocisteína
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34
El anticodón de la Sec-ARNt interactúa con un
codón de stop en el ARNm (UGA) en lugar de
hacerlo con el codón de serina.
El Sec-ARNt es transportado al ribosoma por un
factor de elongación específico (SelB).
Un elemento en la región 3' no traducida del
ARNm (Secuencia de Inserción de la Sec =
SECIS) determina que el codón UGA sea leído
como el codón para Sec y no como codón de
terminación.
35
Selenoproteínas
Selenoenzimas particularmente importantes en
eucariotas son la glutatión peroxidasa y la
tioredoxina reductasa.
También pertenecen a este grupo varias
hidrogenasas y deshidrogenasas
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7
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CITRULINIZACIÓN
Transformación de Argininas proteicas en Citrulina
Citrulinización es la conversión enzimática de
arginina en citrulina.
La enzima que cataliza esta reacción es la
peptidilarginina deiminasa (PAD).
Existen varias isoenzimas (PAD1, PAD2, .....)
Durante la reacción, la arginina es atacada por
un residuo de cisteína de la enzima para
establecer un aducto tetraédrico al tiempo que
se libera amonio.
Entonces el aducto es separado por el ataque
nucleofílico de una molécula de agua que
regenera el residuo de cisteína y forma el grupo
ceto.
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Transformación de Arg en
citrulina
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Catalizada por PEPTIDIL-ARGININA DEIMINASA (PAD),
activada por Ca
2+
Peptidil Arginina
Peptidil Citrulina
Enzima-Cys
Enzima-Cys
Enzima-Cys
Algunas proteínas Blanco de las PADs
Proteínas de la
epidermis
Proteína básica de la
mielina
Proteínas nucleares
Proteínas de la
coagulación
Patologías relacionadas
Psoriasis
Esclerosis múltiple
Artritis reumatoidea
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Proteínas Blanco de deiminización
en la epidermis
Filagrina y keratinas K1 y K10 de la epidermis, se
asocian entre sí gracias a la disminución de sus pI
por citrulinización.
Las unidades de filagrina se unen a filamentos de
keratina organizándolos en una matriz ordenada.
Tricohialina (THH) se solubiliza y también se enlaza
a keratina luego de citrulinada, estabilizando las
fibras.
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UBICUITINACIÓN
8
Ubicuitinación (la retomaremos más adelante)
Es la adición de una proteína pequeña, de 76
aminoácido, ubicuitina (Ub)
Existen proteínas similares a ubicuitina y con funciones
similares: SUMO, Nedd8, UCRP, FAT10, HAB, ISGN15,
Apg8, Apg12, URM1, An1
La Gly C-terminal de la Ub se une por enlace amida
(isopeptídico) a restos de Lys de la proteína blanco
Es una modificación reversible debido a la existencia de
enzimas desubicuitinantes (DUBs) y otras isopeptidasas
(para SUMO, etc)
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PRENILACIÓN
Prenilación
Es la adición del grupo farnesilo de 15 carbonos,
o del geranilgeranilo de 20 carbonos a proteínas
aceptoras.
Ambos son compuestos isoprenoides derivados
de la vía de síntesis del colesterol
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Farnesilo
Geranilgeranilo
Prenilación
Los grupos isoprenoides se unen a residuos de
Cys presentes en el extremo C-terminal de las
proteínas mediante unión tioéter.
Una secuencia consenso común se identificó en
estas proteínas CAAX, donde:
C es cisteína
A es un aminoácido alifático (exceptoAla)
X es el aminoácidoC-terminal
46
Prenilación
Para que la prenilación se lleve a cabo los tres
aminoácidos del extremo C-terminal (AAX)
deben ser removidos
La cisteína debe ser activada por metilación
por la prenil-cisteína metil transferasa
(PCMT) dependiente de AdoMet
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Proteína-Cys-AAX
peptidasa
Proteína-Cys + AAX
+
PCMT + AdoMet
Proteína-
-CH
3
Pirofosfato de farnesilo
48
9
Prenilación
Ejemplos de proteínas preniladas:
proteína oncogénica ras
La subunidad g de la proteína visual transducina
Numerosas proteínas de transducción de señales que
unen GTP (proteínas G)
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GLICOSILACIÓN
la retomaremos más adelante
Glicosilación
Altera solubilidad, estabilidad y tamaño físico
Confieren señal de reconocimiento para transporte y blanco
Glicosil transferasas presentan especificidad por
el monosacárido transferido
cierta porción de la secuencia de la molécula aceptora
la configuración del enlace formado
N- Glicosilación
Los azúcares están unidos al N de un grupo amida.
En el RE y el Golgi
O-Glicosilación
Ocurre en el O de un residuo Ser o Thr
En Golgi
En proteínas ya plegadas
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Marcado de enzimas con destino
al lisosoma
Las enzimas lisosomales son dirigidas hacia los
lisosomas por una modificación específica.
Durante el transito por el Golgi se adiciona un residuo
de N-AcetilGlucosamina-1-fosfato (GlcNAc-1-P) al
grupo hidroxilo en el carbono-6 de una o más manosas
que han sido agregadas a la enzima.
La GlcNAc se activa por acoplamiento a UDP y es
transferido por la enzima lisosomal GlcNAc-
fosfotransferasa, para dar: GlcNAc-1-P-6-Man-
proteina.
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52
Marcado de enzimas con destino
al lisosoma
Una segunda reacción (catalizada por GlcNAc 1-
fosfodiester-N-acetilglucosaminidasa) remueve el
GlcNAc dejando residuos de manosa fosforilados en la
posicion 6: Man-6-P-proteina.
Un receptor específico Man-6-P (MPR) está presente en
las membranas del Golgi. La unión de Man-6-P a este
receptor dirige las proteínas a los lisosomas.
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MODIFICACIONES OXIDATIVAS
NITRACION
10
NITRACION
Nitración es la adición de un grupo nitro en la
posición 3 del anillo de tirosina
Se lleva a cabo por la oxidación del anillo fenólico
a radical tirosilo y la posterior adición de
.
NO
2
Dos mecanismos son responsables de este
proceso
Mediado por ONOO
-
Catalizado por mieloperoxidasa en presencia de H
2
O
2
y NO
2
-
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Se ha observado la presencia de nitrotirosina
en diferentes tejidos expuestos a
condiciones inflamatorias
Células que expresan la iNOS y la NADPH-
oxidasa (como macrófagos) serían las
responsables de la generación de especies
reactivas del oxígeno y del nitrógeno que
llevan a la nitración de Tyr y a la formación
de otros productos de oxidación proteica y
lipídica.
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Rol biológico
La nitración/oxidación proteica es un mecanismo
de señalización intracelular
Activación de NFkB
La nitración/oxidación proteica le confiere
capacidad antigénica a proteínas autólogas.
La oxidación de LDL lleva a su reconocimiento
por el receptor scavenger de macrófagos con la
consiguiente formación de células espumosas y
placas ateromatosas.
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Presencia de nitrotirosina en placas de ateroma de ratones knock out para
el receptor de Apo-B100, Apo-B48 y Apo-AI
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MODIFICACIÓN
POSTRADUCCIONAL MEDIANTE
PROTEOLISIS LIMITADA
Proteolisis limitada
La mayor parte de las proteínas sufren cortes
proteolíticos después de la traducción.
La forma más simple es la remoción de la Met (fMet
en procariotas) de iniciación.
Muchas proteínas se sintetizan como precursores
inactivos (Pro-proteínas) que se activan por
proteolisis limitada bajo condiciones apropiadas.
Las enzimas digestivas y las involucradas en la
cascada de la coagulación se sintetizan como pro-
proteínas y se activan por proteolisis limitada
(lo
veremos en las clases siguientes)
.
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11
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EJEMPLO #1:
MARCADO DE PROTEÍNAS PARA
LA SECRECIÓN Y EL ANCLAJE A
MEMBRANA
el péptido señal es removido mediante protolisis limitada
Las proteínas destinadas a formar parte de
membranas y las proteínas a ser secretadas
se sintetizan por los ribosomas del RE.
Estas proteínas contienen a nivel del
extremo N-terminal una secuencia o péptido
señal, constituído por 13-36 residuos
predominantemente hidrofóbicos.
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El péptido señal es removido
mediante protolisis limitada
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Citosol
Luz del RE
•El péptido señal,
sintetizado por
ribosomas
citosólicos.
•Es reconocido por
un complejo
multiproteico llamado
Partícula de
Reconocimiento del
Péptido Señal
(PRS).
Receptor
de la
PRPS
Traslocón
cerrado
Memb. del RE
Partícula de Reconocimiento de
Señal (PRS)
Es un complejo de 325 kDa
Formado por 6 polipéptidos diferentes y una
molécula de RNA de 300 bases
Une GTP, que se hidroliza durante el proceso
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La unión de la PRS al ribosoma detiene la
síntesis y el complejo se une a su receptor
(R-PRS) de la superficie citosólica del RE.
El ribosoma es transferido a un translocón
(receptor ribosómico), liberándose del
complejo PRS/R-PRS.
La región hidrofóbica del péptido señal sirve
de anclaje a la membrana.
El péptido señal es removido de las pre-
proteínas por peptidasas del RE.
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Membrana del RE
Citosol
Luz del RE
R-PRS
Traslocón
Proteina
Para
secreción
12
La síntesis continúa y si la proteína está
destinada a la secreción terminará
totalmente inmersa en la luz del retículo.
En cambio, si se trata de una proteína de
membrana la transferencia hacia la luz se
verá impedida por un motivo de detención de
la transferencia, que será la porción
transmembrana de la proteína.
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DOS EJEMPLOS DE ACTIVACIÓN
POR PROTEOLISIS LIMITADA:
OPIOMELANOCORTINA
INSULINA
PRE-PRO-OPIOMELANOCORTINA
Un ejemplo complejo de procesamiento
postraduccional de una preproproteína es el de
la preproopiomelanocortina (Pre-POMC)
sintetizada en la hipófisis o glándula pituitaria
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Esta preproproteína sufre diferente
procesamiento proteolítico, dependiendo del
sitio de síntesis del precursor.
Células corticotropas de la hipófisis anterior
Células melanotropas del lóbulo intermedio de la
hipófisis
Por unas 3000 neuronas del hipotálamo
Por melanocitos en la piel
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Derivados generados por proteolisis
limitada:
En la hipófisis anterior (células corticotropas):
Hormona adrenocorticotropa (ACTH)
β-Lipotropina (β-LPH)
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Pre N-TERM ACTH b-LPH
Pre N-TERM ACTH b-LPH
++
Pre-POMC
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• En el lóbulo intermedio de la hipófisis (células
melanotropas) :
– ACTH se escinde en:
• Péptido del lóbulo intermedio similar a corticotropina
(
CLIP),
• Hormona estimulante de melanocitos (MSH)
– b-LPH en:
• γ-LPH
• β-endorfina (β-END).
13
Procesamiento de POMC
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Pre N-TERM ACTH b-LPH
Pre N-TERM ACTH b-LPH
++
Hidrólisis total
aa
Lóbulo anterior
e intermedio
g-MSH
Lóbulo intermedio
a-MSH CLIP
g-LPH b-END
Funciones:
a-MSH
regulación del apetito y en el comportamiento sexual,
regula la producción de melanina.
ACTH
regula la secreción de glucocorticoides por la corteza
adrenal.
β-endorfina y meta-encefalina
Son péptidos opioides.
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Otro ejemplo
: Insulina
Se sintetiza como
preproinsulina por las
células b de los islotes
de Langerhan del
páncreas
En el RE una peptidasa
corta el péptido señal
de 24 aminoácidos
generando proinsulina
Se forman los puentes
disulfuro y en el Golgi
se empaca en gránulos
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Insulina
En los gránulos se elimina el péptido C por
acción de las enzimas
pro-hormona convertasa
(PC) 2 y 1/3
, y la carboxipeptidasa E
Se transforma en insulina, formada por los
péptidos A y B unidos por puentes disulfuro
21/08/2011
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