รชันีกร กัลล์ประวทิธ์2557
Protein synthesis Translation คล้ายคลึงกันทัง้ใน prokaryote และ eukaryote สารตัง้ต้น คือ กรดอะมโิน 20 ชนิด
ชนิดของโปรตีนท่ีสงัเคราะห ์ถกูกำาหนดโดย mRNA การสงัเคราะหโ์ปรตีนเริม่จากจุดเริม่ต้นทางด้าน NH2-terminal
ไปสิน้สดุท่ี COOH-terminal ในมนุษยส์ามารถพบการสงัเคราะหโ์ปรตีนได้ทัง้ใน cytosol,
RER และ mitochondria
2
ปัจจยัที่ใชใ้นการสงัเคราะหโ์ปรตีน L-amino acid t-RNA Genetic code Aminoacyl-tRNA synthetase ribosome
3
Amino acid4
Transfer RNA (tRNA) มปีระมาณ 50 ชนิด โดยกรดอะมโินบางชนิดม ีtRNA ท่ีเป็นคู่
มากกวา่ 1 ชนิด
Clover leaf หรอื L-shape tRNA จะมเีบส 3 ตัวท่ี complementary กับ codon บน
mRNA เรยีกเบส 3 ตัวน้ีวา่ anticodon Wobble position
5
Transfer RNA (tRNA)6
Wobble position Wobble position (base) คือ เบสท่ีอยูต่ำาแหน่ง 3’ ของ
codon และเบสตำาแหน่ง 5’ ของ anticodon ซึ่งโดยทัว่ไป การจบัคู่กันของเบสคู่นี้อาจไมเ่ป็นไปตามกฎทัว่ไปของการจบัคู่
การม ีwobble base ทำาให ้tRNA 1 ชนิด จบักับ codon ของ mRNA ได้มากกวา่ 1 codon
5’ base of anticodon
3’ base of codon
CAUGI
GU
A or GC or U
U or C or A
7
Genetic code
U C A GUUCUUU P
he
UCU
UCCUCAUCG
Ser
UAUUACUAAUAG
TyrST
OP
UGUUGCUGAUGG
CysST
OPUUAUUG
LeuCUUCUCCUACUG
Leu
AUUAUCAUAGUUGUA
GUG
GUC
lleMet
Val
CCUCCCCCACCGACUACCACAACGGCU
GCCGCAGCG
Pro
Thr
Ala
CAUCACCAACAGAAUAACAAAAAGGAUGACGAAGAG
Asn
HisGln
LysAspGlu
CGUCGCCGACGG
GGU
GGC
GGA
GGG
AGUAGCAGAAGG
Arg
SerArgGly
AUG
Second position
Thi
rd p
ositi
on
Firs
t pos
ition
UCAGUCAGUCAGUCAG
U
C
A
G
Trp
8
Genetic code รหสัพนัธุกรรม
แต่ละรหสัประกอบด้วย nucleotide 3 ตัว เรยีงต่อกัน เรยีกวา่ triplet code หรอื codon
สิง่มชีวีติทกุชนิด ทัง้ prokaryote และ eukaryote ใช ้genetic code เดียวกัน (ยกเวน้ใน mitochondria ของมนุษยม์รีหสับางรหสัต่างออกไป ) จงึอาจเรยีกวา่ universal genetic code
Genetic code บน mRNA จะมแีต่ละ codon เรยีงต่อกันไป โดยไมม่กีารเวน้วรรค (commaless) และไมซ่อ้นกัน (non-overlapping)
9
Genetic code รหสัพนัธุกรรมมทัีง้หมด 64 รหสั (43 = 64) โดย 61 รหสัจะเป็นรหสั
สำาหรบักรดอะมโิน 20 ชนิด ท่ีเหลือ 3 รหสั เป็นรหสัสำาหรบัหยุดการสงัเคราะหโ์ปรตีน กรดอะมโินสว่นใหญ่จะมรีหสัพนัธุกรรมมากกวา่ 1 รหสั เรยีก degenerate มกีรดอะมโิน 2 ชนิด (methionine และ tryptophan) ท่ีมรีหสัพนัธุกรรม
รหสัเดียว
AUG เป็นรหสัพนัธุกรรมสำาหรบั methionine และเป็นรหสัเริม่ต้นการสงัเคราะหโ์ปรตีน เรยีกวา่ initiation codon
UAA, UAG และ UGA เป็นรหสัท่ีหยุดการสงัเคราะหโ์ปรตีน เรยีกวา่ nonsense (stop) codon
10
Gene mutation & protein synthesis
Regulatory element mutation : ทำาใหก้ารเกิด transcription เปล่ียนแปลง (เพิม่ขึ้น/ลดลง ) สง่ผลใหป้รมิาณของโปรตีนเปล่ียนไป
Structural gene mutation : ทำาใหเ้กิดการเปล่ียนแปลงต่าง ๆ ดังน้ี Missense mutation Nonsense mutation Chain termination (sense) mutation Splicing mutation Silent mutation Frameshift mutation
11
Structural gene mutation Missense mutation : โปรตีนมกีรดอะมโินเปล่ียนไป
CAU (His) CAG (Gln)
Nonsense mutation : โปรตีนสัน้ลง (truncated polypeptide chain)
CGA (Arg) UGA (stop)
Sense mutation : โปรตีนยาวขึ้นUAA (stop) UAC (Tyr)
12
Structural gene mutation Silent mutation
AAA (Lys) AAG (Lys)
Frameshift mutation
C C A C A G U G G A G U C G A C A U U
C C A C A G U G G A A G U C G A C A U
Normal 5'Mutant 5'
(base insertion )
Pro
GlnPro Trp Ser Arg His
Gln Trp Lys Ser Thr
3′
3′
13
Aminoacyl-tRNA synthetase ทำาหน้าท่ีจบัคู่กรดอะมโินกับ tRNA ท่ีเป็นคู่กัน (cognate tRNA)
เรยีกขัน้ตอนนี้วา่ activation of amino acid
amino acid + ATP + tRNA aminoacyl-tRNA + AMP + PPi
PPi 2Pi
ขบวนการน้ีอาศัย Mg2+ เป็น cofactor และต้องการ ATP (2 ATP)
เอนไซมน์ี้ม ี20 ชนิด แต่ละชนิดจำาเพาะกับกรดอะมโินแต่ละตัว
14
Aminoacyl-tRNA synthetase การจบักันของกรดอะมโินกับ tRNA เกิดจาก α-COOH group ของ
กรดอะมโินกับ 3’-OH group ของ tRNA จบักัน เกิดเป็น high energy ester bond ซึ่งพลังงานของพนัธะนี้จะใชใ้นการสงัเคราะห ์peptide bond ต่อไป
เอนไซมน์ี้ยงัสามารถ proofreading ตรวจสอบ aa-tRNA ท่ีเกิดขึ้น โดยถ้า aa-tRNA มโีครงสรา้งท่ีผิด เอนไซมจ์ะสลาย aa-tRNA กลับเป็นกรดอะมโินและ tRNA
15
Ribosome ตำาแหน่งท่ีเกิดการสงัเคราะหโ์ปรตีน
ประกอบด้วย 2 subunits (small & large subunit) large subunit ประกอบด้วย
P site : เป็นบรเิวณที่เกิดสาย polypeptide A site : เป็นบรเิวณที่ aa-tRNA มาเกาะ
Prokaryotic ribosome : 70S (50S & 30S) Eukaryotic ribosome : 80S (60S & 40S)
16
Process of translation Initiation Elongation Termination
17
Initiation การ identify จุดเริม่ต้นของ coding sequence บน mRNA
(ซึ่งก็คือ codon AUG ตัวแรกจากด้าน 5’) ปัจจยัท่ีใชใ้นขัน้ตอน initiation
mRNA Met-tRNA (ใน prokaryote ใช ้formyl methionyl-tRNA) ribosome initiation factors (IF) GTP ATP
18
Process of initiation (eukaryotes)
eIF2a จบักับ GTP และ Met-tRNAi ได้เป็น ternary complex
Ribosome แยกเป็น 2 subunit โดย 40S subunit รวมกับ eIF3, ternary complex และ eIF4c ได้เป็น eIF2a.Met-tRNAi.GTP, eIF3.40S, eIF4c complex
complex นี้จะจบั mRNA ทางด้าน 5’ ได้เป็น preinitiation complex ซึ่งต้องอาศัย ATP และ IF ในการอ่านรหสัจากด้าน 5’ ไปด้าน 3’ จนถึง codon AUG ชุดแรก
19
Process of initiation (eukaryotes)
anticodon ของ tRNA เกิด base pairing กับ AUG ของ mRNA ทำาให ้GTP ถกูเปล่ียนเป็น GDP
IF ต่าง ๆ และ GDP ถกูปล่อยออกมา และ 60S subunit ของ ribosome เขา้มารวม เกิดเป็น initiation complex
20
21
Process of initiation (prokaryotes) มลีำาดับของพวิรนีนิวคลีโอไทด์ท่ีเรยีกวา่ Shine-Dalgarno
sequence อยูป่ระมาณ 10 นิวคลีโอไทด์ ทางด้าน upstream ของ AUG
IF ต่าง ๆ น้อยกวา่ ใน eukaryote
AUG3' mRNA5'
Prok. Shine-Dalgarno sequence ( 10 nt. upstream ของ AUG )initiation complex อยูท่ี่ P site ของ ribosome
22
Elongation เกิดขึ้นหลังการเกิด initiation complex ribosome จะต่อสาย peptide ใหย้าวขึ้นโดยการอ่าน codon
บน mRNA ไปเรื่อย ๆ จนถึง termination codon ปัจจยัท่ีใช ้คือ
initiation complex aminoacyl-tRNA ท่ีรวมกับ eEF1α และ GTP เป็น complex elongation factors (EF) GTP
23
Process of elongation eEF-1α ท่ีจบักับ GTP จะพา aa-tRNA ไปรวมกับ initiation
complex ท่ี A site เกิด base pairing ระหวา่ง base ของ codon บน mRNA
กับ anticodon บน aa-tRNA ทำาให ้eEF-1α กับ GTP เปล่ียนเป็น GDP. eEF-1α ต่อมา GDP หลดุออกจาก ribosome ปล่อย aa-tRNA ไวท่ี้ A site ของ ribosome
peptidyl transferase ใน ribosome สลาย ester bond ระหวา่งกรดอะมโินกับ tRNA ท่ี P site แล้วนำา α-COOH group มาต่อกับ α-NH2 group ของกรดอะมโินอีกตัวท่ี A site
24
Process of elongation เกิด translocation ยา้ย peptidyl-tRNA จาก A site มาท่ี P
site โดยอาศัย eEF-2 (translocase) และ GTP deacylated tRNA จะเคล่ือนท่ีจาก P site ไป E site เมื่อ A site วา่ง aa-tRNA ตัวใหมจ่ะเขา้มาจบั และเกิดขบวนการ
ต่าง ๆ ดังท่ีกล่าวมาใหม่
25
Process of elongation26
Termination เกิดเมื่อ ribosome สงัเคราะห ์peptide จนมาถึง
termination codon (UAA, UAG หรอื UGA) eRF และ GTP จะจบัท่ี A site
ปล่อย deacylated tRNA จาก E site ปล่อย peptide ท่ีสงัเคราะหไ์ด้ออกจาก ribosome
27
Process of termination28
Energy requirement for protein synthesis Aminoacylation of tRNA
ATP AMP + Ppi Binding of Met-tRNAi to P site Aminoacyl-tRNA binding to A site Translocation Termination
29
Polyribosome (polysome) mRNA สายเดี่ยวแต่ม ีribosome เกาะอยูห่ลายกลุ่ม
เกิดจากเมื่อ ribosome เริม่สงัเคราะหโ์ปรตีนไปแล้ว ribosome ตัวใหมจ่ะเริม่สงัเคราะหโ์ปรตีนอีกโมเลกลุได้โดยไม่ต้องรอให ้ribosome ตัวแรกสงัเคราะหโ์ปรตีนจนจบสายก่อน
การม ีpolyribosome ทำาใหเ้ซลล์สงัเคราะหโ์ปรตีนได้เรว็ขึ้น
30
Polyribosome 31
Inhibitors of protein synthesis affect on prokaryotes : streptomycin,
tetracycline, chloramphenicol & erythromycin affect on eukayotes : cycloheximide & diphtheria
toxin affect both prokaryotes & eukaryotes : puromycin
32
Inhibitors of protein synthesis
Inhibitors Mechanism of actionstreptomycin binds to 30 s ribosomal subunit,
preventing formation of the initiation complex
tetracycline binds to 30 s ribosomal subunit, inhibits binding of aa-t RNA to A site
chloramphenicol
inhibits peptidyl transferase activity of 50s ribosomal subunit
erythromycin binds to 50 s ribosomal subunit, prevents translocation
cycloheximide inhibits peptidyl transferase in eukaryotesdiphtheria toxin inhibit translocation of peptidyl-tRNA from
A to P sitepuromycin prematurely terminates synthesis
33
Protein folding การสงัเคราะหโ์ปรตีน ทำาใหเ้กิด 1°
structure ของโปรตีน สำาหรบัการเกิด 2° และ 3° structure
โปรตีนบางชนิดสามารถเกิดได้เอง (self-assembly) แต่โปรตีนบางชนิดต้องอาศัยโปรตีนชนิดอ่ืนเป็นตัวชว่ย เชน่
molecular chaperone (heat shock protein ) ป้องกันการเกิดโครงสรา้งท่ีไมต้่องการ และทำาให้โปรตีนเสถียร
prolyl isomerase เปล่ียน cis-trans isomer ของ proline ในโปรตีน
34
Protein folding mutation บางชนิด ทำาใหก้ารเกิด protein folding ผิดปกติ
ไป และทำาใหโ้ปรตีนดังกล่าวไมส่ามารถถกูสง่ออกจาก ER ได้
ตัวอยา่งเชน่ mutation ของ α1-antiprotease (ทำาหน้าท่ีเป็น elastase inhibitor)
abnormal folding of α1-antiprotease
retention of α1-antiprotease within hepatocyte
elastase activity ในปอดสงูขึ้น
lung destruction
35
Protein translocation (protein targeting)
การเคล่ือนยา้ยโปรตีนจากบรเิวณท่ีสงัเคราะหไ์ปยงับรเิวณท่ีโปรตีนทำางาน แบง่ได้เป็น 2 กลุ่ม
1. Post-translational translocation
2. Cotranslational translocation
36
Post-translational translocation การเคล่ือนยา้ยโปรตีนท่ีเกิดหลังจากการสงัเคราะหโ์ปรตีนเสรจ็
สิน้
เกิดท่ี free ribosome พบในการสงัเคราะหโ์ปรตีนเพื่อใชใ้น nucleus, cytosol,
mitochondria และ peroxisome
37
Cotranslational translocation
การเคล่ือนยา้ยโปรตีนท่ีเกิดขณะท่ีการสงัเคราะหโ์ปรตีนยงัไมส่ิน้สดุ
พบในการสงัเคราะหโ์ปรตีนท่ีเป็นสว่นประกอบของ membrane และ secretory protein เชน่ โปรตีนใน ER, Golgi body, lysosome
โปรตีนในกลุ่มนี้จะม ีsignal sequence ท่ีด้าน N-terminus ขัน้ตอนการเกิด cotranslational translocation
Signal sequence จะจบักับ signal recognition particle (SRP) SRP จะพาโปรตีนและ ribosome ไปจบักับ SRP receptor (docking
protein) ท่ี ER และโปรตีนจะถกูส่งเขา้ไปใน lumen ของ ER เมื่อสงัเคราะหโ์ปรตีนเสรจ็ singal sequence จะถกูตัดออก โปรตีนใน lumen ถกูส่งไป Golgi body และเกิด exocytosis
38
Cotranslational translocation
39
Secretion เป็นขบวนการสง่โปรตีนท่ีสงัเคราะหอ์อก
ไปใชน้อกเซลล์ แบง่ได้เป็น 2 ประเภท
Constitutive secretion ตัวอยา่งเชน่ การสง่ plasma protein
ออกนอกเซลล์
Regulated excretion โปรตีนท่ีสงัเคราะหจ์ะถกูเก็บไวใ้น
secretory vesicle เมื่อเซลล์ถกูกระตุ้น โปรตีนจะถกูปล่อย
ออกมาโดยวธิ ีexocytosis
40
Intracellular protein degradation
โดยทัว่ไปโปรตีนแต่ละชนิดจะม ีhalf-life ต่างกัน เชน่ ในเซลล์ตับ เอนไซมท่ี์ควบคมุ metabolism จะสลายเรว็กวา่โปรตีนอ่ืน
โปรตีนท่ีม ีPEST sequence (proline-glutamate-serine-threonine) มากจะม ี half-life สัน้
41
Intracellular protein degradation
การสลายโปรตีนในเซลล์
ATP dependent proteolysis เกิดขึ้นใน proteasomes โดยอาศัยโปรตีน ubiquitin
Lysosome degradation Other proteolytic systems
- Apoptosis หรอืท่ีเรยีกวา่ programmed cell death อาศัยเอนไซม ์caspases
- Calcium-dependent thiol proteases ท่ีเรยีกวา่ calpains
42
Ubiquitin-ATP dependent pathway ทำาหน้าท่ีสลายโปรตีนท่ีผิดปกติ หรอืหมดอายุการใชง้าน เชน่
regulatory protein และ protein ท่ีเกี่ยวขอ้งกับการแบง่ตัวของเซลล์
ubiquitin จะจบักับ NH3+ group ของ lysine ของโปรตีน
ต้องการสลาย โดยอาศัย E1, E2 และ E3
จากนัน้ protease complex จะสลายโปรตีนและปล่อย ubiquitin ออกไปใชไ้ด้ใหม่
43
Ubiquitin-ATP dependent protein degradation
44
Lysosome degradationเป็นการสลายโปรตีนโดย protease ของ lysosome ท่ีเรยีกวา่
cathepsins ซึ่งแบง่ออกตามหน้าท่ีได้ดังน้ี
Exocytosis เป็นการสง่เอนไซมอ์อกไปสลายโปรตีนนอกเซลล์
Autophagic เป็นการสลาย organelle ภายในเซลล์
Phagocytosis เป็นการสลายโปรตีนท่ีเขา้มาในเซลล์
Autolysis of cell เป็นการสลายตัวเองของเซลล์
45
Lysosome degradation46
Posttranslational processing โปรตีนบางชนิดหลังจากสงัเคราะหเ์สรจ็แล้ว จะมกีารเปล่ียนแปลง
ภายในโมเลกลุของมนัก่อน จงึจะทำางานได้ตามปกติ
ขบวนการเปล่ียนแปลงนี้ ได้แก่ proteolytic cleavage : การเปล่ียน zymogen หรอื
prohormone ใหเ้ป็น active form covalent modification : γ-carboxylation, hydroxylation,
N-methylation, phosphorylation, acylation และ prenylation
47
Proteolytic cleavage การเปล่ียน zymogen เป็น enzyme ท่ีออกฤทธิไ์ด้
trypsinogen trypsin
factor XII factor XIIa การเปล่ียน prohormone เป็น hormone
proinsulin insulin
pro-opiomelanocortin ACTH + MSH + (POMC) β-endorphin
48
γ-carboxylation เกิดท่ี glutamate บางตัวของโปรตีนท่ีเกี่ยวขอ้งกับการแขง็ตัวของเลือด
ปฏิกิรยิานี้ต้องอาศัย vitamin K
49
Hydroxylation การเติม –OH ท่ี side chain ของกรดอะมโินบางตัว
ตัวอยา่งเชน่ hydroxylation ของ proline และ lysine ใน collagen โดยเอนไซม ์proline hydroxylase และ lysyl hydroxylase ได้เป็น hydroxyproline และ hydroxylysine ตามลำาดับ
ขบวนการนี้จำาเป็นต่อการเกิด H-bond ระหวา่งสาย collagen ปฏิกิรยิานี้ต้องอาศัย vitamin C
50
Phosphorylation การเติมหมู ่phosphate จาก ATP โดยใชเ้อนไซม ์protein
kinaseATP + protein phosphoprotein + ADP
ขบวนการนี้เป็นวธิท่ีีเซลล์ใชค้วบคมุ activity ของเอนไซมแ์ละโปรตีน
กรดอะมโินท่ีถกูเติมหมู ่phosphate ได้ คือ serine, threonine และ tyrosine
51
Glycosylation เป็นการเติมนำ้าตาลท่ี side chain ของกรดอะมโิน โดยเอนไซม ์
glucosyltransferase เกิดขึ้นใน ER และ Golgi body แบง่เป็น 2 ชนิด
N-linked glycosylation O-linked glycosylation
การเติมนำ้าตาลทำาใหโ้ปรตีนจบักับ receptor ท่ีจำาเพาะได้ ( cell recognition)
ทำาใหโ้ปรตีนม ีsolubility สงูขึ้น ป้องกันไมใ่หโ้ปรตีนถกูสลายได้ง่าย
52
Glycosylationเอนไซมท่ี์ใชใ้น lysosome จะม ีmannose-
6-phosphate จบัท่ีสว่นปลาย
ทำาใหเ้อนไซมจ์บักับ receptor และเขา้ lysosome ได้
ถ้าไมม่ ีmannose-6-phosphate
เอนไซมจ์ะถกูสง่ออกนอกเซลล์ lysosome จงึไมม่เีอนไซม ์
เกิดการคัง่ของสารใน lysosome (inclusion body) เรยีก I-cell disease (mucolipidosis II) ซึ่งเป็น lysosomal storage disease
ชนิดหนึ่ง
53
N-linked glycosylation เป็นการเติม dolichol phosphate บน amide group ของ
asparagine เกิดท่ี membrane ของ ER มผีลต่อการเกิด protein folding ถกูยบัยัง้ด้วย bacitracin และ tunicamycin
54
N-linked glycosylation
High mannose complex hybrid
55
H antigen A antigen B antigen
O-linked glycosylation เป็นการเติมนำ้าตาลเขา้กับ –OH group ของ serine หรอื
threonine เป็น post-translational process โดยเกิดขึ้นหลังจากท่ีโปรตีนไป
ถึง Golgi body ตัวอยา่งเชน่ ABO blood group antigen
56
Prenylation เป็นการเติม lipid
ใหแ้ก่โปรตีน ทำาให้โปรตีนสามารถจบักับ membrane ได้ โดยการเติม farnesyl group (C-15) หรอื geranylgeranyl group (C-20) บน cysteine ทางด้าน C-terminal ของ Ras protein
57
Collagen synthesis58
Collagen โปรตีนท่ีมปีรมิาณมากท่ีสดุในสตัวเ์ล้ียงลกูด้วยนม
โครงสรา้งหลักของเนื้อเยื่อเกี่ยวพนัหลายชนิด เชน่ ผิวหนัง ,กระดกู
ชนิดของ collagen Type I : 90% ของ collagen ในรา่งกาย Type II : พบมากในกระดกูอ่อน Type III : พบมากในหลอดเลือด Type IV : สว่นประกอบสำาคัญของ basement membrane
59
Collagen synthesis ยนี collagen ในมนุษย ์มมีากกวา่ 30 ยนี
การเรยีกชื่อยนี COL1A2 : ยนีท่ี code 2-chain ท่ีเป็นสว่นประกอบของ type I
collagen COL2A1 : ยนีท่ี code 1-chain ท่ีเป็นสว่นประกอบของ type II
collagen
การเรยีกชื่อสาย collagen 1(I) : 1-chain ท่ีเป็นสว่นประกอบของ type I collagen 1(III) : 1-chain ท่ีเป็นสว่นประกอบของ type III collagen
60
Collagen synthesis Collagen fibril ประกอบด้วย monomer คือ
tropocollagen หลายโมเลกลุท่ีเชื่อมกันโดยการเกิด cross-link
Tropocollagen แต่ละโมเลกลุประกอบด้วย -chain 3 สาย พนักันเป็น triple helix
ชนิดของ -chain ใน collagen type ต่างๆ Type I : 1(I)-chain 2 สาย และ 2(I)-chain 1 สาย Type II : 1(II)-chain 3 สาย (homotrimer) Type III : 1(III)-chain 3 สาย (homotrimer)
61
Biosynthesis of collagen Nuclear event
Transcription : ได้ primary transcript (hnRNA) RNA processing : ได้แก่การเกิด 5’ capping, 3’
polyadenylation และ splicing ได้เป็น mRNA
Translation เกิดบน membrand-bound ribosome ได้ prepro -chain ท่ีม ี
signal sequence อยูท่างด้าน N-terminus เพื่อใชใ้นการเกิด cotranslational translocation
62
Biosynthesis of collagen Posttranslational modification
Signal sequence จะถกูตัดออกจาก prepro -chain กลายเป็น pro -chain
Hydroxylation of prolyl and lysyl residues : เกิดเป็น hydroxy -proline (สำาคัญต่อ thermal stability) และ hydroxylysine (สำาคัญต่อ tissue tensile strength) ขัน้ตอนนี้ใช ้vitamin C (ascorbate) เป็น coenzyme
O-linked glycosylation : เป็นการเติม galactose หรอื glucose ใน hydroxy lysine
N-linked glycosylation : เป็นการเติม mannose-rich CHO ท่ี C-terminal ของ pro -chain
63
Collagen synthesis
hydroxylation
glycosylation
64
Collagen synthesis65
Biosynthesis of collagen Posttranslational modification
Procollagen triple helix formation : เกิดการรวมกันของ pro -chain และพนักันเป็นเกลียว ทิศทางการเกิดเริม่จาก C-terminus ไป N-terminus เรยีก triple helix molecule ท่ีได้น้ีวา่ procollagen
66
Telopeptide
Amino-terminal
propeptideCarboxyl-terminal
propeptide
Biosynthesis of collagen67
Procollagen = triple helical domain + nonhelical part
Nonhelical part = amino-terminal propeptide + telopeptide
+ carboxyl-terminal propeptide
Biosynthesis of collagen Posttranslational modification
Modification beyond RER : procollagen ถกูสง่ไปยงั Golgi body และสง่ออกจากเซลล์ในรูปของ secretory vesicle
Extracellular events amino-terminal propeptide และ carboxyl terminal
propeptide จะถกูตัดออกโดย procollagen N-protease และ procollagen C-protease ตามลำาดับ เรยีกโมเลกลุท่ีได้วา่ tropocollagen ซึ่งมคีวามสามารถในการละลายลดลง 100 เท่า
68
Biosynthesis of collagen Extracellular events
Tropocollagen จะจดัเรยีงตัวขนานกันและเหล่ือมกัน 1 ใน 4 ของความยาวของโมเลกลุ
เกิด cross-link เชื่อมระหวา่ง tropocollagen โดยเอนไซม ์lysyl oxidase
69
Mutation of collagen genes Dominant negative effect : การท่ีม ีtropocollagen ท่ีเกิดจาก
mutant collagen gene เขา้มารวมในโมเลกลุ collagen fibril ทำาให ้collagen fibril นัน้เกิดความผิดปกติไปด้วย
Procollagen suicide : abnormal pro -chain (จาก mutant allele) รวมกับ normal pro -chain เกิดเป็น product ท่ีถกูสลายไปทัง้หมดก่อนสง่ออกนอกเซลล์
70
Diseases due to abnormal collagen Osteogenesis imperfecta (brittle bone disease)
Bone fragility Mutation ของ type I collagen สว่นใหญ่มคีวามผิดปกติของ
gene COL1A1 หรอื COL1A2 Type I : mutation ท่ีขดัขวางการ splicing และการสรา้ง
proprocollagen mRNA ทำาใหร้า่งกายสงัเคราะห ์collagen ปกติลดลง
Type II, III และ IV : point mutation ของ glycine codon ซึ่งจะยบัยัง้การเกิด normal helix
71
Diseases due to abnormal collagen
72
Osteogenesis imperfecta
Diseases due to abnormal collagen Ehler-Danlos syndrome
Skin fragility, skin hyperextensibility และ joint hypermobility Type VI : ความผิดปกติของการเกิด hydroxylation ของ lysine Type VII : ความปกติในการตัด amino-terminal propeptide ออก Type IX : ความผิดปกติในการเกิด cross-linked
73
Diseases due to abnormal collagen Lathyrism
Skin fragility, skeletal deformities และ severe blood vessel weakness
สารพษิจากเมล็ดของ sweet pea มฤีทธิย์บัยัง้เอนไซม ์(lysyl oxidase) ท่ีควบคมุการเกิด cross-linked แบบ irreversible
Scurvy Vitamin C deficiency Hydroxylation เกิดได้ไมด่ี จงึมปีรมิาณ hydroxylysine และ
hydroxyproline ใน pro -chain ลดลง ทำาให ้collagen stability และ tensile strength น้อยลง
74
THE END
ANY QUESTIONS?75