Посттрансляционная модификация – это процесс формирования вторичной, третичной и четвертичной структуры белка, который также совершается при участии ферментов и с затратой энергии.

Многие белки и секретируемые пептиды претерпевают различные структурные изменения в результате котрансляционных и посттрансляционных модификаций, т.е. во время или после завершения их синтеза рибосомами. Описано более 100 различных посттрансляционных модификаций белков. Роль большинства этих модификаций не выяснена; некоторые из них случайны и, по-видимому, не имеют функционального значения, но есть и такие, которые важны для жизни клетки, так как они тщательно контролируются специфическими ферментами. Модификации происходят в эндоплазматической сети и аппарате Гольджи. В этих органоидах, например, ферменты гликозилирования добавляют к белкам сложные цепи остатков сахаров, образуя гликопротеины. Единственный известный случай гликозилирования в цитозоле клеток млекопитающих – это добавление к белкам N-ацетилглюкозамина. Однако множество других ковалентных модификаций протекает в первую очередь именно в цитозоле. Некоторые из них стабильны и необходимы для активности белка, например, ковалентное присоединение коферментов (биотина, липолевой кислоты или пиридоксальфосфата).

Одной из широко распространенных химических постсинтетических модификаций является фосфорилирование остатков серина и треонина, например, в молекуле гистоновых и негистоновых белков, а также казеина молока. Фосфорилирование ОН-группы серина абсолютно необходимо для множества ферментов, например для активности гликогенфосфорилазы и гликогенсинтазы. Фосфорилирование некоторых остатков тирозина в молекуле белка в настоящее время рассматривается как один из возможных и специфических этапов формирования онкобелков при малигнизации нормальных клеток. Этим обеспечивается не только защита от внешних денатурирующих агентов, но и образование нативной конформации и проявление биологической активности.

Определенные ковалентные модификации, происходящие в цитозоле, обратимы и служат для регуляции активности многих белков.

Посттрансляционные модификации включают в себя фосфорилирование факторов транскрипции протеинкиназами, гликозилирование, N-концевое ацилирование, циклизацию N-концевого остатка с образованием пироглутаминовой кислоты, C-концевое аминирование последовательностей освобождающихся пептидов, гидроксилирование, метилирование различных остатков аминокислот.