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• Eva Prieto

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C U R S . M E D I C I N A U I C © J o s e p C l o t e t

M O D I F I CAC I O N E S P O S T RAD U C C I O NAL E S El objetivo principal de esta MAP es que el alumno complemente los conocimientos adquiridos en la clase magistral sobre estructura de proteínas. Debe comprender que las estructura de las proteínas no sólo depende de la secuencia de Aminoácidos si no también de las señales externas. La estructura de las proteínas puede ser modificada y por tanto las funciones de las proteínas pueden ser moduladas.

Modificaciones postraduccionales.

MAP corresponendiente al Tema : Modificaciones postraduccionales. ©

J o s e p

C l o t e t

Pueden ocurrir una vez finalizada la síntesis del péptido, una vez liberado del ribosoma o, más frecuentemente, de forma simultánea a su síntesis. Son muchos los tipos de modificaciones que se pueden encontrar y son muchos los aminoácidos que pueden ser modificados. Los aminoácidos que no se suelen modificar son Gly, Ala (aminoácidos pequeños), Leu, Ile, Val o Trp (aminoácidos hidrófobos). En la tabla siguiente se presentan las modificaciones más frecuentes:

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1. Puentes disulfuro

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Se trata de la formación de un enlace covalente entre dos Cys de la misma o distintas cadenas polipeptídicas. Se consigue mediante una reacción redox catalizada por la proteína-disulfuro-isomerasa en presencia de glutatión, que sufre el proceso inverso (ruptura de su doble enlace). Es un tipo de enlace que da una estructura muy resistente a las proteínas. Estos enlaces pueden deshacerse de forma artificial aplicando un ambiente reductor (como por ejemplo el betamercaptoetanol); si se revierte esta modificación, la proteína se desnaturaliza parcialmente.

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2. Glucosilación

Se trata de la unión covalente de uno o varios glucosilos (radicales de glúcidos) encadenados (o sea, la unión de oligosacáridos o glucanos). Normalmente, se glucosilan proteínas que se van a secretar o son de membrana, y nunca se da en los procariotas. La función de estos oligosacáridos es: favorecer o estabilizar la conformación final de la proteína extracelular o de membrana. 2. aumentar la vida media de la proteína incrementando su estabilidad y su resistencia a la digestión por las proteasas. 3. aumentar la solubilidad en un medio acuoso. 4. aportar las estructuras que van a reconocer algunos receptores. 1.

La adición de los oligosacáridos tiene lugar tanto cotraduccional (mientras se importa al RER) como postraduccionalmente (en el Golgi). El número de azúcares que puede añadirse a una misma proteína no es fijo por lo que cuando se analiza el tamaño de las proteínas glicosiladas en una electroforesis en gel de acrilamida1, aparecen como una banda borrosa.

Para saber más....

La glucosilación comienza en el lado citosólico del RER con las glucosil-transferasas asociadas a membranas. La hay de dos tipos (no excluyentes): La O-glucosilación se da sobre el grupo hidroxilo de la Ser o Thr. Produce oligosacáridos simples que comienzan por Nacetil-galactosamina normalmente. Es post-traduccional porque siempre comienza en el Golgi. La N-glucosilación se da sobre el grupo amida del aminoàcido Asn que se encuentre a dos aminoácidos antes de Ser, Thr o Cys. Elmproceso comienza con la adición de N-acetilglucosamina sobre un lípido: el dolicol-fostato. Tras varias etapas de polimerización sobreviene una reorientación, de manera que el oligosacárido queda situado en el lado del lumen del RER. Se completa entonces la síntesis del polisacárido y se 1 La electroforesis en gel de acrilamida es una técnica de análisis de proteínas que se transfiere una Asn del péptidoMolecular, que se está introduciendo estudiará com más detalle en laaasignatura de Biologia durante el segundoen el RER. El péptido parcialmente glucosilado se dirige al Golgi donde semestre. se completa la modificación de la cadena oligosacarídica. Los glucanos unidos por N-glucosilación son más complejos y 3 diversos que los introducidos por O-glucosilación.

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Esquema de la N-glucosilación de las proteínas celulares

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3. Fosforilación Se trata de una modificación covalente postraduccional, que se da una vez que la proteína está completamente sintetizada y plegada. Se basa en la adición de un átomo de fósforo a los grupos OH de Ser, Thr y Tyr, loq eu produce un incremento notable de carga negativa en la proteína ocasionando una variación de la estructura de la misma. Es reversible y un mecanismo muy frecuente. La fosforilación la realizan las proteína-quinasas transfiriendo el grupo γ (el último fosfato) del ATP. El mproceso inverso, (la desfosforilación) la catalizan las proteína-fosfatasas.

4. Acetilación Se trata de una modificación covalente postraduccional basada en la introducción de un grupo acetilo en el grupo amino de un aminoácido. Lo más frecuente es la acetilación de la Met del extremo amino (lo que hace que la proteína no se pueda secuenciar), pero también puede ocurrir sobre el grupo amino libre de las Lys. Es un proceso reversible catalizado por las acetilasas y deacetilasas. El caso más conocido es la acetilación de las histonas, lo que produce un cambio en su afinidad por el DNA.

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5. Carboxilación Se puede producir la carboxilación del CH2 en posición ß de un Asp o el CH2 en posición γ de un Glu. Para la carboxilación de los factores sanguíneos se necesita vitamina K, que es el cofactor de la carboxilasa. La presencia de γ-carboxiglutamato actúa como quelante de Ca2+, suceso imprescindible para el proceso de la coagulación sanguínea.

6. Metilación

La metilación se suponía un fenómeno exclusivo de los ácidos nucleicos, pero en las proteínas también pueden incorporarse grupos metilo en el ε-amino de una cadena de Lys o en el γ-carboxilo de un Glu. La reacción está

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catalizada por metil-transferasas que utilizan SAM2 como el donador de los metilos. En el caso de la Lys se pueden incorporar hasta 3 metilos en el mismo grupo amino. Ejemplos de proteínas que sufren este tipo de modificaciones son la histona H4, algunas proteínas musculares, el citocromo c y la calmodulina (ésta contiene trimetil-Lys).

7. Hidroxilación Consiste en la incorporación de grupos OH en residuos de Pro y Lys (como en el caso del colágeno). Esta modificación la realizan varias hidroxilasas presentes en el retículo endoplásmico. La reacción es químicamente compleja, pues conlleva la descarboxilación de la molécula donadora del OH.

8. Acilación Se trata de una modificación cotraduccional que consiste en la unión de un ácido graso para aumentar la hidrofobicidad de la proteína lo que permite que se ancle en alguna de las membranas de las células. Suele ocurrir sobre los residuos de Ser, Thr o Cys y el ácido graso incorporado suele un grupo miristilo, acetilo o palmitoilo. Muchas proteínas implicadas en la transducción de señales (Ser/thr/Tyr qinasas, proteínas G...) están miristiladas y ocurre sobre una 2

SAM = S-Adenosil-Metionina.

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secuencia N-Glu-X-X-X-(Ser,Thr)-Y-Y donde Y son aminoácidos básicos.

9. Prenilación Consiste en unir radicales terpenoides (derivados del isopreno) a las Cys de las proteínas citosólicas y servirles de anclaje a la membrana —como en el caso de la acilación—. Los terpenoides más habitulaes son el geranilo (10C), farnesilo (15C) y el geranilgeranilo (20C). La oncoproteína Ras tiene que estar farnesilada para ser oncogénica. También se prenilan las proteínas G y algunas proteínas de la matriz nuclear (lamininas).

10. Proteólisis La proteólisis parcial de las proteínas se produce en el retículo endoplásmico, Golgi o citoplasma y suele servir para generar una proteína activa. Los ejemplos más frecuentes son: 1) la activación de zimógenos (de pro-proteínas a proteínas), como por ejemplo de procarboxipeptidasa a peptidasa. 2) las proteínas con péptidos de tránsito (de preproteína a proteína madura) 3) las caspasas durante la apoptosis.

11. Ubiquitinación Las proteínas tienen una vida media determinada, lo que implica que llega un momento que se destruyen. Las células tienen un sistema de ‘marcado’ de las proteínas que tienen que ser destruidas, basado en la adición de grupos ubiquitina por parte de las ubiquitin-ligasas. La adición, de estos grupos es irreversible, y se realiza en los aminoácidos de Lys. Las proteínas, una vez marcadas seran destruidas por el proteosoma.

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Para saber más....

Otras modificaciones Algunos grupos prostéticos se unen covalentemente a la enzima, como por ejemplo la biotina en la acetil-CoA carboxilasa, o el grupo hemo del citocromo c. En otros, como el de la glutamina sintetasa de procariotas, las enzimas se pueden adenilar (añadir AMP) para regular su actividad. La ADP-ribosilación es una modificación reversible sobre residuos de His, Arg, Asn, Lys o Glu empleando NAD+ como cosustrato. Las toximas diftérica, colérica y pertúsica ADPribosilan proteínas intracelulares (por ejemplo, eIF-2) inespecíficamente por lo que perturban la fisiología celular. También existe esta actividad en una proteína telomérica para regular el ensamblaje y desensamblaje del telómero. En algunas proteínas se pueden sulfatar las Tyr en el Golgi. La desformilasa procariótica elimina el formilo de la fMet en la primera posición de las proteínas al poco de aparecer el extremo N fuera del ribosoma.

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