Войти
Изопептидная связь между лизином и аспартатом / аспарагином Изопептида связь представляет собой амидную св зь, которые могут образовывать, например, между карбоксильной группой одной аминокислоты и аминогруппой другой. По крайней мере, одна из этих присоединяющихся групп является частью боковой цепи одной из этих аминокислот. Это не похоже на пептидную связь, которую иногда называют эупептидной связью, особенно при обсуждении обоих этих типов связи в одном контексте, чтобы провести различие между ними.
Лизин, например, имеет аминогруппу на боковой цепи, а глутаминовая кислота имеет карбоксигруппу на боковой цепи. Эти аминокислоты среди других подобных аминокислот могут соединяться вместе или с некоторыми другими аминокислотами с образованием изопептидной связи.
Изопептидная связь может также образовываться между γ- карбоксамидной группой ( - (C = O) NH 2 ) глутамина и первичного амина (RNH 2 ) некоторых аминокислот следующим образом
Образование связи может быть либо катализируемым ферментом, как в случае изопептидной связи, образованной между лизином и глутамином, катализируемой трансглютаминазами (их реакция аналогична реакции, описанной выше), либо оно может образовываться спонтанно, как это наблюдается при образовании капсида бактериофага HK97 и грампластике. положительные бактериальные пили. Спонтанное образование изопептидной связи требует присутствия другого остатка, глутаминовой кислоты, которая катализирует образование связи индуцированным близостью образом.
Примером небольшого пептида, содержащего изопептидную связь, является глутатион, который имеет связь между боковой цепью остатка глутамата и аминогруппой остатка цистеина. Примером белка, участвующего в изопептидной связи, является убиквитин, который присоединяется к другим белкам за счет связи между С-концевым остатком глицина убиквитина и боковой цепью лизина субстратного белка.
Функцию изопептидных связей, генерируемых ферментом, можно грубо разделить на две отдельные категории; сигнализация и структура. В первом случае это может быть широкий спектр функций, влияющих на функцию белка, конденсацию хроматина или период полужизни белка. Что касается последней категории, изопептиды могут играть роль во множестве структурных аспектов, от помощи в образовании сгустков при заживлении ран, роли во внеклеточном матриксе и пути апоптоза, роли в образовании патогенного пилина, реструктуризации актиновый скелет клетки-хозяина, чтобы помочь в патогенности V. cholerae, и изменение свойств микротубилина, чтобы повлиять на его роль в структуре клетки.
Химия, участвующая в образовании этих изопептидных связей, также имеет тенденцию попадать в эти две категории. В случае убиквитина и убиквитиноподобных белков, как правило, существует структурированный путь непрерывного прохождения пептида с серией реакций с использованием нескольких промежуточных ферментов для достижения целевого белка для реакции конъюгации. Структурные ферменты, хотя и отличаются от бактериальных и эукариотических доменов, имеют тенденцию быть отдельными ферментами, которые обычно за одну стадию сливают два субстрата вместе для более крупного повторяющегося процесса связывания и взаимного связывания указанных субстратов с образованием и воздействием на большие макромолекулярные структуры.
Химия образования изопептидной связи разделена таким же образом, как и их биологические роли. В случае изопептидов, используемых для конъюгирования одного белка с другим с целью передачи сигнала, в литературе обычно преобладают очень хорошо изученный белок убиквитин и родственные ему белки. Хотя существует множество белков, родственных убиквитину, таких как SUMO, Atg8, Atg12 и т. Д., Все они имеют тенденцию следовать относительно одному и тому же пути лигирования белков.
Поэтому лучший пример - это посмотреть на убиквитин, поскольку, хотя могут быть определенные различия, убиквитин, по сути, является моделью, которой следуют во всех этих случаях. Процесс по существу состоит из трех уровней: на начальном этапе активирующий белок, обычно обозначаемый как E1, активирует белок убиквитин, аденилируя его с помощью АТФ. Затем аденилированный убиквитин по существу активируется и может быть перенесен в консервативный цистеин с использованием тиоэфирной связи, которая находится между карбоксильной группой с-концевого глицина убиквитина и серой цистеина E1. Затем активирующий фермент E1 связывается с убиквитином и переносит его на следующий уровень, фермент E2, который принимает белок и снова образует тиоэфир с консервативной связью. E2 действует до определенной степени как посредник, который затем связывается с ферментом E3 лигазой на последнем уровне, что приводит к возможному переносу убиквитина или убиквитин-родственного белка к сайту лизина на целевом белке или, чаще, убиквитину, на сам убиквитин с образованием цепочек указанного белка.
Однако на последнем уровне также существует расхождение в том, что в зависимости от типа лигазы E3 она может фактически не вызывать конъюгацию. Поскольку существуют лигазы E3, содержащие домены HECT, в которых они продолжают эту «цепь передачи», снова принимая убиквитин через другой консервативный цистеин, а затем направляя его и передавая на желаемую мишень. Тем не менее, в случае домена пальца RING, который использует координационные связи с ионами цинка для стабилизации своих структур, они действуют в большей степени, чтобы направлять реакцию. Это означает, что как только лигаза RING finger E3 связывается с E2, содержащим убиквитин, она просто действует как нацеливающее устройство, которое направляет E2 на прямое лигирование целевого белка в лизиновом участке.
Хотя в этом случае убиквитин действительно представляет другие белки, связанные с ним, очевидно, что каждый белок будет иметь свои собственные неприятности, такие как SUMO, который, как правило, является лигазой домена пальца RING, где E3 просто действует как нацеливающее устройство, чтобы направлять лигирование с помощью E2, и фактически не осуществляя саму реакцию, такую как лигазы Ubiquitin E3-HECT. Таким образом, хотя внутренние механизмы различаются, например, как белки участвуют в транспортной цепи, общие химические аспекты, такие как использование тиоэфиров и специфических лигаз для нацеливания, остаются неизменными.
Ферментативная химия, участвующая в образовании изопептидов для структурных целей, отличается от случая убиквитина и связанных с убиквитином белков. В этом вместо последовательных этапов с участием нескольких ферментов для активации, конъюгирования и нацеливания на субстрат. Катализ осуществляется одним ферментом, и единственная стадия-предшественник, если таковая имеется, обычно представляет собой расщепление для его активации из зимогена. Однако однородность, которая существует в случае убиквитина, здесь не так, поскольку существует множество различных ферментов, каждый из которых выполняет реакцию образования изопептидной связи.
Первый случай - сортазы, семейство ферментов, которые распространены среди множества грамположительных бактерий. Было показано, что он является важным фактором патогенности и вирулентности. Общая реакция, выполняемая сортазами, включает использование собственной марки «каталитической триады»: то есть использование гистидина, аргинина и цистеина для реактивного механизма. His и Arg помогают создавать реактивную среду, а Cys снова действует как реакционный центр, используя тиоэфир, помогающий удерживать карбоксильную группу до тех пор, пока амин лизина не сможет выполнить нуклеофильную атаку для переноса белка и образования изопептидной связи. Ион, который иногда может играть важную, хотя и косвенную роль в ферментативной реакции, - это кальций, который связывается сортазой. Он играет важную роль в поддержании структуры фермента в оптимальной конформации для катализа. Однако есть случаи, когда было показано, что кальций не является необходимым для катализа.
Другой аспект, который отличает сортазы в целом, заключается в том, что они имеют очень специфическое нацеливание на свой субстрат, так как сортазы обычно выполняют две функции: первая - это слияние белков с клеточной стенкой бактерий, а вторая - полимеризация пилина. Для процесса локализации белков на клеточной стенке существует тройное требование, чтобы белок содержал гидрофобный домен, положительно заряженный хвостовой участок и конечную специфическую последовательность, используемую для распознавания. Наиболее изученным из этих сигналов является LPXTG, который действует как точка расщепления, где сортаза атакует между Thr и Gly, конъюгируя с карбоксильной группой Thr. Затем тиоэфир разделяется путем переноса пептида на первичный амин, и это обычно имеет очень высокую специфичность, что видно на примере B. cereus, где фермент сортировки D помогает полимеризовать белок BcpA с помощью двух сигналов распознавания., LPXTG в качестве точки расщепления и образования тиоэфира и сайт YPKN, который действует как сигнал распознавания, где будет образовываться изопептид. Хотя особенности могут различаться между бактериями, основы ферментативной химии сортазы остаются теми же.
Следующий случай - трансглутаминазы (ТГазы), которые действуют в основном внутри эукариот для слияния различных белков по разным причинам, таким как заживление ран или прикрепление белков к липидным мембранам. Сами ТГазы также содержат свою собственную «каталитическую триаду» с гистидином, аспартатом и цистеином. Роли этих остатков аналогичны или те же, что и ранее описанные Сортазы, в том, что His и Asp играют вспомогательную роль во взаимодействии с целевым остатком, в то время как Cys образует тиоэфир с карбоксильной группой для последующей нуклеофильной атаки первичной амин, в данном случае из-за интереса к лизину. Хотя на этом каталитическое сходство с сортазой заканчивается, поскольку фермент и его семейство зависят от кальция, который играет решающую структурную роль в поддержании жесткой конформации фермента. ТГазы также обладают совершенно другой субстратной специфичностью в том смысле, что они нацелены конкретно на средний Gln в последовательности «Gln-Gln-Val». Общая субстратная специфичность, то есть специфический белок, обусловлена общей структурой различных ТГаз, которые направляют их на субстрат.
В TGases отмечена специфичность, так что разные TGases будут реагировать с разными Gln одного и того же белка, что означает, что ферменты имеют очень специфическое начальное нацеливание. Также было показано, что у него есть некоторая специфичность в отношении того, к какому целевому лизину он передает белок, как в случае фактора XIII, где соседний остаток с Lys решает, произойдет ли реакция. Таким образом, хотя ТГазы изначально могут показаться эукариотической сортазой, они представляют собой отдельный набор ферментов.
Другим случаем изопептидного связывающего фермента для структурных целей является сшивающий с актином домен (ACD) токсинового белка MARTX, генерируемого V. cholerae. Хотя было показано, что ACD при проведении катализа использует магний и АТФ для образования поперечных связей, специфика механизма остается неопределенной. Хотя интересным аспектом поперечной сшивки, образующейся в этом случае, является то, что она использует нетерминальный Glu для лигирования с нетерминальным Lys, что, по-видимому, редко встречается в процессе образования изопептидной связи. Хотя химию ACD еще предстоит решить, это показывает, что образование изопептидной связи не зависит просто от Asp / Asn для неконцевых изопептидных связей между белками.
Последний случай, который следует рассмотреть, - это любопытный случай посттрансляционных модификаций микротубилина (МТ). MT содержит широкий спектр посттрансляционных модификаций; однако двумя наиболее интересными являются полиглутамилирование и полиглицилирование. Обе модификации подобны в том смысле, что они представляют собой повторяющиеся участки одной и той же аминокислоты, слитой с карбоксильной группой боковой цепи глутамата в c-концевой области MT. Ферментативные механизмы изучены не полностью, так как о полигликирующем ферменте мало что известно. В случае полиглутамилирования точный механизм также неизвестен, но, похоже, он зависит от АТФ. Хотя опять же отсутствует ясность в отношении химии ферментов, все еще существует ценная информация об образовании изопептидных связей с использованием карбоксила R-группы Glu в сочетании с N-концевым амино модифицирующих пептидов.
Исследователи использовали спонтанное образование изопептидной связи для разработки пептидной метки под названием SpyTag. SpyTag может спонтанно и необратимо реагировать со своим партнером по связыванию (белком, называемым SpyCatcher) через ковалентную изопептидную связь. Этот молекулярный инструмент может найти применение для нацеливания на белки in vivo, флуоресцентной микроскопии и необратимого прикрепления белковых микроматриц. После этого были разработаны другие системы Tag / Catcher, такие как SnoopTag / SnoopCatcher и SdyTag / SdyCatcher, которые дополняют SpyTag / SpyCatcher.
