Adenylacja
Adenylacja[1][2], AMP-ylacja – proces, w którym reszta AMP przyłączana jest kowalencyjnie do łańcucha bocznego białka, co zmienia jego funkcję[3]. Przyłączenie następuje do grupy hydroksylowej i należy do modyfikacji posttranslacyjnych. Jest zarazem stabilne i odwracalne[4]. Adenylacja obejmuje wytworzenie wiązania fosfodiestrowego pomiędzy grupą hydroksylową adenylowanej cząsteczki a grupą fosforanową nukleotydu. Proces ten może dotyczyć reszt tyrozylowych. W stosunku do enzymu katalizującego taką reakcję stosuje się termin „adenylator”.
Funkcje
[edytuj | edytuj kod]Podobnie do fosforylacji reszt serylowych, treonylowych i tyrozylowych, adenylacja reguluje aktywność pewnych białek, np. syntetazy glutaminowej[5]. Proces ten umożliwia także tworzenie pochodnych kwasów karboksylowych, które w warunkach panujących w organizmie nie mogą powstawać na drodze reakcji bezpośredniej. W wyniku adenylacji kwasów karboksylowych, zachodzącej z udziałem ATP, powstają reaktywne produkty przejściowe – mieszane bezwodniki karboksylowo-fosforanowe oraz amidofosforany. Związki te reagują następnie spontanicznie z nukleofilami (z odejściem AMP), tworząc produkty docelowe[6][3].
Stopień adenylacji syntetazy glutaminowej zależy od stosunku stężeń glutaminy do α-ketoglutaranu. Wraz z jego wzrostem więcej cząsteczek ulega adenylacji, co skutkuje mniejszą aktywnością enzymu, natomiast przy jego spadku maleje stopień adenylacji, a aktywność syntetazy rośnie. Wysoki stosunek występuje przy wystarczających zapasach komórkowego azotu, niski wskazuje na jego ograniczony zasób i konieczność wiązania amoniaku przez syntetazę glutaminy[2].
Adenylatory (AMP-ylatory)
[edytuj | edytuj kod]Termin „adenylatory” odnosi się do enzymów katalizujących reakcję adenylacji. Podobnie jak kinazy białkowe, przenoszą one fragment cząsteczki ATP na substraty białkowe, tworząc na grupie hydroksylowej wiązanie fosforanoestrowe. O ile jednak kinazy przyłączają do białka tylko grupę fosforanową pochodzącą z ATP, adenylatory przyłączają grupę fosforanową połączoną z resztą adenozyny (czyli resztę AMP):
- [Białko]−OH + ℗−℗−℗A _kinaza_͕ [Białko]−O−℗ + ℗−℗A
- [Białko]−OH + ℗−℗−℗A _adenylator_͕ [Białko]−O−℗−A + ℗−℗
- gdzie ℗−℗−℗A to ATP
Udowodniono, że adenylowana grupa hydroksylowa może należeć do reszty treoniny bądź tyrozyny, podejrzewa się, że może też należeć do reszty seryny. Do 2010 roku zidentyfikowano 4 takie enzymy, i to jedynie u bakterii. Angażują się one w mechanizmy patogeniczności i regulacji metabolizmu bakterii. Zawierają dwa rodzaje domen, domeny Fic i domeny transferazy adenylowej[4].
Domeny Fic należą do nadrodziny białkowej Fido i są ewolucyjnie zachowawcze. Domeny Fic zostały dotychczas zidentyfikowane w około 2000 białek bakteryjnych oraz zaledwie w 59 eukariotycznych białkach Fic. Białka o aktywności adenylazy stwierdzono w badaniach in vitro u eukariontów, w których wykazują aktywność w procesie autoadenylacji. Można tutaj wymienić ludzkie białko HYPE czy też CG9523 muszki owocowej. Natomiast domeny o aktywności transferazy adenylowej stanowią część większej rodziny białkowej transferaz nukleotydowych[4].
Patogeniczność
[edytuj | edytuj kod]Częsty cel działania enzymów adenylacyjnych stanowią GTPazy. Rodziny GTPaz Rho, Rab i Arf angażują się w dynamikę budującej cytoszkielet aktyny, kontrolują transport pęcherzykowy, odgrywają też rolę w komórkowych mechanizmach kontrolnych. Białka te są kluczowe dla procesu fagocytozy komórki gospodarzowej, w wyniku której patogen zostaje wchłonięty do środka komórki. Poprzez inhibicję fagocytozy do internalizacji bakterii może nie dojść[4].
Vibrio parahaemolyticus (VopS) to bakteria Gram-ujemna mogąca wywołać zatrucie pokarmowe[7]. VopS ma domenę Fic zawierającą charakterystyczną, konserwatywną ewolucyjnie sekwencję aminokwasową HPFx[D/E]GN[G/K]R, którą dzieli z rodziną białkową doc. W sekwencji tej kluczową rolę odgrywa jedna z reszt histydylowych – w przypadku białek Fic wykazuje ona aktywność w procesie adenylacji, natomiast w przypadku białek doc w procesach cytotoksycznych. Przypadki aktywności katalitycznej białek należących do rodziny doc w procesie adenylacji nie są znane. VopS blokuje tworzenie aktyny przez modyfikację reszt treonylowych w regionie przełącznikowym 1 GTPazy Rho. Przeniesienie AMP (za pomocą ATP) na resztę treoninową tworzy przeszkodę przestrzenną zapobiegającą interakcji GTPazy Rho z kolejnymi efektorami. W rezultacie komórka gospodarzowa nie może kontrolować swego cytoszkieletu. Prowadzi to do utraty kształtu, które uniemożliwia jej normalne funkcjonowanie. Obserwuje się to jako zaokrąglenie[4][7].
Regulacja
[edytuj | edytuj kod]GS-ATaza (GlnE), wykryta po raz pierwszy u pałeczki okrężnicy, pełni z kolei funkcje regulacyjne. Jej sekwencja również wykazuje konserwatyzm ewolucyjny. Enzym ten jest adenylatorem katalizującym adenylację oraz deadenylację syntetazy glutaminowej poprzez zerwanie wiązania kowalencyjnego pomiędzy resztą AMP a grupą hydroksylową białka. GS-ATaza zawiera dwie domeny o aktywności transferazy adenylowej, są one zaangażowane w przyłączanie i usuwanie reszty AMP z syntetazy glutaminowej. Domena odpowiedzialna za adenylację znajduje się C-końcu tej cząsteczki, podczas gdy domena deadenylacji leży na N-końcu. Aktywność katalityczną wykazuje tu sekwencja G-X11-D-X-D, w której reszta kwasu asparginowego wiąże jon magnezu za pomocą wiązania koordynacyjnego. Omawiany enzym jest kontrolowany przez białko PII, którego aktywność zależy z kolei od stosunku stężeń glutaminy (związku tworzonego przez syntetazę glutaminową) i α-ketoglutaranu w komórce[4].
Przypisy
[edytuj | edytuj kod]- ↑ K.K Han , A. Martinage , Post-translational chemical modification(s) of proteins, „International Journal of Biochemistry”, 24 (1), 1992, s. 19–28, DOI: 10.1016/0020-711X(92)90225-P, PMID: 1582530 .
- ↑ a b R.H. Garrett , C.M. Grisham , Biochemistry, wyd. 3, Belmont: Thomas, 2007, s. 815–820 .
- ↑ a b A. Itzen , W. Blankenfeldt , R.S. Goody , Adenylylation: renaissance of a forgotten post-translational modification, „Trends Biochem Sci”, 36 (4), 2011, s. 221–228, DOI: 10.1016/j.tibs.2010.12.004, PMID: 21256032 .
- ↑ a b c d e f A.R. Woolery i inni, AMPylation: Something Old is New Again, „Frontiers in Microbiology”, 1, 2010, s. 113, DOI: 10.3389/fmicb.2010.00113, PMID: 21607083, PMCID: PMC3095399 .
- ↑ E.R. Stadtman , E. Stadtman , The story of glutamine synthetase regulation, „Journal of Biological Chemistry”, 276 (48), 2001, s. 44357–44364, DOI: 10.1074/jbc.R100055200, PMID: 11585846 .
- ↑ Stefan Schmelz , James H Naismith , Adenylate-forming enzymes, „Current Opinion in Structural Biology”, 19 (6), 2009, s. 666–671, DOI: 10.1016/j.sbi.2009.09.004, PMID: 19836944, PMCID: PMC3313645 .
- ↑ a b P. Luong i inni, Kinetic and structural insights into the mechanism of AMPylation by VopS Fic domain, „Journal of Biological Chemistry”, 285 (26), 2010, s. 20155–20163, DOI: 10.1074/jbc.M110.114884, PMID: 20410310, PMCID: PMC2888428 .