กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 14 นาที

การดัดแปลงหลังการแปล

การดัดแปลงหลังการแปล ( PTMs ) คือ กระบวนการ โควาเลนต์ที่เปลี่ยนแปลงโปรตีนหลังจากการสังเคราะห์และการปล่อยออกจากไรโบโซม PTMs...

การดัดแปลงหลังการแปล

การดัดแปลงอินซูลิน หลังการสังเคราะห์โปรตีน ในขั้นต้น ไรโบโซมจะแปลลำดับ mRNA เป็นโปรตีนอินซูลิน และส่งโปรตีนผ่านเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมซึ่งโปรตีนจะถูกตัด พับ และยึดไว้ด้วยพันธะไดซัลไฟด์ (-SS-) จากนั้นโปรตีนจะผ่านกอลจิแอพพาราตัสซึ่งจะถูกบรรจุลงในเวสิเคิล ภายในเวสิเคิล ส่วนต่างๆ จะถูกตัดออกเพิ่มเติม และกลายเป็นอินซูลินที่สมบูรณ์

การดัดแปลงหลังการแปล ( PTMs ) คือ กระบวนการ โควาเลนต์ที่เปลี่ยนแปลงโปรตีนหลังจากการสังเคราะห์และการปล่อยออกจากไรโบโซม PTMs เป็นเหตุการณ์การแก้ไขที่ย้อนกลับได้ซึ่งใช้และดำเนินการในกระบวนการโดยรวมของการควบคุมหลังการแปลการควบคุมระดับของโปรตีนที่ออกฤทธิ์ เหตุการณ์ที่ไม่สามารถย้อนกลับได้คือโปรตีโอไลซิส(การย่อยสลายโปรตีน) PTMs ช่วยให้หน้าที่ของโปรตีนมีความหลากหลายและขยายออกไปนอกเหนือจากข้อกำหนดของการถอดรหัส [ 1 ]ณ ปี 2023 มี PTM ที่รู้จักมากกว่า 650 ชนิด[ 2 ] PTMs ยังเป็นกระบวนการของโปรคาริโอต อีกด้วย [ 3 ]

การดัดแปลงหลังการสังเคราะห์ โปรตีน (PTMs) อาจเกี่ยวข้องกับเอนไซม์หรือเกิดขึ้นเองโดยธรรมชาติ โปรตีนถูกสร้างขึ้นโดยไรโบโซม ซึ่งแปลmRNAเป็นสายโพลีเปปไทด์ จากนั้นสายโพลีเปป ไทด์อาจเปลี่ยนแปลงไปเป็นโปรตีนที่สมบูรณ์ แล้วจึงปล่อยออกจากไรโบโซม การดัดแปลงหลังการสังเคราะห์โปรตีนเป็นองค์ประกอบสำคัญในการ ส่งสัญญาณภายในเซลล์เช่น เมื่อโปรฮอร์โมนถูกเปลี่ยนเป็นฮอร์โมน

การดัดแปลงหลังการแปลสามารถเกิดขึ้นได้ที่โซ่ข้างของกรดอะมิโน หรือที่ ปลายC-หรือN-ของโปรตีน[ 4 ]พวกมันสามารถขยายชุดทางเคมีของกรดอะมิโน 22 ชนิดได้ โดยการเปลี่ยนหมู่ฟังก์ชัน ที่มีอยู่ หรือเพิ่มหมู่ฟังก์ชันใหม่ เช่น ฟอสเฟตการฟอสฟอริเลชันมีประสิทธิภาพสูงในการควบคุมกิจกรรมของเอนไซม์และเป็นการเปลี่ยนแปลงที่พบบ่อยที่สุดหลังการแปล[ 5 ] โปรตีน ยูคาริโอตและโปรคาริโอตจำนวนมากยังมี โมเลกุล คาร์โบไฮเดรตติดอยู่ด้วยในกระบวนการที่เรียกว่าไกลโคซิเลชันซึ่งสามารถส่งเสริม การพับตัว ของ โปรตีนและปรับปรุงความเสถียร ตลอดจนทำหน้าที่ควบคุม การติด โมเลกุล ไขมันที่เรียกว่าลิพิเดชันมักจะเกิดขึ้นกับโปรตีนหรือส่วนหนึ่งของโปรตีนที่ติดอยู่กับเยื่อหุ้มเซลล์

รูปแบบอื่นๆ ของการดัดแปลงหลังการแปลประกอบด้วยการตัดพันธะเปปไทด์เช่น การประมวลผลโปรเปปไทด์ให้เป็นรูปแบบที่สมบูรณ์หรือการกำจัด หมู่ เมไท โอนีนที่เป็นตัวเริ่มต้น การสร้างพันธะไดซัลไฟด์จาก หมู่ ซิสเทอีนก็อาจเรียกได้ว่าเป็นการดัดแปลงหลังการแปลเช่นกัน[ 6 ]ตัวอย่างเช่น ฮอร์โมนเปปไทด์อินซูลินถูกตัดสองครั้งหลังจากสร้างพันธะไดซัลไฟด์ และโปรเปปไทด์ถูกกำจัดออกจากตรงกลางของโซ่ โปรตีนที่ได้จะประกอบด้วยโซ่โพลีเปปไทด์สองโซ่ที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะไดซัลไฟด์

การดัดแปลงหลังการแปลบางประเภทเป็นผลมาจากความเครียดออกซิเดชันการคาร์บอนิเลชันเป็นตัวอย่างหนึ่งที่กำหนดเป้าหมายโปรตีนที่ถูกดัดแปลงเพื่อการย่อยสลายและอาจส่งผลให้เกิดการก่อตัวของโปรตีนรวมกลุ่ม[ 7 ] [ 8 ]การดัดแปลงกรดอะมิโนเฉพาะสามารถใช้เป็นตัวบ่งชี้ทางชีวภาพที่บ่งบอกถึงความเสียหายจากออกซิเดชัน[ 9 ] PTMs และไอออนโลหะมีบทบาทสำคัญและมีปฏิสัมพันธ์กันในการควบคุมการทำงานของโปรตีน ส่งผลต่อกระบวนการของเซลล์ เช่น การส่งสัญญาณและการแสดงออกของยีน โดยปฏิสัมพันธ์ที่ผิดปกติเกี่ยวข้องกับโรคต่างๆ เช่น มะเร็งและโรคความเสื่อมของระบบประสาท[ 10 ]

ตำแหน่งที่มักได้รับการดัดแปลงหลังการแปลรหัสคือตำแหน่งที่มีหมู่ฟังก์ชันที่สามารถทำหน้าที่เป็นนิวคลีโอไฟล์ในปฏิกิริยา ได้แก่ หมู่ ไฮดรอกซิลของซีรีนรีโอนีนและไทโร ซีน รูป แบบ อะมีนของไลซีนอาร์จินีนและฮิ สติดีน แอนไอออนไทโอเลต ของซิส เทอี น คาร์บอกซิเลตของแอปาร์เทตและกลูตาเมตและปลาย N- และ C-เทอร์มินัส นอกจากนี้ แม้ว่าอะไมด์ของแอสปาราจีนจะเป็นนิวคลีโอไฟล์ที่อ่อนแอ แต่ก็สามารถทำหน้าที่เป็นจุดยึดสำหรับไกลแคนได้ การดัดแปลงที่หายากกว่าอาจเกิดขึ้นที่ เมไทโอนีนที่ถูกออกซิไดซ์และที่หมู่เมทิลีน บางหมู่ ในโซ่ข้าง[ 11 ]

การดัดแปลงโปรตีนหลังการสังเคราะห์สามารถตรวจจับได้ด้วยวิธีการทดลองหลากหลายวิธี รวมถึงแมสสเปกโทรเมตรีอีสเทิร์นบลอตติงและเวสเทิร์นบลอตติง

การดัดแปลงหลังการสังเคราะห์ที่เกี่ยวข้องกับการเพิ่มหมู่ฟังก์ชัน

การเติมโดยเอนไซม์ในร่างกาย

กลุ่มไฮโดรโฟบิกสำหรับการกำหนดตำแหน่งในเยื่อหุ้มเซลล์

โคแฟคเตอร์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของเอนไซม์

การปรับเปลี่ยนปัจจัยการแปล

กลุ่มเคมีขนาดเล็ก

การไกลโคซิเลชันใน PTM

การดัดแปลงที่ไม่เกี่ยวข้องกับเอนไซม์ในร่างกาย

ตัวอย่างของ PTM ที่ไม่ใช่เอนไซม์ ได้แก่ ไกลเคชั่น ไกลโคออกซิเดชั่น ไนโตรซิเลชั่น ออกซิเดชั่น ซัคซิเนชั่น และลิโปออกซิเดชั่น[ 20 ]

การเติมสารโดยไม่ใช้เอนไซม์ในหลอดทดลอง

  • การไบโอติไนเลชัน : การเชื่อมต่อโมเลกุลไบโอตินเข้ากับโปรตีนด้วยพันธะโควาเลนต์โดยใช้สารเคมีไบโอติไนเลชัน ซึ่งโดยทั่วไปมีวัตถุประสงค์เพื่อติดฉลากโปรตีน
  • การคาร์บาไมเลชัน: การเพิ่มกรดไอโซไซยานิกที่ปลาย N ของโปรตีนหรือโซ่ข้างของสารตกค้าง Lys หรือ Cys ซึ่งโดยทั่วไปเกิดจากการสัมผัสกับสารละลายยูเรีย[ 27 ]
  • ออกซิเดชัน: การเติมอะตอมออกซิเจนหนึ่งอะตอมหรือมากกว่านั้นลงในหมู่ข้างเคียงที่ไวต่อปฏิกิริยา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในหมู่เมไทโอนีน (Met), ทริปโตเฟน (Trp), ฮิสติดีน (His) หรือซิสทีน (Cys) การเกิด พันธะ ไดซัลไฟด์ระหว่างหมู่ซิสทีน
  • การเพกิเลชัน : การเชื่อมต่อโพลีเอทิลีนไกลคอล (PEG) ด้วยพันธะโควาเลนต์โดยใช้สารเพกิเลชัน ซึ่งโดยทั่วไปจะเชื่อมต่อกับปลาย N-terminus หรือหมู่ข้างเคียงของกรดอะมิโนไลซีน การเพกิเลชันใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของยาโปรตีน

การเชื่อมต่อกับโปรตีนหรือเปปไทด์อื่นๆ

การดัดแปลงทางเคมีของกรดอะมิโน

การเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง

สถิติ

PTM ทั่วไปตามความถี่

PTM 6 ประเภทที่พบได้บ่อย

ในปี 2554 สถิติของการดัดแปลงหลังการแปลแต่ละครั้งที่ตรวจพบจากการทดลองและที่คาดการณ์ไว้ได้ถูกรวบรวมโดยใช้ข้อมูลทั่วทั้งโปรตีโอมจากฐานข้อมูล Swiss-Prot [ 33 ]การดัดแปลงที่พบจากการทดลองที่พบบ่อยที่สุด 10 อันดับแรกมีดังนี้: [ 34 ]

ความถี่ การแก้ไข
58383 การฟอสฟอริเลชัน
6751 อะเซทิเลชัน
5526 ไกลโคซิเลชันแบบ N-linked
2844 อามิเดชั่น
1619 ไฮดรอกซิเลชัน
1523 เมทิลเลชัน
1133 ไกลโคซิเลชันแบบ O-linked
878 การยูบิควิตินิเลชัน
826 กรดไพร์โรลิโดนคาร์บอกซิลิก
504 การซัลเฟต

การดัดแปลงหลังการสังเคราะห์โปรตีนทั่วไปตามสารตกค้าง

ตัวอย่างการดัดแปลงหลังการสังเคราะห์โปรตีนที่พบได้ทั่วไปในกรดอะมิโนบางชนิดแสดงไว้ด้านล่าง การดัดแปลงเกิดขึ้นที่หมู่ข้างเคียงเว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น

กรดอะมิโนอักษรย่อ.การแก้ไข
อะลานีนอะลา หรือ เอ การเติมหมู่แอเซทิลที่ปลาย N (N-terminus)
อาร์จินีนอาร์ก หรือ อาร์ การดีอิมิเนชันเป็นซิทรูลีน , การเมทิลเลชัน
แอสพาราจีนแอสน หรือ เอ็น การดีแอมิเดชันเป็นแอสปาร์ติกแอซิด (Asp) หรือไอโซ(แอสปาร์ติกแอซิด) (iso(Asp)), การ ไกลโคซิเลชันแบบ N-linked , การสร้างพันธะไอโซเปปไทด์โดยธรรมชาติ
กรดแอสปาร์ติกแอสป์ หรือ ดี การไอโซเมอไรเซชันไปเป็นกรดไอโซแอสปาร์ติก การสร้างพันธะไอโซเปปไทด์โดยธรรมชาติ
ซิสเทอีนซิสทีนหรือซี การสร้างพันธะ ไดซัลไฟด์ , การออกซิเดชันเป็นกรดซัลฟีนิก, กรดซัลฟินิก หรือกรดซัลโฟนิก, การพาลมิโทอิลเลชัน , การอะเซทิลเลชันที่ปลาย N (N-terminus), การไนโตรซิเลชันที่ปลาย S
กลูตามีนกลูตาเมตหรือคิว การเกิดวงแหวนเป็นกรดไพโรกลูตามิก (ปลาย N-terminus) การกำจัดหมู่เอมีนเป็นกรดกลูตามิกหรือ การสร้าง พันธะไอโซเปปไทด์กับไลซีนโดยทรานส์กลูตามิเนส
กรดกลูตามิกกาวหรืออี การเกิดวงแหวนเป็นกรดไพโรกลูตามิก (ปลาย N-terminus) และการเติมหมู่แกมมาคาร์บอกซิล
ไกลซีนไกล หรือ จี การเติมหมู่ไมริสโตอิลที่ปลาย N (N-terminus), การเติมหมู่แอซีทิลที่ปลาย N (N-terminus)
ฮิสติดีนของเขาหรือ H การฟอสโฟรีเลชัน
ไอโซลิวซีนอิเล หรือ ไอ
ลิวซีนลิว หรือ แอล
ไลซีนไลส์ หรือ เค การอะเซทิเลชัน , การยูบิควิทิเลชัน , การซูโมอิเลชัน , การเมทิลเลชัน , การไฮดรอกซิเลชันที่นำไปสู่แอลลิซีน , การสร้างพันธะไอโซเปปไทด์โดยธรรมชาติ
เมไทโอนีนเมโทรหรือเอ็ม การเติมหมู่แอเซทิลที่ปลาย N (N-terminus), การเติมหมู่ยูบิควิตินที่ปลาย N (N-linked ubiquitination), การออกซิเดชันเป็นซัลฟอกไซด์หรือซัลโฟน
ฟีนิลอะลานีนฟีนิลอะลานีนหรือเอฟ
โปรไลน์โปร หรือ พี ไฮดรอกซิเลชัน
เซรีนเซอร์ หรือ เอส การฟอสโฟรีเลชัน , การไกลโคซิเลชันแบบ O-linked , การอะเซทิเลชันแบบ N-terminus (N-terminus)
ทรีโอนีนทรอหรือที การฟอสโฟรีเลชัน, การไกลโคซิเลชันแบบ O-linked, การอะเซทิเลชันแบบ N-terminus (N-terminus)
ทริปโตแฟนทริป หรือ ดับเบิลยู โมโนหรือไดออกซิเดชัน การก่อตัวของคีนูเรนีนริปโตแฟน ทริปโตฟิลควิโนน
ไทโรซีนไทร์ หรือ วาย การซัลเฟต , การฟอสโฟรีเลชัน
วาลีนวาล หรือ วี การเติมหมู่แอเซทิลที่ปลาย N (N-terminus)

ฐานข้อมูลและเครื่องมือ

แผนผังแสดงขั้นตอนและแหล่งข้อมูลเพื่อทำนาย PTM [ 35 ]

ลำดับโปรตีนประกอบด้วยลวดลายลำดับที่เอนไซม์ดัดแปลงจดจำได้ และสามารถบันทึกหรือทำนายได้ในฐานข้อมูล PTM (Post-Transformation Technology) เนื่องจากมีการค้นพบการดัดแปลงที่แตกต่างกันจำนวนมาก จึงมีความจำเป็นต้องบันทึกข้อมูลประเภทนี้ไว้ในฐานข้อมูล ข้อมูล PTM สามารถรวบรวมได้จากวิธีการทดลองหรือทำนายได้จากข้อมูลคุณภาพสูงที่ได้รับการตรวจสอบและคัดกรองด้วยตนเอง มีการสร้างฐานข้อมูลจำนวนมาก โดยมักเน้นไปที่กลุ่มอนุกรมวิธานบางกลุ่ม (เช่น โปรตีนของมนุษย์) หรือคุณลักษณะอื่นๆ

รายชื่อแหล่งข้อมูล

  • PhosphoSitePlus [ 36 ] – ฐานข้อมูลข้อมูลและเครื่องมือที่ครอบคลุมสำหรับการศึกษาการดัดแปลงหลังการแปลโปรตีนของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม
  • ProteomeScout [ 37 ] – ฐานข้อมูลโปรตีนและการดัดแปลงหลังการแปลรหัสแบบทดลอง
  • ฐานข้อมูลอ้างอิงโปรตีนของมนุษย์[ 37 ] – ฐานข้อมูลสำหรับการดัดแปลงที่แตกต่างกันและทำความเข้าใจโปรตีนที่แตกต่างกัน คลาส และหน้าที่/กระบวนการที่เกี่ยวข้องกับโปรตีนที่ก่อให้เกิดโรค
  • PROSITE [ 38 ] – ฐานข้อมูลของรูปแบบฉันทามติสำหรับ PTM หลายประเภท รวมถึงไซต์
  • RESID [ 39 ] – ฐานข้อมูลที่ประกอบด้วยชุดคำอธิบายประกอบและโครงสร้างสำหรับ PTM
  • iPTMnet [ 40 ] – ฐานข้อมูลที่รวมข้อมูล PTM จากฐานความรู้หลายแห่งและผลลัพธ์การขุดข้อความ
  • dbPTM [ 35 ] – ฐานข้อมูลที่แสดง PTM ต่างๆ และข้อมูลเกี่ยวกับองค์ประกอบทางเคมี/โครงสร้าง และความถี่สำหรับตำแหน่งที่มีการดัดแปลงกรดอะมิโน
  • Uniprotมีข้อมูลเกี่ยวกับ PTM แม้ว่าข้อมูลอาจจะไม่ครบถ้วนเท่ากับฐานข้อมูลเฉพาะทางอื่นๆ
    ผลของ PTM ต่อการทำงานของโปรตีนและกระบวนการทางสรีรวิทยา[ 41 ]
  • ฐาน ข้อมูล O -GlcNAc [ 42 ] [ 43 ] - ฐานข้อมูลที่รวบรวมไว้สำหรับการเติมหมู่ O-GlcNAc ให้กับโปรตีนและอ้างอิงถึงรายการโปรตีนมากกว่า 14,000 รายการและไซต์O -GlcNAc มากกว่า 10,000 ไซต์

เครื่องมือ

รายชื่อซอฟต์แวร์สำหรับแสดงภาพโปรตีนและการดัดแปลงหลังการสังเคราะห์ (PTMs)

  • PyMOL [ 44 ] – แนะนำชุด PTM ทั่วไปลงในแบบจำลองโปรตีน
  • สุดยอด[ 45 ] – เครื่องมือแบบโต้ตอบเพื่อดูบทบาทของโพลีมอร์ฟิซึมของนิวคลีโอไทด์เดี่ยวต่อ PTM
  • ไคเมรา[ 46 ] – ฐานข้อมูลเชิงโต้ตอบเพื่อแสดงภาพโมเลกุล

ตัวอย่างกรณีศึกษา

ดูเพิ่มเติม

  • คำศัพท์ควบคุมสำหรับการดัดแปลงหลังการแปลในUniprot
  • รายการการดัดแปลงหลังการแปลใน ExPASy
  • เรียกดูโดเมน SCOP ตาม PTMจากฐานข้อมูลdcGO
  • ภาพรวมและคำอธิบายของเทคนิคการตรวจจับการดัดแปลงหลังการแปลโปรตีนที่ใช้กันทั่วไป
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Post-translational_modification&oldid=1352047702 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ การดัดแปลงหลังการแปล

การดัดแปลงหลังการแปล ( PTMs ) คือ กระบวนการ โควาเลนต์ที่เปลี่ยนแปลงโปรตีนหลังจากการสังเคราะห์และการปล่อยออกจากไรโบโซม PTMs...

การเติมโดยเอนไซม์ ในร่างกาย

กลุ่มไฮโดรโฟบิกสำหรับการกำหนดตำแหน่งในเยื่อหุ้มเซลล์ ไมริสโตอิลเลชัน ( อะซิเลชัน ชนิดหนึ่ง) คือการเติม ไมริสเตต ซึ่งเป็น กรดอิ่มตัวC14 เข้าไป การเติมหมู่ปาล์มิโตอิล (ซึ่งเป็นกระบวนการอะซิเลชันชนิดหนึ่ง) คือการเติม หมู่ปาล์มิเตต ซึ่ง เป็นกรดอิ่มตัวที่มีคาร์บอน...

การดัดแปลงที่ไม่เกี่ยวข้องกับเอนไซม์ ในร่างกาย

ตัวอย่างของ PTM ที่ไม่ใช่เอนไซม์ ได้แก่ ไกลเคชั่น ไกลโคออกซิเดชั่น ไนโตรซิเลชั่น ออกซิเดชั่น ซัคซิเนชั่น และลิโปออกซิเดชั่น [ 20 ]

การเติมสารโดยไม่ใช้เอนไซม์ ในหลอดทดลอง

การไบโอติไนเลชัน : การเชื่อมต่อโมเลกุลไบโอตินเข้ากับโปรตีนด้วยพันธะโควาเลนต์โดยใช้สารเคมีไบโอติไนเลชัน ซึ่งโดยทั่วไปมีวัตถุประสงค์เพื่อติดฉลากโปรตีน การคาร์บาไมเลชัน: การเพิ่มกรดไอโซไซยานิกที่ปลาย N ของโปรตีนหรือโซ่ข้างของสารตกค้าง Lys หรือ Cys...