background image

Lecture 5: Post translational processes and protein folding and misfolding 

 

3102

 

Prof. Dr.Hedef D. El-Yassin

 

0

 

Post translational modifications, Protein Folding 

and misfolding

 

 

 

Objectives: 

1. To understand the post translational process that 

occurs after protein synthesis. 

2. To understand the process of protein folding 

3. To know about the diseases that occur due to 

Protein misfolding  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


background image

Lecture 5: Post translational processes and protein folding and misfolding 

 

3102

 

Prof. Dr.Hedef D. El-Yassin

 

3

 

Post-Translational Modifications 

Some proteins must be modified in one or more of a number of ways before 

they realize their final functional form. The following are some of the 

modifications that have been found to occur to proteins after they have been 

synthesized: 

1. 

Dealing with the N-terminal residue

 

In bacteria, the N-terminal residue of the newly-synthesized protein is 

modified in bacteria to remove the formyl group. The N-terminal methionine 

may also be removed. 

In eukaryotes, the methionine is also subject to removal. 

2. 

Amino Acid Modifications

 

a. 

Acetylation

 

b. 

Phosphorylation

 

c. 

Methylation

 

d. 

Carboxylation

 

e. 

Hydroxylation

 

f. 

Glycosylation

 

g. 

Nucleotidylation

 

h. 

Lipid Addition

 

Others

 

The protein, thyroglobin, is 

iodinated

 during the synthesis of thyroxine. 

i. 

Adding Prosthetic Groups

 

Proteins that require a prosthetic group for activity must have this group 

added. For example, the haem (heme) group must be added to globins and 

cytochromes; Fe-S clusters must be added to ferredoxins. 

 

 


background image

Lecture 5: Post translational processes and protein folding and misfolding 

 

3102

 

Prof. Dr.Hedef D. El-Yassin

 

2

 

j. 

Forming Disulfide Bonds

 

Many extracellular proteins contain disulfide cross-links (intracellular proteins 

almost never do). The cross-links can only be established after the protein 

has folded up into the correct shape. 

Proteolytic Processing

 

Some proteins are synthesized as inactive precursor polypeptides which 

become activated only after proteolytic cleavage of the precursor polypeptide 

chain. Two well-known examples are: 

Chymotrypsin & Trypsin

 

Chymotrypsin and trypsin are both synthesized as 

zymogens

. Cleavage of 

chymotrypsinogen between Arg15 and Ile 16 by trypsin yields the 

enzymatically active pi-chymotrypsin. Two further proteolytic cleavages 

catalyzed by chymotrypsin removes the dipeptides Ser

14

-Arg

15

 and Thr

147

-

Asn

148

 to yield alpha-chymotrypsin. 

Trypsin is activated by the removal of the N-terminal seven amino acids. 

 

Insulin

 

Insulin is synthesized as a precursor polypeptide. The initial 

preproinsulin

 

contains a signal sequence since the protein is targeted for secretion.  

 

 

 

 

 

 

 

 


background image

Lecture 5: Post translational processes and protein folding and misfolding 

 

3102

 

Prof. Dr.Hedef D. El-Yassin

 

4

 

Protein Folding 

As they are being synthesized, proteins must adopt the correct conformation 

for their function. 

Protein folding is the process by which a string of amino acids (the chemical 

building blocks of protein) interacts with itself to form a stable three- 

dimensional structure during production of the protein within the cell.  

The process is roughly analogous to the ways in which a length of wire may 

be twisted onto or against itself to form various functional entities, for example 

a spring, a paperclip or a coat hanger. 

 

Folding occurs very rapidly, probably within milliseconds of production of the 

string of amino acids, and results in 3-D conformations which usually are 

quite stable, with specific biological functions. 

 

The folding of proteins thus facilitates the production of discrete functional 

entities, including enzymes and structural proteins, which allow the various 

processes associated with life to occur.  

 

Importantly, folding not only  

1.  allows the production of structures which can perform particular 

functions in the cellular milieu, but also  

2.  it prevents inappropriate interactions between proteins, in that folding 

hides elements of the amino acid sequence which if exposed would 

react non-specifically with other proteins.  

Proteins may either fold spontaneously or they may need the assistance of 

chaperone proteins so that they do not get trapped in stable folding 

intermediates but rather fold into the correct final conformation. 

 

 


background image

Lecture 5: Post translational processes and protein folding and misfolding 

 

3102

 

Prof. Dr.Hedef D. El-Yassin

 

5

 

There are 3 major classes of chaperones: 

 

The Hsp70 family

 

 

The Hsp 60 family

 

 

The Hsp 90 family

  

 

Protein misfolding diseases 

In many cases, misfolded proteins are recognized to be undesirable by a 

group of proteins called heat shock proteins, and consequently directed to 

protein degradation machinery in the cell. This involves conjugation to the 

protein ubiquitin, which acts as a tag that directs the proteins to proteasomes, 

where they are degraded into their constituent amino acids. Hence many 

protein misfolding diseases are characterized by absence of a key protein, as 

it has been 

recognised as dysfunctional and eliminated by the cell’s own 

machinery.  

 

Diseases caused by lack of a particular functioning protein, due to its 

degradation as a consequence of misfolding, include: 

  cystic fibrosis (misfolded CFTR protein), 

  Marfan syndrome (misfolded fibrillin),  

  Fabry disease (misfolded alpha galactosidase),  

 

Gaucher’s disease (misfolded beta glucocerebrosidase) and 

  retinitis pigmentosa 3 (misfolded rhodopsin). 

 

 In addition, some cancers may be associated with misfolding, and hence 

ineffective functioning, of tumour suppressor proteins such as p53. 

Many protein misfolding diseases are characterized not by disappearance of 

a protein but by its deposition in insoluble aggregates within the cell.  

 

 


background image

Lecture 5: Post translational processes and protein folding and misfolding 

 

3102

 

Prof. Dr.Hedef D. El-Yassin

 

6

 

Diseases caused by protein aggregation include: 

 

Alzheimer’s disease (deposits of amyloid beta and tau),  

  Type II diabetes (depositis of amylin),  

 

Parkinson’s disease (deposits of alpha synuclein), and  

  the spongiform encephalopathies such as Creutzfeldt-Jakob disease 

(deposits of prion protein).  

Protein misfolding appears at least in some cases to be due to mutations 

(missing or incorrect amino acids) in the protein which destabilise it such that 

it is more likely to fold incorrectly. 

 

 Alternatively, the misfolding could occur due to progressively lower levels of 

chaperone proteins in ageing neurons. It may also be that mutations or other 

changes in the chaperone proteins themselves cause them to actually 

promote misfolding, rather than guard against it. 

 

 

Conclusions: 

1.  Modification of amino acid residues in a protein occurs during or after 

translation. 

2.  Folding of the polypeptide into its three-dimensional configuration 

occurs as the polypeptide is being translated. This process involves 

proteins called chaperones.  

3.  Misfolding processes cause certain diseases 

 

 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 9 أعضاء و 120 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل