Посттрансляционная модификация белка

Полипетидная цепь – первичный продукт биосинтеза белка – часто подвергается химическим превращениям, изменяющим ее ковалентную структуру. Такие превращения могут происходить как в процессе трансляции (котрансляционная модификация), так и после её окончания, нередко уже после сформирования пространственной структуры белка. Многообразие этих реакций, завершающих созревание белка или видоизменяющих его функциональные свойства, очень велико – их число достигает 300-400. Иногда реакции посттрансляционной модификации называют nроцессингом. (от англ. processing – обработка), подчеркивая этим, что они как бы завершают биосинтез белка. Этот термин не вполне точен, поскольку некоторые реакции, например фосфорилирование, могут происходить с одной и той же молекулой неоднократно, регулируя ее активность, другие, вероятно, служат сигналом к расщеплению белка.

Обычно реакции посттрансляционной модификации катализируются специфическими ферментами, хотя известны и внутримолекулярные превращения белков, происходящие без участия «внешних» ферментов. Реакции посттрансляционной модификации, как правило, имеющие функциональный смысл, направленность, принято отличать от более или менее случайных повреждающих реакций, также весьма многочисленных, которые происходят с белками in vivo, отражаясь на их структурной целостности и функциональных свойствах. К ним относят, например, реакции окисления, случайный протеолиз и некаталитическое дезамидирование белка, присоединение глюкозы к аминогруппам некоторых белков, в частности гемоглобина, при ее повышенном содержании в крови при диабете и т.п.

Реакции посттрансляционной модификации являются нематричными процессами, они не кодируются непосредственно, поэтому нередко протекают неполно, что приводит к образованию множественных форм того или иного белка – продуктов частичного превращения.

Каков функциональный смысл реакций посттрансляционной модификации? На этот вопрос в обобщенной форме можно дать следующий ответ. Во-первых, несмотря на удивительное богатство структур, образуемых аминокислотными остатками и их ансамблями в пространственной структуре белка, это многообразие далеко не безгранично. Разумеется, образование комплексов с кофакторами (металлами, коферментами и т.п.) резко расширяет функциональные возможности белка. Однако и этот путь не всегда оказывается достаточным. В таких случаях структурная палитра белка может быть обогащена путем направленного преобразования боковых цепей тех или иных аминокислотных остатков, а иногда и молекулы в целом.

Во-вторых, что не менее важно, некоторые реакции посттрансляци­онной модификации, в особенности обратимые, позволяют управлять активностью белка или целых групп белков в ответ на изменяющиеся потребности клетки.

Заметим, что реакции посттрансляционной модификации в отличие от предшествующих им стадий трансляции очень индивидуальны, иногда свойственны только одному белку – к таким относятся, например, гидроксилирование остатков пролина в коллагене, иодирование тиреоглобулина и некоторые другие. Специфичность посттрансляционной модификации открывает перспективу избирательного воздействия на процессинг и, следовательно, функцию тех или иных белков.