PROTEOLYSE: TYPER OG FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

Den proteolyse eller proteinnedbrydning er en proces, hvorved proteiner i en celle kan nedbrydes fuldstændigt (indtil sit konstituerende aminosyrer) eller delvist (fremstilling af peptider). Det vil sige, den består af hydrolyse af en eller flere af peptidbindingerne, der holder deres aminosyrer sammen.

Denne proces kan forekomme takket være deltagelse af andre proteiner med enzymatisk aktivitet, i hvis aktive steder hydrolyse af bindinger forekommer. Det kan også forekomme ved ikke-enzymatiske ”metoder”, f.eks. Ved virkning af varme eller stoffer med ekstrem pH (meget sur eller meget basisk).

Grundlæggende skema med proteolyse af et protein (Kilde: Fdardel via Wikimedia Commons)

Proteinnedbrydning forekommer i bakterier, dyr og planter, men er især almindelig i dyr, især på fordøjelsessystemet, da fordøjelsen og intestinal absorption af proteiner indtaget med kosten er afhængig af det.

Derudover er proteolyse af største betydning for funktionel vedligeholdelse og regulering af flere cellulære processer og har også at gøre med eliminering af de proteiner, der udviser fejl i translation, foldning, emballering, import, funktion osv.

Det er vigtigt at bemærke, at det er en irreversibel, meget effektiv proces, der også fungerer i "regulering af regulatorer", da det ikke kun eliminerer de proteiner, der har "direkte" biologiske aktiviteter, men også dem, der regulerer andre proteiner eller udtrykket af de tilsvarende gener.

Typer af proteolyse

De interne proteiner i en celle kan nedbrydes tilfældigt eller selektivt eller hvad der er det samme, på en kontrolleret måde eller ej. Som igen kommenteret kan denne proces forekomme gennem specielle enzymer eller på grund af definerede miljøbetingelser, såsom sur og / eller alkalisk pH.

Det er vigtigt at nævne, at ethvert korrekt oversat, foldet eller pakket protein skjuler en eller flere nedbrydningssignalsekvenser, der er "kryptiske", og som kan udsættes, når proteinet strukturelt forstyrres af temperatur, pH osv.

Ubiquitineringsproteolyse

Ubiquitination (ubiquitin-proteasome system) er et system, hvormed proteiner selektivt kan hydrolyseres, efter at de er specifikt markeret for nedbrydning, en proces, der kan forekomme både i cytosol og i cellekernen.

Dette system har evnen til at genkende og ødelægge mærkede proteiner i kernen og i cytosol såvel som at nedbryde proteiner, der ikke foldes ordentligt under deres translokation fra cytosol til det endoplasmatiske retikulum.

Ubiquitin-mærkningsproces (Ubiquitination) (Kilde: Rogerdodd via Wikimedia Commons)

Det fungerer primært ved at tilsætte eller konjugere "målproteiner" til et lille 76 aminosyreresterprotein eller -peptid, bedre kendt som ubiquitin. Disse proteiner "mærket" ved ubiquitination nedbrydes til små fragmenter af 26S-proteasomet, en multi-underenhedsprotease.

Proteolyse ved autofagi

Autophagy betragtes også af nogle forfattere som en form for proteolyse med den sondring, at den forekommer i et lukket membranrum, der er rettet mod lysosomerne (i dyreceller), hvor proteinerne der er inde i nedbrydes af lysosomale proteaser.

Ikke-enzymatisk proteolyse

Temperaturen, pH og endda saltkoncentrationen af ​​et medium kan forårsage hydrolyse af peptidbindingerne, der holder aminosyrerne fra forskellige typer proteiner sammen, hvilket sker ved destabilisering og afbrydelse af bindingerne.

Funktioner

Proteolyse har mange funktioner i levende organismer. Især har det at gøre med proteinomsætning, hvorved nogle specifikke proteinmolekyler, der blev oversat fra en eller flere ribosomer, til sidst nedbrydes med forskellige hastigheder.

Proteiner har en halveringstid, der varierer fra nogle få sekunder til et par måneder, og produkterne af deres nedbrydning, hvad enten de er reguleret eller ej, medieret af enzymer eller ej, genanvendes generelt til syntese af nye proteiner, som sandsynligvis udfører forskellige funktioner.

Dette er hvad der sker med proteiner, der indtages med mad, som nedbrydes i mave-tarmkanalen af ​​proteaser, herunder trypsin og pepsin; såvel som med nogle cellulære proteiner, når celler mangler nok mad til at overleve.

Intracellulære proteolytiske systemer detekterer og eliminerer "unormale" proteiner, der er potentielt toksiske for celler, da de kan interagere med "fysiologisk upassende" ligander, ud over at producere aggregater, der forårsager mekaniske og fysiske hindringer for normale cellulære processer.

Akkumulering af unormale proteiner inde i cellen, enten på grund af defekter i det interne proteolytiske system eller af andre grunde, er det, hvad mange forskere betragter som en af ​​de vigtigste årsager til aldring hos flercellede levende væsener.

I immunsystemet

Den partielle proteolyse af mange proteiner fra eksogene eller fremmede kilder, såsom invaderende mikroorganismer, er for eksempel en grundlæggende proces for immunresponssystemet, da T-lymfocytter genkender de korte fragmenter, produkt af proteolyse (peptider), der præsenteres for dem. i forbindelse med et sæt overfladeproteiner.

Nævnte peptider kan komme fra ubiquitineringssystemet, autofagiske processer eller ukontrollerede proteolysehændelser.

Andre funktioner

En anden funktion af begrænset eller delvis proteolyse er modificeringen af ​​nydannede proteiner, der fungerer som et "præparat" til deres intra- eller ekstracellulære funktioner. Dette gælder for eksempel for visse hormoner og proteiner, der er involveret i forskellige metaboliske processer.

Programmeret celledød (apoptose) afhænger også i vid udstrækning af begrænset eller delvis "stedspecifik" proteolyse af intracellulære proteiner, som er formidlet af en kaskade af specifikke proteaser kaldet caspaser.

Ekstracellulære reguleringssystemer afhænger også af stedspecifik proteolyse, og det mest fremtrædende eksempel er blodkoagulation.

Generel eller komplet proteolyse udfører også væsentlige funktioner til selektiv nedbrydning af de proteiner, hvis koncentration skal kontrolleres omhyggeligt afhængigt af den fysiologiske, metaboliske eller udvikling af cellerne.

I planter

Planter bruger også proteolytiske processer til at kontrollere mange af deres fysiologiske og udviklingsmæssige aspekter. Det fungerer for eksempel til opretholdelse af intracellulære forhold og i reaktionsmekanismerne til stressede forhold såsom tørke, saltholdighed, temperatur, blandt andre.

Ligesom hos dyr samarbejder proteolyse i planter i aktivering og modning af zymogener (inaktive proteiner), kontrollerer stofskifte, homeostase, programmerede celledødsprocesser, udvikling af væv og organer osv. I disse organismer er fremgangsmåden til proteolyse ved ubiquitination en af ​​de vigtigste.

Referencer

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Væsentlig cellebiologi. Garland Science.
2. Maurizi, MR (1992). Proteaser og proteinnedbrydning i Escherichia coli. Experientia, 48 (2), 178-201.
3. Varshavsky, A. (2005). Reguleret proteinnedbrydning. Tendenser inden for biokemiske videnskaber, 30 (6), 283-286.
4. Vierstra, RD (1996). Proteolyse i planter: mekanismer og funktioner. I post-transkriptionel kontrol af genekspression i planter (s. 275-302). Springer, Dordrecht.
5. Wolf, DH, & Menssen, R. (2018). Mekanismer til celle regulering - proteolyse, den store overraskelse. FEBS-breve, 592 (15), 2515-2524.