9. Modificaciones Postraduccionales de Las Proteinas

5/21/2018 9. Modificaciones Postraduccionales de Las Proteinas

1/37

Vernica Gonzlez Nez

Universidad de Salamanca

9. MODIFICACIONES POSTRADUCCIONALESDE LAS PROTEINAS


2/37

1. Introduccin

- Tipos de modificaciones postraduccionales en las protenas- Localizacin de las modificaciones postraduccionales

- Funcin de las modificaciones postraduccionales

2. Modif icaciones N- y C-terminales

3. Glicosilacin

N-glicosilacinO-glicosilacin

4. Fosforilacin

5. Ubiquitinacin

6. Aci lacin

7. Otras modificaciones postraduccionales

ESQUEMA. Modificaciones postraduccionales de las protenas


3/37

INTRODUCCION

Genoma

Aprox.21000genesque

codifican protenas

Proteoma

Aprox.106 protenas

Transcriptoma

Aprox.105 transcritos

SplicingalternativoEmpleo depromotores alternativosEdicin delmRNASitios alternativos delinicio delatraduccin

Sortear uncodon deSTOP

Modificaciones

postraduccionales


4/37

Modificacin postraduccional

Modif icaciones covalentes de la estructura de una protena

Funcin: regular la funcionalidadlocalizacin celular

interaccin con otras protenas

>200 tipos: gran variabilidad

presentes en el 80% de las protenas de eucariontes: alta frecuencia

Secuencias consenso que determinan la existencia de una modificacin

Prediccin bioinformtica

Las modif icaciones postraduccionales


5/37

Formacin de enlaces covalentes

Puentes disulfuro entre Cys

Unin de pequeas molculas

fosforilacin grupos fosfato

O- y N-glicosilacin monosacridos

hidroxilacin grupos hidroxilo

acilacin grupos acilo

metilacin grupos metilo

amidacin grupos amida

Union de otras protenas: ubiquitinacin

SUMOilacin

TIPOS DE MODIFICACIONES EN LAS PROTEINAS (I)


6/37

Rotura de enlaces covalentes

Proteolisis: escisin de un fragmento proteico y activacin de la protena

Autoproteolisis

Rotura de secuencias seal: peptidasas de la seal

Proteolisis intramolecular

neuropptidos

hormonas (insulina)

morfgenos (notch, shh)

activacin de zimgenos

cascada de coagulacin sangunea

Tipos de modif icaciones en las protenas (II)


7/37

Tipos de modificaciones en las protenas (III)

Segn el aminocido modificado

Extremo N-t: formilacin, acetilacin, acilacin, mistirilacin, glicosilacin

Extremo C-t: metilacin, ADP-ribosilacin

Arg: acetilacin, metilacin, ADP-ribosilacin

Asn: N-glicosilacin, metilacin, desamidacin

Asp: metilacin, hidroxilacin

Cys: formacin de puentes disulfuro, de SelenoCysacilacin, prenilacin, unin de grupos prostticos (hemo)

Glu: metilacin, carboxilacin, ADP-ribosilacin

Gln: desamidacin


8/37

Tipos de modificaciones en las protenas (IV)

His: metilacin, fosforilacin, ADP-ribosilacin

Lys: N-acetilacin, metilacin, oxidacin, hidroxilacin, ubiquitinacin

Met: formacin de sulfxidos

Phe: -hidroxilacin, O-glucosilacin

Pro: hidroxilacin, O-glicosilacin

Ser: fosforilacin, O-glicosilacin, acetilacin

Thr: fosforilacin, O-glicosilacin, metilacin

Trp: -hidroxilacin

Tyr: fosforilacin, yodacin, adenilacin, sulfatacin, hidroxilacin


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LOCALIZACION DE LAS MODIFICACIONES POSTRADUCCIONALES (I)

Ncleo: acetilacin, fosforilacin (no exclusivas)

Lisosoma: resto manosa-6P en protenas lisosomales

Mitocondria: N-formilacin

Aparato de Golgi: N- y O-glicosilacin, sulfatacin, palmitiolacin

Retculo endoplasmtico (ER): N-glicosilacin, unin a fosfatidil-inositol

Citosol: acetilacin, metilacin, fosforilacin

Ribosoma: mistirilacin

Membrana plasmtica: N- y O-glicosilacin, unin a fosfatidil-inositol

Fluido extracelular: N- y O-glicosilacin, acetilacin, fosforilacin

Matriz extracelular: N- y O-glicosilacin, fosforilacion, hidroxilacion, sulfatacin


10/37

Localizacin de las modificaciones postraduccionales (II)

Una misma protena puede presentar mas de una modificacin postraduccional

P

F

M E P P T V T V S DF

SE

RYPLFLHNSSFLEEPAGLLSGGS

SE

L

K

A

V

R

GS

S

A

V

A

I

A

V

S

I

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SVICVV

G L V G NV

LVMYG

V V

RY

T

KM

TA

T

N

IY I F

N

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A

L A T S T

L

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K

Y

L

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L

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VV

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T S I F TL

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TI

CM L K

DP

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V

K

A

KI

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A V G F PV

MVMA

V

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G

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W

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V

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V L V I TV

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L

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R ASVIREPISVCE ASIKQPTHOOC-

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H2N-

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S

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S

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LE

K

A

K

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11/37

Protein targetting

Trfico intra intercelular. Por ejemplo, manosa-6P, ubiquitinacin

Estabilidad de la protena

Sialo vs. asialoglicoprotenas, ubiquitinacin

Determinante clave para la actividad proteica

Bolsillo de unin de receptores de membrana

Control de la activ idadFosforilacin / defosforilacin

Proteolisis: activacin de caspasas, de factores de coagulacin

Regulacin de la expresin gnica: acetilacin de histonas

FUNCION DE LAS MODIFICACIONES POSTRADUCCIONALES


12/37

IDENTIFICACION DE LAS MODIFICACIONES POSTRADUCCIONALES

Secuencias consenso

Prediccion bioinformtica

Herramientas bioinformticas para predecir modificaciones postraduccionales

Bases de datos & software: ExPASy the proteomic server, PFAM, SMART, ELM,

UNI-PROT etc

Espectrometra de masas

Especialmente en combinacin con 2D SDS-PAGE, digestiones y HPLC

Incorporacin de grupos marcados radiactivamente, con Bpa, digoxigenina

Cross-reactiv idad con anticuerpos


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Eliminacin de la Met N-terminal

muy comn MASRP + H2O M + ASRP

MODIFICACIONES N- & C-TERMINALES (I)

Eliminacin del pptido seal

Por las enzimas peptidasas de la seal

Gran utilidad en las predicciones bioinformticas del destino celular de una

protena

Proinsulina humana

MetAlaLeuTrpMetArgLeuLeuProLeuLeuAlaLeuLeuAlaLeuTrpGlyProAspProAlaAlaAla[ROTURADELPEPTIDOSEAL]PheVal


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Modificaciones N- & C-terminales (II)

Acilacin N-terminal

Acetilacin, formilacin (bacterias) o mistirilacin

CH3-COOH + NH2-Prot CH3-CONH-Prot + H2O

Amidacin C-terminal

Tras la proteolisis de la ltima Gly: muchos neuropptidos

Prot-Gly-COOH + NH2-group Prot-CONH2 + Gly


15/37

La modificacin postraduccional ms importante y ms compleja

Adicin de unidades glucdicas sobre cadenas laterales de

Muy frecuente en protenas extracelulares de membrana plasmtica o secretadas

Glucoprotenas: Pm de la cadena proteica > Pm de la parte glucdicavs.

Proteoglucanos: Pm de la parte glucdica > Pm de la cadena proteica

Monosacridos

Glc, Gal, Man, NAcGlc, NAcGal, fucosa, acidos silicos

Glicosil tansferasasEnzimas con alta especificidad de monosacrido

estructura del aceptor

sitio del enlace

configuracin del enlace

GLICOSILACION


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Aumenta la solubilidad de la protena

Aumenta la vida media de las protenas secretadas

proteccin contra proteasas y otras enzimas proteolticas

Reconocimiento celularpor protenas de membrana

Marcador especfico de tejidos

Desarrollo de tejidos y modificacin de seales extracelulares

Soporte estructural

Proteoglucanos de la matriz extracelular

Funciones de la Glicosi lacin


17/37

La glicosilacin tiene lugar fundamentalmente en el ER y Golgi

El plegamiento de glicoprotenas requiere de chaperones del ER

Lectinas: protenas que leen el cdigo glucdico e intervienen en el

reconocimiento celular, sealizacin, adhesin y destino celular de las protenas

Glicosilacion de protenas

Tipos de glicosilacin

GalNAc Ser

O-glicosilacin

GlcNAc

Asn

N-glicosilacin


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SobreAsn

Secuencia consenso N-X-T/S/C; X Pro prediccin bioinformtica

Tiene lugar en el ER

Ncleo comn para todas las N-glicosilaciones: NAcGlc2Man3

Reconocido por las lectinas y por las N-glicanasas (PNGaseF)

N-GLICOSILACION (I)

Asn

NAcGlcNAcGlc

Man

Man

Man

1,4 1,4

1,3

1,6

Ncleo delas NglicosilacionesNAcGlc

2

Man3


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Modelos de glicosi lacin

Tipo rico en manosa

Tipo complejo: NAcGlc, Gal, manosa, cido silico y fucosa

Hbrido

Sntesis en varios pasos

1. Sntesis sobre de un intermediario sobre el dolicol-P de la membrana del ER

2. Transferencia sobre la protena que tenga la secuencia consenso

N-glicosilacin (II)


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Dolicol-P

Lpido altamente hidrofbico compuesto por 20 isoprenos (C5)

Localizado en la membrana del retculo endoplasmtico liso

N-glicosilacin (III)

Dadores de azcares activados y del dolicol

UDP, GDP & dolicol-PP

n=15 19

Estructura deldolicolP


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N-glicosilacin (IV)

1. Transferasas citoslicas

Sntesis del ncleo del oligosacrido sobre el dolicol-P

El grupo P del dolicol se sita en la cara citoslica de la membrana del ER

Se transfieren 2 GlcNAc y 5 Man

2. Traslocacin del glicolpido a travs de la membrana del ER

3. Las transferasas del ER prosiguen con la glicosilacinSntesis del oligosrido nuclear sobre el dolicol-P: (GlcNAc)2-(Man)9-(Glc)3

4. Transferencia del oligosacrido sobre un residuo deAsn (secuencia consenso)

5. Reciclaje del dolicol-P: dolicol-PP dolicol-P + Pi

Enzima: fosfatasa


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Protein targetting, intra- extracelularReceptor de asialoglicoportenas en el hgado eliminacin del torrente

sanguneo (turnover)

Resto de Manosa-6P marcaje de protenas hacia los lisosomas

Interaccin parsito husped

Unin de E. coli a las clulas epiteliales del tubo digestivo

N. gonorrhoeae

Interaccin vulo espermatozoide

Glcidos de la zona pelucida con protena ZP3

Importancia de la N-glicosilacin. Ejemplos

Man6P


23/37

O-GLICOSILACION

Ausencia de secuencia consenso

no prediccin bioinformtica

Adicin de residuos de GlcNAc

Unin -O-N-acetilglucosamina sobre Ser Thr

En el ncleo y en el citosol

Enzimas: O-linked GlcNAc transferasas

Adicin de residuos de GalNAc

Sobre Ser Thr

Estructura tipo mucina

Tiene lugar en el Golgi

N-acetil-galactosaminil-transferasas

Ejemplo de O-glicosi lacin

Antgenos de los grupos sanguneos A, B, O


24/37

FOSFORILACIN (I)

Formacin de un ster fosfrico

Entre un grupo OH de la cadena lateral de Ser, Thr & Tyr y un grupo fosfato

Fosfato donado por el ATP

Alta frecuencia de aparicin1 de cada 8 protenas esta fosforilada, muchas veces, en varios residuos

Funcin

Regulacin de la funcin proteica: al alterar la estructura y la actividad de unaprotena (aparicin de un grupo cargado negativamente)

FosfoSer FosfoThr FosfoTyr


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Modificacin postraduccional rpida y reversible

Acciones mediadas por proten kinasas vs. fosfatasas

Tipos de proten kinasas

Ser/Thr proten kinasas

PKA, PKC, CAM PK. Generalmente solublesTransduccin de seales, activacin de kinasas (cascadas de fosforilacin)

Tyr proten kinasas

Dominios TyrK en receptores de membrana para insulina y factores decrecimiento transfosforilacin, dimerizacin y activacin

Proten kinasas multifuncionales

Fosfori lacin (II)


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Ubiquitina (Ub)

Protena pequea de 76 (8.5 KDa)

Presente en todos los organismos eucariontes

Se une a otras protenas

Enlace entre la Gly C-terminal de la Ub y el NH2 de una Lys de la

protena diana

Forma cadenas de poliubiquitina

Marca las protenas para su degradacin en el proteasoma 26S

UBIQUITINACION (I)


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Ubiquitinacin (II)

Actualmente se admite que la ubiquitinacin puede tener funciones de

sealizacin intracelular= protein targetting / trafficking

- reciclaje vs. degradacin de receptores de m.p. que han sido internalizados

- mecanismo de sealizacin = protein targetting

SUMOilacin

Adicin de protenas similares a la ubiquitina

Importancia en las casadas de sealizacin

el control de la expresin gnica por modificacin de histonas


28/37

Proceso dependiente de ATP en el que participan 3 protenas

E1: enzima activadora de la ubiquitina

Ub-Gly + ATP Ub-C=O-AMP + PPi (PPi 2Pi)

Ub-C=O-AMP: Ubiquitinil acil adenilato

Ub-C=O-AMP + E1-SH Ub-C=O-S-E1 + AMP

Formacin de un enlace tiosster

E2: Protena transportadora de la ubiquit ina

Ub-C=O-S-E1 + E2 Ub-C=O-S-E2 + E1-SH

E3: ubiquitina ligasa

E3 + Protena E3:Protena

Ub-C=O-S-E2 + E3:Protena Protena-Ub + E2-SH + E3

Ubiquitinacion (III)


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Unin de restos lipdicos

Consecuencias

- Generalmente se produce una prdida de Q+

- Aumento en la hidrofobicidad

Funcin

- Interaccin de la protena con las membranas biolgicas

- Anclaje de las protenas en las membranas

Mistiri lacin (C14:0)

Gly amidada N-terminal (Met-Gly-X-X-X-Ser/Thr), en Lys Cys

ACILACIN (I)


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Palmitoilacin (C16:0)

En residuos de Cys de la cara citoslica de la membrana plasmtica

Formacin de un enlace tioster

Importancia en GPCRs y protenas G

Acilacin (II)

Cys PalmitoilCoA

Protena palmitoilada

Proteinaciltransferasa


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Union GPI-anchor, a DAG o a CHO

En un residuo de Gly C-terminal

Caracterstico de protenas integrales de membrana

La protena se sita en la cara extracelular de la membrana plasmtica

Acilacin (III)

Prenilacin

Farnesilacin, geranil-geranilacin

En Cys del dominio C-terminal

Secuencias consenso: CxC, Cxxx, xCC

Farnesilacin del oncogenras con farnesil-PP

Ras se une a la membrana plasmtica, permitiendo la transmisin de

las seales de receptores de membrana al interior celular

Ras + farnesil-PP Ras-farnesilado + PPi


32/37

Formacin de puentes disulfuroEntre dos residuos de Cys

Inter- intramoleculares

Funcion: La dimerizacin de cistenas = cistina contribuye al mantenimientode la estructura 3D de las protenas

Interconversin de puentes disulfuro por las Protenas disulfuro isomerasas

es imprescindible que el puente disulfuro se forme entre las dos Cys correctas

OTRAS MODIFICACIONES POSTRADUCCIONALES (I)

Formacin deunpuentedisulfuro entre dosCys

Ot difi i t d i l (II)


33/37

Hidroxilacin

5-hidroxi-Lys, 4-hidroxi-Pro,Asn, Asp

Presentes en el colgeno, hidroxilacin por la Prolil-hidroxilasa (procesodependiente de vitamina C)

Otras modificaciones postraduccionales (II)

ADP-ribosilacin

Introduccin de una molcula de ADP-ribosa (del NAD) sobre His, Arg & Glu

Enzima:ADP-ribosil transferasa

- Bacterianas: inactivacin de protenas del huspedtoxina colrica, toxina pertsica: sobre protenas G heterotrimericas

toxina diftrica: sobre el factor EF-2 de la traduccin de protenas

- Intracelulares: implicadas en la transduccin de sealesADP-ribosilacin de histonas control de la expresin gnica

4hidroxiPro 5hidroxiLys

Otras modificaciones postraduccionales (III)


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Metilacin alquilacin

En Lys, Arg, His, Asn, Glu, Phe N-terminal & Cys C-terminal

Funcin: generalmente produce la prdida de una Q+ en un grupo amino lateral

6-N-Me-Lys: presente en la miosina

Acetilacin

En Lys y en el extremo N-terminal

Funcion: generalmente produce la prdida de una Q+ en un grupo amino lateral

Ejemplo: Acetilacin de la histona H3 en Lys56

muy frecuente en genes transcripcionalmente activospermite el acceso del complejo remodelador de la cromatina

Otras modificaciones postraduccionales (III)

6NmetilLys

AcetilLys

Otras modif icaciones postraduccionales (IV)


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Carboxilacin

-carboxi-Glu: en los factores de coagulacincarboxilacin dependiente de vitamina K

Otras modif icaciones postraduccionales (IV)

carboxiGlu

Selenizacin

con Se: Selenocistena, Selenometionina

La Selenocistena est presente en el centro activo de enzimas, que catalizan

procesos redox, como la glutation peroxidasa

La Selenocistena viene codificada por un codon UGA (= STOP) en

presencia de elementos SECIS en el RNA

SelenoCys = the twenty fi rst amino acid

Selenocistena

Otras modificaciones postraduccionales (V)


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SulfatacinTyr, Ser, Thr

Presente en proteoglucanos

Enzima Sulfotransferasa

Ejemplo: la sulfatacin de glicosamino-glicanos es clave para la activacin de

factores de crecimiento

NitrosilacinAdicin de un grupo NO a un residuo de Cys formacin de un S-nitrosotiol

Importante para la activacin de metaloprotenasas

inactivacin de protenas (caspasas)

Unin de iones metlicos

Forman parte del centro activo de muchas enzimas

Otras modificaciones postraduccionales (V)

Otras modificaciones postraduccionales (VI)


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Unin de grupos prostticos

Ejemplo: piridoxal-fosfato (PLP)

- coenzima en todas las reacciones de aminotransferencia

algunas reacciones de descarboxilacin

reacciones de desaminacin de los aminocidos

- acta como una base de Shiff

Desmosina

Cross-link formado por 4 cadenas polipeptidicas distintas: 3 allicas + Lys

Funcin clave en el mantenimiento de la matriz extracelular

Presente en la elastina

Otras modificaciones postraduccionales (VI)

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9. Modificaciones Postraduccionales de Las Proteinas