Facultad de Química, UNAM 1630 Genética y Biología Molecular Modificaciones post-traduccionales Modificaciones post-traduccionales No siempre un polipéptido recién sintetizado es una proteína funcional. Además de un correcto plegamiento y la posible formación de puentes disulfuro, hay diversas modificaciones químicas que son necesarias para realizar su función. Dichas modificaciones se dan principalmente en los extremos amino y carboxilo de la proteína. Modificaciones químicas Glucosilación Hidroxilación Fosforilación Acetilación Metilación Otras modificaciones: Ruptura proteólica, adición de lípdos y ubiquitinación. 1
Fosforilación de proteínas Es la modificación regulatoria más común en eucariotas. La fosforilación de un residuo de aminoácido puede ocasionar un cambio conformacional en la proteína afectando su función. La fosforilación puede controlar la actividad, estructura y localización celular de una proteína. CINASA PROTEÍNA CINASA FOSFATASA PROTEÍNA FOSFATASA CINASA FOSFATASA Algunas proteínas son controladas por múltiples modificaciones covalentes Un gran número de proteínas son modificadas en más de un aminoácido, creando un patrón de modificaciones específico que cambia la actividad o estabilidad de la proteína en diferentes eventos regulatorios.. 50 aminoácidos Fosfato Acetilo Ubiquitina Dominio de transactivación PROTEÍNA p53 Dominio de unión al DNA Dominio de tetramerización Dominio regulatorio Metilo La proteína p53 tiene múltiples funciones en el control de la respuesta celular a diferentes tipos de estrés 2
Transporte de las proteínas en la célula. La localización final de una proteína en la célula frecuentemente está determinada por alguna secuencia corta de aminoácidos presente en la proteína. En procariontes, los destinos posibles de una proteína: Secretada hacia el exterior de la célula Membrana plasmática Citosol Las bacterias Gram tienen varios sistemas de secrección. Secreción de proteínas en bacterias. La proteína que se va a secretar tiene una secuencia de varios aminoácidos en N terminal que funciona como señal. La proteína SecB se une a la proteína recien sintetizada y previene que se pliegue y adquiera su estructura terciaria. Las proteínas SecY y SecE son proteínas transmembranales que forman un poro mediante el cual es transportada la proteína que es secretada. Es un proceso dependiente de la hidrólisis de ATP La proteína se pliega y el péptido señal es procesado por una proteasa. 3
En eucariontes, las proteínas pueden tener varios destinos: Núcleo, mitocondria, peroxisomas, cloroplastos, retículo endoplásmico, aparato de Golgi, lisosomas. Las proteínas contienen ciertas secuencias de aminoácidos que son reconocidas por receptores en el organelo blanco o por otras proteínas que las transportan. Hay dos mecanismos generales: Direccionamiento post traduccional: núcleo, mitocondria, cloroplasto peroxisoma. Direccionamiento co traduccional: retículo endoplásmico, aparato de Golgi, lisosomas, membrana plasmática, secreción. 4
Transporte de proteínas al núcleo. Proteínas del metabolismo del DNA y RNA requieren estar en el núcleo. También las histonas y otras proteínas que se unen a la cromatina. El transporte de proteínas hacia adentro del núcleo ocurre por los poros nucleares donde hay proteínas que reconocen la secuencia de localización nuclear (NLS) en la proteína que se va a internalizar. Esta NLS es una secuencia rica en aminoácidos básicos. PKKKRLV Hay proteínas que carecen del NLS pero son cotransportadas al núcleo junto con otra proteína. Direccionamiento cotraduccional. La vía secretora. 1. La proteína entra al RE conforme es sintetizada en el ribosoma. 2. Las proteína sale del RE en una vesícula 3. Las proteína viaja a través de la cisterna del aparato de Golgi 4. La proteína entra en una vesícula secretora que se fusiona a la membrana plasmática. 5. Las proteína es secretada. 5
Degradación y reciclaje de proteínas. Las proteínas tienen una vida media determinada por lo que son hidrolizadas por varias vías. Proteínas oxidadas Proteínas mal plegadas Proteínas que forman agregados Proteínas de señalización o regulatorias Degradación de proteínas por vía lisosomal que contienen muchas proteasas. Degradación de proteínas por el proteosoma Proteína blanco con cadena de poliubiquitina Proteasas Sitios activos Estas proteasas forman un complejo de unas 28 subunidades que tiene un alto P.M. (proteasoma). 6
Degradación y reciclaje de proteínas. Ubiquitinación. La ubiquitina es una proteína de 76 a.a. que se une a proteínas que van a ser degradadas. 1. Una enzima activadora se une al extremo C terminal de la ubiquitina (ATP) 2. La ubiquitina activada es transferida a una segunda enzima que reconoce a la proteína blanco 3. La ubiquitina activada se une covalentemente a residuos de Lys de la proteína blanco. 4. La proteína marcada con ubiquitina es reconocida por proteasas en el citosol que la degradan. 5. Estas proteasas forman un complejo de unas 28 subunidades que tiene un alto P.M. (proteasoma). Ubiquitinación. La proteína marcada con ubiquitina es reconocida por proteasas en el citosol que la degradan. Degradación y reciclaje de proteínas. La ubiquitina activada se une covalentemente a residuos de Lys de la proteína blanco. La ubiquitina activada es transferida a una segunda enzima que reconoce a la proteína blanco Una enzima activadora se une al extremo C terminal de la ubiquitina (ATP) 7
Enfermedades neurológicas ocasionadas por desregulación en el proceso de ubiquitinación. Se caracterizan por depósitos de proteínas mal plegadas que son relativamente resistentes a degradación. Las proteínas ubiquitinadas están generalmente presentes en los agregados que se forman Aproximadamente el 90% de las demencias neurodegenerativas se deben a anormalidades de sólo 4 proteínas: α sinucleína, β amiloide, TAU y TDP43.. Parkinson y Alzheimer La parkinina es una ligasa E3 del sistema ubiquitina proteosoma que participa en la degradación de la α sinucleína 8
MUTACIONES EN EL GEN PARK2 Mutaciones puntuales Delección de exones Multiplicación de exones El gen PARK2 tiene un tamaño de 1.4Mb, el cual codifica una ligasa de ubiquitina E3 llamada parkinina. Mutaciones en este gen causa Parkinson hereditario. La desregulación del sistema ubiquitina proteosoma contribuye a la patogénesis de enfermedades neurodegenerativas. PARKINSON Enfermedad degenerativa que causa temblores y alteración en el movimiento. El deterioro de las habilidades motoras es causado por la perdida de las neuronas dopaminérgicas en la sustancia nigra. En estas células se encuentran cuerpos de Lewy, los cuales son agregados de proteínas. Aunque la mayoría de casos del Parkinson son idiopáticos, la identificación de mutaciones en un solo gen que están ligadas a la forma hereditaria de la enfermedad Una de las mutaciones más comunes que causa Parkinson ocurre en el gen PARK 2, la cual se transmite como una enfermedad autosómica recesiva. 9