รั�ชนี�กรั ก�ลลปรัะวิ ทธ์2557

Protein synthesis

Translation

คล�ายคล�งก�นีท��งในี prokaryote และ eukaryote

สารัตั้��งตั้�นี ค�อ กรัดอะมิ โนี 20 ชนี ด

ชนี ดของโปรัตั้�นีท�!ส�งเครัาะห์ ถู%กก&าห์นีดโดย mRNA

การัส�งเครัาะห์โปรัตั้�นีเรั !มิจากจ(ดเรั !มิตั้�นีทางด�านี NH2-terminal ไปส �นีส(ดท�! COOH-terminal

ในีมินี(ษยสามิารัถูพบการัส�งเครัาะห์โปรัตั้�นีได�ท��งในี cytosol, RER และ mitochondria

2

ป-จจ�ยท�!ใช�ในีการัส�งเครัาะห์โปรัตั้�นี L-amino acid

t-RNA

Genetic code

Aminoacyl-tRNA synthetase

ribosome

3

Amino acid4

Transfer RNA (tRNA)

มิ�ปรัะมิาณ 50 ชนี ด โดยกรัดอะมิ โนีบางชนี ดมิ� tRNA ท�!เป/นีค%0มิากกวิ0า 1 ชนี ด

Clover leaf ห์รั�อ L-shape

tRNA จะมิ�เบส 3 ตั้�วิท�! complementary ก�บ codon บนี mRNA เรั�ยกเบส 3 ตั้�วินี��วิ0า anticodon

Wobble position

5

Transfer RNA (tRNA)6

Wobble position

Wobble position (base) ค�อ เบสท�!อย%0ตั้&าแห์นี0ง 3’ ของ codon และเบสตั้&าแห์นี0ง 5’ ของ anticodon ซึ่�!งโดยท�!วิไป การัจ�บค%0ก�นีของเบสค%0นี��อาจไมิ0เป/นีไปตั้ามิกฎท�!วิไปของการัจ�บค%0

การัมิ� wobble base ท&าให์� tRNA 1 ชนี ด จ�บก�บ codon ของ mRNA ได�มิากกวิ0า 1 codon

5’ base of anticodon

3’ base of codon

CAUGI

GU

A or GC or U

U or C or A

7

Genetic code

U C A G

UUC

UUU P

he

UCU

UCCUCAUCG

Ser

UAUUACUAAUAG

TyrST

OP

UGUUGCUGAUGG

CysST

OPUUAUUG

Leu

CUU

CUCCUACUG

Leu

AUUAUCAUA

GUUGUA

GUG

GUC

lleMet

Val

CCUCCCCCACCGACUACCACAACGGCU

GCCGCAGCG

Pro

Thr

Ala

CAUCAC

CAACAGAAUAACAAAAAGGAUGACGAA

GAG

Asn

His

Gln

Lys

Asp

Glu

CGUCGCCGACGG

GGU

GGC

GGA

GGG

AGUAGCAGAAGG

Arg

Ser

Arg

Gly

AUG

Second position

Th

ird

po s

i tio

n

Fir

st p

osit

ion

UCAGUCAGUCAGUCAG

U

C

A

G

Trp

8

Genetic code

รัห์�สพ�นีธ์(กรัรัมิ

แตั้0ละรัห์�สปรัะกอบด�วิย nucleotide 3 ตั้�วิ เรั�ยงตั้0อก�นี เรั�ยกวิ0า triplet code ห์รั�อ codon

ส !งมิ�ช�วิ ตั้ท(กชนี ด ท��ง prokaryote และ eukaryote ใช� genetic code เด�ยวิก�นี (ยกเวิ�นีในี mitochondria ของมินี(ษยมิ�รัห์�สบางรัห์�สตั้0างออกไป ) จ�งอาจเรั�ยกวิ0า universal genetic code

Genetic code บนี mRNA จะมิ�แตั้0ละ codon เรั�ยงตั้0อก�นีไป โดยไมิ0มิ�การัเวิ�นีวิรัรัค (commaless) และไมิ0ซึ่�อนีก�นี (non-overlapping)

9

Genetic code

รัห์�สพ�นีธ์(กรัรัมิมิ�ท��งห์มิด 64 รัห์�ส (43 = 64) โดย 61 รัห์�สจะเป/นีรัห์�สส&าห์รั�บกรัดอะมิ โนี 20 ชนี ด ท�!เห์ล�อ 3 รัห์�ส เป/นีรัห์�สส&าห์รั�บห์ย(ดการัส�งเครัาะห์โปรัตั้�นี กรัดอะมิ โนีส0วินีให์ญ่0จะมิ�รัห์�สพ�นีธ์(กรัรัมิมิากกวิ0า 1 รัห์�ส เรั�ยก degenerate มิ�กรัดอะมิ โนี 2 ชนี ด (methionine และ tryptophan) ท�!มิ�รัห์�สพ�นีธ์(กรัรัมิ

รัห์�สเด�ยวิ

AUG เป/นีรัห์�สพ�นีธ์(กรัรัมิส&าห์รั�บ methionine และเป/นีรัห์�สเรั !มิตั้�นีการัส�งเครัาะห์โปรัตั้�นี เรั�ยกวิ0า initiation codon

UAA, UAG และ UGA เป/นีรัห์�สท�!ห์ย(ดการัส�งเครัาะห์โปรัตั้�นี เรั�ยกวิ0า nonsense (stop) codon

1

0

Gene mutation & protein synthesis

Regulatory element mutation : ท&าให์�การัเก ด transcription เปล�!ยนีแปลง (เพ !มิข��นี/ลดลง ) ส0งผลให์�ปรั มิาณของโปรัตั้�นีเปล�!ยนีไป

Structural gene mutation : ท&าให์�เก ดการัเปล�!ยนีแปลงตั้0าง ๆ ด�งนี�� Missense mutation Nonsense mutation Chain termination (sense) mutation Splicing mutation Silent mutation Frameshift mutation

1

1

Structural gene mutation

Missense mutation : โปรัตั้�นีมิ�กรัดอะมิ โนีเปล�!ยนีไปCAU (His) CAG (Gln)

Nonsense mutation : โปรัตั้�นีส��นีลง (truncated polypeptide chain)

CGA (Arg) UGA (stop)

Sense mutation : โปรัตั้�นียาวิข��นีUAA (stop) UAC (Tyr)

1

2

Structural gene mutation

Silent mutation

AAA (Lys) AAG (Lys)

Frameshift mutation

C C A C A G U G G A G U C G A C A U U

C C A C A G U G G A A G U C G A C A U

Normal 5'

Mutant 5'

(base insertion )

Pro

GlnPro Trp Ser Arg His

Gln Trp Lys Ser Thr

3′

3′

1

3

Aminoacyl-tRNA synthetase

ท&าห์นี�าท�!จ�บค%0กรัดอะมิ โนีก�บ tRNA ท�!เป/นีค%0ก�นี (cognate tRNA) เรั�ยกข��นีตั้อนีนี��วิ0า activation of amino acid

amino acid + ATP + tRNA aminoacyl-tRNA + AMP + PPi

PPi 2Pi

ขบวินีการันี��อาศั�ย Mg2+ เป/นี cofactor และตั้�องการั ATP (2 ATP)

เอนีไซึ่มินี��มิ� 20 ชนี ด แตั้0ละชนี ดจ&าเพาะก�บกรัดอะมิ โนีแตั้0ละตั้�วิ

1

4

Aminoacyl-tRNA synthetase

การัจ�บก�นีของกรัดอะมิ โนีก�บ tRNA เก ดจาก α-COOH group ของ กรัดอะมิ โนีก�บ 3’-OH group ของ tRNA จ�บก�นี เก ดเป/นี high energy ester bond ซึ่�!งพล�งงานีของพ�นีธ์ะนี��จะใช�ในีการัส�งเครัาะห์ peptide bond ตั้0อไป

เอนีไซึ่มินี��ย�งสามิารัถู proofreading ตั้รัวิจสอบ aa-tRNA ท�!เก ดข��นี โดยถู�า aa-tRNA มิ�โครังสรั�างท�!ผ ด เอนีไซึ่มิจะสลาย aa-tRNA กล�บเป/นีกรัดอะมิ โนีและ tRNA

1

5

Ribosome

ตั้&าแห์นี0งท�!เก ดการัส�งเครัาะห์โปรัตั้�นี

ปรัะกอบด�วิย 2 subunits (small & large subunit)

large subunit ปรัะกอบด�วิย P site : เป/นีบรั เวิณท�!เก ดสาย polypeptide A site : เป/นีบรั เวิณท�! aa-tRNA มิาเกาะ

Prokaryotic ribosome : 70S (50S & 30S)

Eukaryotic ribosome : 80S (60S & 40S)

1

6

Process of translation

Initiation

Elongation

Termination

1

7

Initiation

การั identify จ(ดเรั !มิตั้�นีของ coding sequence บนี mRNA (ซึ่�!งก7ค�อ codon AUG ตั้�วิแรักจากด�านี 5’)

ป-จจ�ยท�!ใช�ในีข��นีตั้อนี initiation mRNA Met-tRNA (ในี prokaryote ใช� formyl methionyl-tRNA) ribosome initiation factors (IF) GTP ATP

1

8

Process of initiation (eukaryotes)

eIF2a จ�บก�บ GTP และ Met-tRNAi ได�เป/นี ternary complex

Ribosome แยกเป/นี 2 subunit โดย 40S subunit รัวิมิก�บ eIF3, ternary complex และ eIF4c ได�เป/นี eIF2a.Met-tRNAi.GTP, eIF3.40S, eIF4c complex

complex นี��จะจ�บ mRNA ทางด�านี 5’ ได�เป/นี preinitiation complex ซึ่�!งตั้�องอาศั�ย ATP และ IF ในีการัอ0านีรัห์�สจากด�านี 5’ ไปด�านี 3’ จนีถู�ง codon AUG ช(ดแรัก

1

9

Process of initiation (eukaryotes)

anticodon ของ tRNA เก ด base pairing ก�บ AUG ของ mRNA ท&าให์� GTP ถู%กเปล�!ยนีเป/นี GDP

IF ตั้0าง ๆ และ GDP ถู%กปล0อยออกมิา และ 60S subunit ของ ribosome เข�ามิารัวิมิ เก ดเป/นี initiation complex

2

0

2

1

Process of initiation (prokaryotes) มิ�ล&าด�บของพ วิรั�นีนี วิคล�โอไทดท�!เรั�ยกวิ0า Shine-Dalgarno

sequence อย%0ปรัะมิาณ 10 นี วิคล�โอไทด ทางด�านี upstream ของ AUG

IF ตั้0าง ๆ นี�อยกวิ0า ในี eukaryote

AUG3' mRNA5'

Prok. Shine-Dalgarno sequence ( 10 nt. upstream ของ AUG )initiation complex อย%0ท�! P site ของ ribosome

2

2

Elongation

เก ดข��นีห์ล�งการัเก ด initiation complex

ribosome จะตั้0อสาย peptide ให์�ยาวิข��นีโดยการัอ0านี codon บนี mRNA ไปเรั�!อย ๆ จนีถู�ง termination codon

ป-จจ�ยท�!ใช� ค�อ initiation complex aminoacyl-tRNA ท�!รัวิมิก�บ eEF1α และ GTP เป/นี complex elongation factors (EF) GTP

2

3

Process of elongation

eEF-1α ท�!จ�บก�บ GTP จะพา aa-tRNA ไปรัวิมิก�บ initiation complex ท�! A site

เก ด base pairing รัะห์วิ0าง base ของ codon บนี mRNA ก�บ anticodon บนี aa-tRNA ท&าให์� eEF-1α ก�บ GTP เปล�!ยนีเป/นี GDP. eEF-1α ตั้0อมิา GDP ห์ล(ดออกจาก ribosome ปล0อย aa-tRNA ไวิ�ท�! A site ของ ribosome

peptidyl transferase ในี ribosome สลาย ester bond รัะห์วิ0างกรัดอะมิ โนีก�บ tRNA ท�! P site แล�วินี&า α-COOH group มิาตั้0อก�บ α-NH2 group ของกรัดอะมิ โนีอ�กตั้�วิท�! A site

2

4

Process of elongation

เก ด translocation ย�าย peptidyl-tRNA จาก A site มิาท�! P site โดยอาศั�ย eEF-2 (translocase) และ GTP

deacylated tRNA จะเคล�!อนีท�!จาก P site ไป E site

เมิ�!อ A site วิ0าง aa-tRNA ตั้�วิให์มิ0จะเข�ามิาจ�บ และเก ดขบวินีการัตั้0าง ๆ ด�งท�!กล0าวิมิาให์มิ0

2

5

Process of elongation2

6

Termination

เก ดเมิ�!อ ribosome ส�งเครัาะห์ peptide จนีมิาถู�ง termination codon (UAA, UAG ห์รั�อ UGA)

eRF และ GTP จะจ�บท�! A site ปล0อย deacylated tRNA จาก E site ปล0อย peptide ท�!ส�งเครัาะห์ได�ออกจาก ribosome

2

7

Process of termination2

8

Energy requirement for protein synthesis

Aminoacylation of tRNA

ATP AMP + Ppi

Binding of Met-tRNAi to P site

Aminoacyl-tRNA binding to A site

Translocation

Termination

2

9

Polyribosome (polysome)

mRNA สายเด�!ยวิแตั้0มิ� ribosome เกาะอย%0ห์ลายกล(0มิ

เก ดจากเมิ�!อ ribosome เรั !มิส�งเครัาะห์โปรัตั้�นีไปแล�วิ ribosome ตั้�วิให์มิ0จะเรั !มิส�งเครัาะห์โปรัตั้�นีอ�กโมิเลก(ลได�โดยไมิ0ตั้�องรัอให์� ribosome ตั้�วิแรักส�งเครัาะห์โปรัตั้�นีจนีจบสายก0อนี

การัมิ� polyribosome ท&าให์�เซึ่ลลส�งเครัาะห์โปรัตั้�นีได�เรั7วิข��นี

3

0

Polyribosome 3

1

Inhibitors of protein synthesis affect on prokaryotes : streptomycin,

tetracycline, chloramphenicol & erythromycin

affect on eukayotes : cycloheximide & diphtheria toxin

affect both prokaryotes & eukaryotes : puromycin

3

2

Inhibitors of protein synthesis

Inhibitors Mechanism of actionstreptomycin binds to 30 s ribosomal subunit,

preventing formation of the initiation complex

tetracycline binds to 30 s ribosomal subunit, inhibits binding of aa-t RNA to A site

chloramphenicol

inhibits peptidyl transferase activity of 50s ribosomal subunit

erythromycin binds to 50 s ribosomal subunit, prevents translocation

cycloheximide inhibits peptidyl transferase in eukaryotes

diphtheria toxin inhibit translocation of peptidyl-tRNA from A to P site

puromycin prematurely terminates synthesis

3

3

Protein folding

การัส�งเครัาะห์โปรัตั้�นี ท&าให์�เก ด 1° structure ของโปรัตั้�นี

ส&าห์รั�บการัเก ด 2° และ 3° structure โปรัตั้�นีบางชนี ดสามิารัถูเก ดได�เอง (self-assembly) แตั้0โปรัตั้�นีบางชนี ดตั้�องอาศั�ยโปรัตั้�นีชนี ดอ�!นีเป/นีตั้�วิช0วิย เช0นี

molecular chaperone (heat shock protein ) ป8องก�นีการัเก ดโครังสรั�างท�!ไมิ0ตั้�องการั และท&าให์�โปรัตั้�นีเสถู�ยรั

prolyl isomerase เปล�!ยนี cis-trans isomer ของ proline ในีโปรัตั้�นี

3

4

Protein folding

mutation บางชนี ด ท&าให์�การัเก ด protein folding ผ ดปกตั้ ไป และท&าให์�โปรัตั้�นีด�งกล0าวิไมิ0สามิารัถูถู%กส0งออกจาก ER ได�

ตั้�วิอย0างเช0นี mutation ของ α1-antiprotease (ท&าห์นี�าท�!เป/นี elastase inhibitor)

abnormal folding of α1-antiprotease

retention of α1-antiprotease within hepatocyte

elastase activity ในีปอดส%งข��นี

lung destruction

3

5

Protein translocation (protein targeting)

การัเคล�!อนีย�ายโปรัตั้�นีจากบรั เวิณท�!ส�งเครัาะห์ไปย�งบรั เวิณท�!โปรัตั้�นีท&างานี แบ0งได�เป/นี 2 กล(0มิ

1. Post-translational translocation

2. Cotranslational translocation

3

6

Post-translational translocation การัเคล�!อนีย�ายโปรัตั้�นีท�!เก ดห์ล�งจากการัส�งเครัาะห์โปรัตั้�นีเสรั7จ

ส �นี

เก ดท�! free ribosome

พบในีการัส�งเครัาะห์โปรัตั้�นีเพ�!อใช�ในี nucleus, cytosol, mitochondria และ peroxisome

3

7

Cotranslational translocation

การัเคล�!อนีย�ายโปรัตั้�นีท�!เก ดขณะท�!การัส�งเครัาะห์โปรัตั้�นีย�งไมิ0ส �นีส(ด

พบในีการัส�งเครัาะห์โปรัตั้�นีท�!เป/นีส0วินีปรัะกอบของ membrane และ secretory protein เช0นี โปรัตั้�นีในี ER, Golgi body, lysosome

โปรัตั้�นีในีกล(0มินี��จะมิ� signal sequence ท�!ด�านี N-terminus

ข��นีตั้อนีการัเก ด cotranslational translocation Signal sequence จะจ�บก�บ signal recognition particle (SRP) SRP จะพาโปรัตั้�นีและ ribosome ไปจ�บก�บ SRP receptor (docking

protein) ท�! ER และโปรัตั้�นีจะถู%กส0งเข�าไปในี lumen ของ ER เมิ�!อส�งเครัาะห์โปรัตั้�นีเสรั7จ singal sequence จะถู%กตั้�ดออก โปรัตั้�นีในี lumen ถู%กส0งไป Golgi body และเก ด exocytosis

3

8

Cotranslational translocation

3

9

Secretion

เป/นีขบวินีการัส0งโปรัตั้�นีท�!ส�งเครัาะห์ออกไปใช�นีอกเซึ่ลล แบ0งได�เป/นี 2 ปรัะเภท

Constitutive secretion ตั้�วิอย0างเช0นี การัส0ง plasma protein

ออกนีอกเซึ่ลล

Regulated excretion โปรัตั้�นีท�!ส�งเครัาะห์จะถู%กเก7บไวิ�ในี

secretory vesicle เมิ�!อเซึ่ลลถู%กกรัะตั้(�นี โปรัตั้�นีจะถู%กปล0อย

ออกมิาโดยวิ ธ์� exocytosis

4

0

Intracellular protein degradation

โดยท�!วิไปโปรัตั้�นีแตั้0ละชนี ดจะมิ� half-life ตั้0างก�นี เช0นี ในีเซึ่ลลตั้�บ เอนีไซึ่มิท�!ควิบค(มิ metabolism จะสลายเรั7วิกวิ0าโปรัตั้�นีอ�!นี

โปรัตั้�นีท�!มิ� PEST sequence (proline-glutamate-serine-threonine) มิากจะมิ� half-life ส��นี

4

1

Intracellular protein degradation

การัสลายโปรัตั้�นีในีเซึ่ลล

ATP dependent proteolysis เก ดข��นีในี proteasomes โดยอาศั�ยโปรัตั้�นี ubiquitin

Lysosome degradation Other proteolytic systems

- Apoptosis ห์รั�อท�!เรั�ยกวิ0า programmed cell death อาศั�ยเอนีไซึ่มิ caspases

- Calcium-dependent thiol proteases ท�!เรั�ยกวิ0า calpains

4

2

Ubiquitin-ATP dependent pathway ท&าห์นี�าท�!สลายโปรัตั้�นีท�!ผ ดปกตั้ ห์รั�อห์มิดอาย(การัใช�งานี เช0นี

regulatory protein และ protein ท�!เก�!ยวิข�องก�บการัแบ0งตั้�วิของเซึ่ลล

ubiquitin จะจ�บก�บ NH3+ group ของ lysine ของโปรัตั้�นี

ตั้�องการัสลาย โดยอาศั�ย E1, E2 และ E3

จากนี��นี protease complex จะสลายโปรัตั้�นีและปล0อย ubiquitin ออกไปใช�ได�ให์มิ0

4

3

Ubiquitin-ATP dependent protein degradation

4

4

Lysosome degradation

เป/นีการัสลายโปรัตั้�นีโดย protease ของ lysosome ท�!เรั�ยกวิ0าcathepsins ซึ่�!งแบ0งออกตั้ามิห์นี�าท�!ได�ด�งนี��

Exocytosis เป/นีการัส0งเอนีไซึ่มิออกไปสลายโปรัตั้�นีนีอกเซึ่ลล

Autophagic เป/นีการัสลาย organelle ภายในีเซึ่ลล

Phagocytosis เป/นีการัสลายโปรัตั้�นีท�!เข�ามิาในีเซึ่ลล

Autolysis of cell เป/นีการัสลายตั้�วิเองของเซึ่ลล

4

5

Lysosome degradation4

6

Posttranslational processing

โปรัตั้�นีบางชนี ดห์ล�งจากส�งเครัาะห์เสรั7จแล�วิ จะมิ�การัเปล�!ยนีแปลงภายในีโมิเลก(ลของมิ�นีก0อนี จ�งจะท&างานีได�ตั้ามิปกตั้

ขบวินีการัเปล�!ยนีแปลงนี�� ได�แก0 proteolytic cleavage : การัเปล�!ยนี zymogen ห์รั�อ

prohormone ให์�เป/นี active form covalent modification : γ-carboxylation, hydroxylation,

N-methylation, phosphorylation, acylation และ prenylation

4

7

Proteolytic cleavage

การัเปล�!ยนี zymogen เป/นี enzyme ท�!ออกฤทธ์ ;ได�trypsinogen trypsin

factor XII factor XIIa

การัเปล�!ยนี prohormone เป/นี hormone

proinsulin insulin

pro-opiomelanocortin ACTH + MSH +

(POMC) β-endorphin

4

8

γ-carboxylation

เก ดท�! glutamate บางตั้�วิของโปรัตั้�นีท�!เก�!ยวิข�องก�บการัแข7งตั้�วิของเล�อด

ปฏิ ก รั ยานี��ตั้�องอาศั�ย vitamin K

4

9

Hydroxylation

การัเตั้ มิ –OH ท�! side chain ของกรัดอะมิ โนีบางตั้�วิ

ตั้�วิอย0างเช0นี hydroxylation ของ proline และ lysine ในี collagen โดยเอนีไซึ่มิ proline hydroxylase และ lysyl hydroxylase ได�เป/นี hydroxyproline และ hydroxylysine ตั้ามิล&าด�บ

ขบวินีการันี��จ&าเป/นีตั้0อการัเก ด H-bond รัะห์วิ0างสาย collagen

ปฏิ ก รั ยานี��ตั้�องอาศั�ย vitamin C

5

0

Phosphorylation

การัเตั้ มิห์มิ%0 phosphate จาก ATP โดยใช�เอนีไซึ่มิ protein kinase

ATP + protein phosphoprotein + ADP

ขบวินีการันี��เป/นีวิ ธ์�ท�!เซึ่ลลใช�ควิบค(มิ activity ของเอนีไซึ่มิและโปรัตั้�นี

กรัดอะมิ โนีท�!ถู%กเตั้ มิห์มิ%0 phosphate ได� ค�อ serine, threonine และ tyrosine

5

1

Glycosylation

เป/นีการัเตั้ มินี&�าตั้าลท�! side chain ของกรัดอะมิ โนี โดยเอนีไซึ่มิ glucosyltransferase

เก ดข��นีในี ER และ Golgi body แบ0งเป/นี 2 ชนี ด

N-linked glycosylation O-linked glycosylation

การัเตั้ มินี&�าตั้าลท&าให์�โปรัตั้�นีจ�บก�บ receptor ท�!จ&าเพาะได� ( cell recognition)

ท&าให์�โปรัตั้�นีมิ� solubility ส%งข��นี ป8องก�นีไมิ0ให์�โปรัตั้�นีถู%กสลายได�ง0าย

5

2

Glycosylation

เอนีไซึ่มิท�!ใช�ในี lysosome จะมิ� mannose-6-phosphate จ�บท�!ส0วินีปลาย

ท&าให์�เอนีไซึ่มิจ�บก�บ receptor และเข�า lysosome ได�

ถู�าไมิ0มิ� mannose-6-phosphate

เอนีไซึ่มิจะถู%กส0งออกนีอกเซึ่ลล lysosome จ�งไมิ0มิ�เอนีไซึ่มิ

เก ดการัค�!งของสารัในี lysosome (inclusion body) เรั�ยก I-cell disease (mucolipidosis II) ซึ่�!งเป/นี lysosomal storage disease

ชนี ดห์นี�!ง

5

3

N-linked glycosylation

เป/นีการัเตั้ มิ dolichol phosphate บนี amide group ของ asparagine

เก ดท�! membrane ของ ER

มิ�ผลตั้0อการัเก ด protein folding

ถู%กย�บย��งด�วิย bacitracin และ tunicamycin

5

4

N-linked glycosylation

High mannose complex hybrid

5

5

H antigen A antigen B antigen

O-linked glycosylation

เป/นีการัเตั้ มินี&�าตั้าลเข�าก�บ –OH group ของ serine ห์รั�อ threonine

เป/นี post-translational process โดยเก ดข��นีห์ล�งจากท�!โปรัตั้�นีไปถู�ง Golgi body

ตั้�วิอย0างเช0นี ABO blood group antigen

5

6

Prenylation

เป/นีการัเตั้ มิ lipid ให์�แก0โปรัตั้�นี ท&าให์�โปรัตั้�นีสามิารัถูจ�บก�บ membrane ได� โดยการัเตั้ มิ farnesyl group (C-15) ห์รั�อ geranylgeranyl group (C-20) บนี cysteine ทางด�านี C-terminal ของ Ras protein

5

7

Collagen synthesis58

Collagen

โปรัตั้�นีท�!มิ�ปรั มิาณมิากท�!ส(ดในีส�ตั้วิเล��ยงล%กด�วิยนีมิ

โครังสรั�างห์ล�กของเนี��อเย�!อเก�!ยวิพ�นีห์ลายชนี ด เช0นี ผ วิห์นี�ง ,กรัะด%ก

ชนี ดของ collagen Type I : 90% ของ collagen ในีรั0างกาย Type II : พบมิากในีกรัะด%กอ0อนี Type III : พบมิากในีห์ลอดเล�อด Type IV : ส0วินีปรัะกอบส&าค�ญ่ของ basement membrane

5

9

Collagen synthesis

ย�นี collagen ในีมินี(ษย มิ�มิากกวิ0า 30 ย�นี

การัเรั�ยกช�!อย�นี COL1A2 : ย�นีท�! code 2-chain ท�!เป/นีส0วินีปรัะกอบของ type I

collagen COL2A1 : ย�นีท�! code 1-chain ท�!เป/นีส0วินีปรัะกอบของ type II

collagen

การัเรั�ยกช�!อสาย collagen 1(I) : 1-chain ท�!เป/นีส0วินีปรัะกอบของ type I collagen 1(III) : 1-chain ท�!เป/นีส0วินีปรัะกอบของ type III collagen

6

0

Collagen synthesis

Collagen fibril ปรัะกอบด�วิย monomer ค�อ tropocollagen ห์ลายโมิเลก(ลท�!เช�!อมิก�นีโดยการัเก ด cross-link

Tropocollagen แตั้0ละโมิเลก(ลปรัะกอบด�วิย -chain 3 สาย พ�นีก�นีเป/นี triple helix

ชนี ดของ -chain ในี collagen type ตั้0างๆ Type I : 1(I)-chain 2 สาย และ 2(I)-chain 1 สาย Type II : 1(II)-chain 3 สาย (homotrimer) Type III : 1(III)-chain 3 สาย (homotrimer)

6

1

Biosynthesis of collagen

Nuclear event Transcription : ได� primary transcript (hnRNA) RNA processing : ได�แก0การัเก ด 5’ capping, 3’

polyadenylation และ splicing ได�เป/นี mRNA

Translation เก ดบนี membrand-bound ribosome ได� prepro -chain ท�!มิ�

signal sequence อย%0ทางด�านี N-terminus เพ�!อใช�ในีการัเก ด cotranslational translocation

6

2

Biosynthesis of collagen

Posttranslational modification Signal sequence จะถู%กตั้�ดออกจาก prepro -chain กลายเป/นี

pro -chain

Hydroxylation of prolyl and lysyl residues : เก ดเป/นี hydroxy -proline (ส&าค�ญ่ตั้0อ thermal stability) และ hydroxylysine (ส&าค�ญ่ตั้0อ tissue tensile strength) ข��นีตั้อนีนี��ใช� vitamin C (ascorbate) เป/นี coenzyme

O-linked glycosylation : เป/นีการัเตั้ มิ galactose ห์รั�อ glucose ในี hydroxy lysine

N-linked glycosylation : เป/นีการัเตั้ มิ mannose-rich CHO ท�! C-terminal ของ pro -chain

6

3

Collagen synthesis

hydroxylation

glycosylation

6

4

Collagen synthesis6

5

Biosynthesis of collagen

Posttranslational modification Procollagen triple helix formation : เก ดการัรัวิมิก�นีของ pro -

chain และพ�นีก�นีเป/นีเกล�ยวิ ท ศัทางการัเก ดเรั !มิจาก C-terminus ไป N-terminus เรั�ยก triple helix molecule ท�!ได�นี��วิ0า procollagen

6

6

Telopeptide

Amino-terminal

propeptide

Carboxyl-terminal

propeptide

Biosynthesis of collagen6

7

Procollagen = triple helical domain + nonhelical part

Nonhelical part = amino-terminal propeptide + telopeptide

+ carboxyl-terminal propeptide

Biosynthesis of collagen

Posttranslational modification Modification beyond RER : procollagen ถู%กส0งไปย�ง Golgi

body และส0งออกจากเซึ่ลลในีรั%ปของ secretory vesicle

Extracellular events amino-terminal propeptide และ carboxyl terminal

propeptide จะถู%กตั้�ดออกโดย procollagen N-protease และ procollagen C-protease ตั้ามิล&าด�บ เรั�ยกโมิเลก(ลท�!ได�วิ0า tropocollagen ซึ่�!งมิ�ควิามิสามิารัถูในีการัละลายลดลง 100 เท0า

6

8

Biosynthesis of collagen

Extracellular events Tropocollagen จะจ�ดเรั�ยงตั้�วิขนีานีก�นีและเห์ล�!อมิก�นี 1 ในี 4 ของ

ควิามิยาวิของโมิเลก(ล

เก ด cross-link เช�!อมิรัะห์วิ0าง tropocollagen โดยเอนีไซึ่มิ lysyl oxidase

6

9

Mutation of collagen genes

Dominant negative effect : การัท�!มิ� tropocollagen ท�!เก ดจาก mutant collagen gene เข�ามิารัวิมิในีโมิเลก(ล collagen fibril ท&าให์� collagen fibril นี��นีเก ดควิามิผ ดปกตั้ ไปด�วิย

Procollagen suicide : abnormal pro -chain (จาก mutant allele) รัวิมิก�บ normal pro -chain เก ดเป/นี product ท�!ถู%กสลายไปท��งห์มิดก0อนีส0งออกนีอกเซึ่ลล

7

0

Diseases due to abnormal collagen Osteogenesis imperfecta (brittle bone disease)

Bone fragility Mutation ของ type I collagen ส0วินีให์ญ่0มิ�ควิามิผ ดปกตั้ ของ

gene COL1A1 ห์รั�อ COL1A2 Type I : mutation ท�!ข�ดขวิางการั splicing และการัสรั�าง

proprocollagen mRNA ท&าให์�รั0างกายส�งเครัาะห์ collagen ปกตั้ ลดลง

Type II, III และ IV : point mutation ของ glycine codon ซึ่�!งจะย�บย��งการัเก ด normal helix

7

1

Diseases due to abnormal collagen

7

2

Osteogenesis imperfecta

Diseases due to abnormal collagen Ehler-Danlos syndrome

Skin fragility, skin hyperextensibility และ joint hypermobility Type VI : ควิามิผ ดปกตั้ ของการัเก ด hydroxylation ของ lysine Type VII : ควิามิปกตั้ ในีการัตั้�ด amino-terminal propeptide ออก Type IX : ควิามิผ ดปกตั้ ในีการัเก ด cross-linked

7

3

Diseases due to abnormal collagen Lathyrism

Skin fragility, skeletal deformities และ severe blood vessel weakness

สารัพ ษจากเมิล7ดของ sweet pea มิ�ฤทธ์ ;ย�บย��งเอนีไซึ่มิ (lysyl oxidase) ท�!ควิบค(มิการัเก ด cross-linked แบบ irreversible

Scurvy Vitamin C deficiency Hydroxylation เก ดได�ไมิ0ด� จ�งมิ�ปรั มิาณ hydroxylysine และ

hydroxyproline ในี pro -chain ลดลง ท&าให์� collagen stability และ tensile strength นี�อยลง

7

4

THE END

ANY QUESTIONS?75