Гидроксилирование лизинового остатка

Фосфорилирование белков представляет собой наиболее распространенную форму их регуляторной посттрансляционной модификации. Оно происходит у всех организмов, и показано, что примерно 1/3 всех белков в клетке млекопитающих в определенные моменты времени подвергается фосфорилированию.

Фосфорилирование может стимулировать или ингибировать каталитическую активность ферментов, сродство, с которым белок связывается с другими молекулами, его внутриклеточную локализацию и способность к дальнейшим ковалентным модификациям, или изменять его стабильность. При фосфорилировании одного остатка активность белка может измениться в 500 и более раз, и часто белки фосфорилируются по нескольким сайтам сложными и взаимозависимыми путями. Большинство белков клеток эукариот и практически все в клетках животных фосфорилируются с участием протеинкиназ; их дефосфорилирование катализируется фосфопротеинфосфатазами. Оба класса ферментов находятся под контролем различных механизмов. Протеинкиназы переносят фосфатную группу с АТФ на остатки Ser, Thr и Tyr в белковых субстратах, образуя химически устойчивые фосфорные эфиры.

Часто, наряду с этим, белки фосфорилируются несколькими протеинкиназами, что приводит к возникновению фосфорилированных форм, обладающих различной активностью. Это позволяет интегрироваться различным входным сигналам, обеспечивая активацию белков-мишеней.

У бактерий, растений и грибов важную роль играет еще одна система фосфорилирования белков, которая называется двухкомпонентной сигнальной системой. Участвующие в этой системе протеинкиназы отличаются от соответствующих ферментов эукариот и фосфорилируют остатки аспарагиновой кислоты, а не серина, треонина или тирозина.

Гидроксилирование Pro стабилизирует тройную спираль. Эту реакцию катализирует пролилгидроксилаза - фермент, связанный с шероховатым эндоплазматическим ретикулумом. Фермент, выделенный из куриных эмбрионов, имеет мол. массу 230 000. Он представляет собой тетрамер, состоящий из мономерных субъединиц двух типов - с мол. массой 60000 и 64000. Мономер неактивен. Молекула фермента имеет сильно выраженные кислотные свойства, ее pI=4, 4. Пролингидроксилаза катализирует превращения только пептидилпролина, по отношению к свободному пролину она неактивна. Этот фермент является оксигеназой со смешанными функциями. Для его активирования требуются молекулярный кислород, Fe²⁺, α -кетоглутаровая и аскорбиновая кислоты. Одновременно с гидроксилированием пролина α -кетоглутаровая кислота окислительно декарбоксилируется с образованием сукцината. При этом выделяется CO₂, количество которого измеряют при определении активности фермента. Кислород расходуется в реакции прямого замещения в положении С-4 пролинового остатка. Субстраты связываются с ферментом в следующем порядке: Fe²⁺, α -кетоглутаровая кислота, кислород, полипептид. Гидроксилирование происходит только после того, как все четыре субстрата связались с ферментом. Продукты удаляются в следующем порядке: гидроксилированный пептид, CO₂, сукцинат. Аскорбат не расходуется стехиометрически. Он ассоциирует с ферментом либо до связывания железа, либо после удаления одного или двух продуктов. In vitro несколько пролиновых остатков гидроксилируются в отсутствие аскорбата. По-видимому, аскорбат не является необходимым для гидроксилирования. Он требуется для регенерации железа в восстановленной форме. При недостатке аскорбиновой кислоты цепи коллагена гидроксилируются не полностью.

Гидроксилирование лизинового остатка

Лизин включается в про-α -цепи в ходе трансляции. Его гидроксилирование катализируется лизилгидроксилазой. Фермент, выделенный из куриных эмбрионов, имеет мол. массу 550000 и 200000. Как и для пролилгидроксилазы, для его активации необходимы молекулярный кислород, α -кетоглутаровая кислота, Fe²⁺ и аскорбиновая кислота. Обе гидроксилазы имеют близкие значения К_М. Они обратимо ингибируются n-хлормеркурибензоатом (nХМВ), что указывает на участие в катализе SH-групп фермента. Дитиотрейтол увеличивает активность обеих гидроксилаз. Как и гидроксилирование пролина, гидроксилирование лизиновых остатков происходит до образования тройной спирали. Содержание гидроксилизина (Hyl) различно в коллагене разных типов и с возрастом увеличивается. При недостатке витамина D содержание Hyl в коллагене растет.

Карбоксилированием называют введение в молекулу органического соединения карбоксильной группы. Таким образом получают, например,
γ -карбоксиглутаминовую кислоту:

γ -Карбоксиглутаминовая кислота входит в состав белков, участвующих в процессах свертывания крови, так как две близлежащие карбоксильные группы в её структуре способствуют более полному связыванию белковых факторов с ионами кальция:

Нарушение карбоксилирования глутамата приводит к снижению свертываемости крови.

Гликозилирование (англ. Glycosylation) — присоединение остатков сахаровк органическим молекулам и образование гликозидов, или, в случае белков и липидов, гликопротеиды и

гликолипиды, соответственно. Преобладающая часть белков, синтезируемых в шероховатом эндоплазматическом ретикулюме, подвергается гликозилированию. В цитоплазме и ядре гликозилирование осуществляется в форме O-GlcNAc модификации. Известны пять классов гликанов: в случае N-связанных гликанов сахар присоединен к атому азота боковой цепи остатка аспарагина или аргинина; в Oсвязанных гликанах сахар присоединен к гидроксилам боковых цепей остатков серина, треонина, тирозина или гидроксилизина или к атомам кислорода липидов, например, церамидов; фосфогликаны содержат остаток сахара, соединенный через фосфат с серином; C-связанные гликаны представляют собой редкую форму гликозилирования, в которой сахар соединяется с атомом углерода боковой цепи триптофана

Функциональное значение гликозилирования

Стабилизация структуры белков, защита от протеаз (особеннодля секреторных белков). Передача сигнала– клеточные рецепторы в основном –гликопротеины и протеогликаны.