Modificación postraduccional

Las modificaciones postraduccionales ( MPT ) son procesos covalentes de cambio de proteínas tras su síntesis y liberación de los ribosomas . Las MPT son eventos de edición reversibles que se utilizan y llevan a cabo en el proceso general de regulación postraduccional : el control de los niveles de proteína activa; un evento irreversible es la proteólisis (degradación de proteínas). Las MPT permiten que la función de la proteína se diversifique y se extienda más allá de los dictados de la transcripción . ^{[ 1 ]} A fecha de 2023, se conocen más de 650 tipos de MPT. ^{[ 2 ]} Las MPT también son procesos procariotas . ^{[ 3 ]}

Las modificaciones postraduccionales (PTM) pueden involucrar enzimas o ocurrir espontáneamente. Las proteínas se crean mediante ribosomas, que traducen el ARNm en cadenas polipeptídicas , las cuales pueden modificarse para formar la proteína madura, la cual es liberada del ribosoma. Las PTM son componentes importantes en la señalización celular , como por ejemplo cuando las prohormonas se convierten en hormonas .

Post-translational modifications can occur on the amino acidside chains or at the protein's C- or N- termini.^[4] They can expand the chemical set of the 22 amino acids by changing an existing functional group or adding a new one such as phosphate. Phosphorylation is highly effective for controlling the enzyme activity and is the most common change after translation.^[5] Many eukaryotic and prokaryotic proteins also have carbohydrate molecules attached to them in a process called glycosylation, which can promote protein folding and improve stability as well as serving regulatory functions. Attachment of lipid molecules, known as lipidation, often targets a protein or part of a protein attached to the cell membrane.

Other forms of post-translational modification consist of cleaving peptide bonds, as in processing a propeptide to a mature form or removing the initiator methionine residue. The formation of disulfide bonds from cysteine residues may also be referred to as a post-translational modification.^[6] For instance, the peptide hormoneinsulin is cut twice after disulfide bonds are formed, and a propeptide is removed from the middle of the chain; the resulting protein consists of two polypeptide chains connected by disulfide bonds.

Some types of post-translational modification are consequences of oxidative stress. Carbonylation is one example that targets the modified protein for degradation and can result in the formation of protein aggregates.^[7][8] Specific amino acid modifications can be used as biomarkers indicating oxidative damage.^[9] PTMs and metal ions play a crucial and reciprocal role in regulating protein function, influencing cellular processes such as signal transduction and gene expression, with dysregulated interactions implicated in diseases like cancer and neurodegenerative disorders.^[10]

Sites that often undergo post-translational modification are those that have a functional group that can serve as a nucleophile in the reaction: the hydroxyl groups of serine, threonine, and tyrosine; the amine forms of lysine, arginine, and histidine; the thiolateanion of cysteine; the carboxylates of aspartate and glutamate; and the N- and C-termini. In addition, although the amide of asparagine is a weak nucleophile, it can serve as an attachment point for glycans. Rarer modifications can occur at oxidized methionines and at some methylene groups in side chains.^[11]

Post-translational modification of proteins can be experimentally detected by a variety of techniques, including mass spectrometry, Eastern blotting, and Western blotting.

• ubiquitinación , la unión covalente a la proteína ubiquitina.
• SUMOilación , el enlace covalente a la proteína SUMO (modificador pequeño relacionado con la ubiquitina) ^{[ 28 ]}
• nedilación , el enlace covalente a la proteína Nedd
• ISGilación, el enlace covalente a la proteína ISG15 (gen 15 estimulado por interferón) ^{[ 29 ]}
• pupilación , el enlace covalente a la proteína procariota similar a la ubiquitina

• citrulinación o deiminación, la conversión de arginina en citrulina ^{[ 30 ]}
• desamidación , la conversión de glutamina en ácido glutámico o de asparagina en ácido aspártico.
• la eliminilación , la conversión a un alqueno por beta-eliminación de fosfotreonina y fosfoserina , o deshidratación de treonina y serina ^{[ 31 ]}

• puentes disulfuro , el enlace covalente de dos aminoácidos de cisteína
• puentes lisina-cisteína , el enlace covalente de 1 lisina y 1 o 2 residuos de cisteína a través de un átomo de oxígeno (puentes NOS y SONOS) ^{[ 32 ]}
• escisión proteolítica , escisión de una proteína en un enlace peptídico.
• formación de isoaspartato , mediante la ciclación de residuos de aminoácidos de asparagina o ácido aspártico.
• racemización
  • de serina por la proteína-serina epimerasa
  • de alanina en la dermorfina , un péptido opioide de rana
  • de metionina en deltorphina , también un péptido opioide de rana
• empalme de proteínas , eliminación autocatalítica de inteínas análoga al procesamiento del ARNm.

Las secuencias de proteínas contienen motivos secuenciales reconocidos por enzimas modificadoras, los cuales pueden documentarse o predecirse en bases de datos de modificaciones postraduccionales (PTM). Dado el gran número de modificaciones diferentes que se descubren, es necesario documentar este tipo de información en bases de datos. La información sobre PTM puede recopilarse mediante métodos experimentales o predecirse a partir de datos de alta calidad, curados manualmente. Se han creado numerosas bases de datos, a menudo centradas en grupos taxonómicos específicos (por ejemplo, proteínas humanas) u otras características.

• Ruptura y formación de puentes disulfuro durante la producción de insulina.
• Modificaciones postraduccionales de las histonas como regulación de la transcripción : control de la ARN polimerasa por la estructura de la cromatina.
• Modificaciones postraduccionales de la ARN polimerasa II como regulación de la transcripción
• La escisión de las cadenas polipeptídicas es crucial para la especificidad de la lectina ^{[ 47 ].}
• Influencia del Ni(II) en la acetilación de la proteína histona H4 ^{[ 10 ]}

• Orientación de proteínas
• Regulación postraduccional

• Controlled vocabulary of post-translational modifications in Uniprot
• List of posttranslational modifications in ExPASy
• Browse SCOP domains by PTM — from the dcGO database
• Overview and description of commonly used post-translational modification detection techniques