PROTEOLIZA: RODZAJE I FUNKCJE - BIOLOGIA

Proteolizy degradacji lub białko jest procesem, w którym białka w komórce może być degradowane całkowicie (do nich składników aminokwasów) lub częściowo (wytwarzania peptydów). Oznacza to, że polega na hydrolizie jednego lub więcej wiązań peptydowych, które utrzymują razem ich aminokwasy.

Proces ten może zachodzić dzięki udziałowi innych białek o aktywności enzymatycznej, w których miejscach aktywnych zachodzi hydroliza wiązań. Może również wystąpić za pomocą „metod” nieenzymatycznych, takich jak działanie ciepła lub substancji o skrajnym pH (bardzo kwaśnym lub bardzo zasadowym).

Podstawowy schemat proteolizy białka (źródło: Fdardel za Wikimedia Commons)

Degradacja białek zachodzi zarówno u bakterii, zwierząt, jak i roślin, ale jest szczególnie powszechna u zwierząt, zwłaszcza na poziomie układu pokarmowego, ponieważ od tego zależy trawienie i wchłanianie jelitowe białek wchłanianych w pożywienie.

Ponadto proteoliza ma ogromne znaczenie dla utrzymania funkcjonalnego i regulacji wielu procesów komórkowych, a także wiąże się z eliminacją tych białek, które powodują błędy w translacji, fałdowaniu, pakowaniu, imporcie, funkcjonowaniu itp.

Należy zauważyć, że jest to nieodwracalny, wysoce skuteczny proces, który działa również w „regulacji regulatorów”, ponieważ eliminuje nie tylko te białka, które mają „bezpośrednią” aktywność biologiczną, ale także te, które regulują inne białka lub ekspresja odpowiednich genów.

Rodzaje proteolizy

Wewnętrzne białka komórki mogą ulegać degradacji losowo lub wybiórczo lub co najmniej w sposób kontrolowany lub nie. Z kolei, jak wcześniej wspomniano, proces ten może zachodzić za pośrednictwem specjalnych enzymów lub z powodu określonych warunków środowiskowych, takich jak kwaśne i / lub zasadowe pH.

Należy wspomnieć, że każde prawidłowo przetłumaczone, pofałdowane lub upakowane białko kryje jedną lub więcej sekwencji sygnałowych degradacji, które są „tajemnicze” i które mogą być eksponowane, gdy białko jest strukturalnie zaburzone przez temperaturę, pH itp.

Proteoliza ubikwitynacji

Ubikwitynacja (układ ubikwityna-proteasom) to system, w którym białka mogą być selektywnie hydrolizowane po ich specyficznej degradacji, proces ten może zachodzić zarówno w cytozolu, jak iw jądrze komórkowym.

System ten ma zdolność rozpoznawania i niszczenia znakowanych białek w jądrze i cytozolu, a także degradacji białek, które nie fałdują się prawidłowo podczas ich translokacji z cytozolu do retikulum endoplazmatycznego.

Proces znakowania ubikwityny (ubikwitynacja) (źródło: Rogerdodd za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Działa głównie poprzez dodanie lub sprzęgnięcie „docelowych” białek z małym białkiem lub peptydem składającym się z 76 aminokwasów, lepiej znanym jako ubikwityna. Te białka „znakowane” przez ubikwitynację są rozkładane na małe fragmenty przez proteasom 26S, wielopodjednostkową proteazę.

Proteoliza przez autofagię

Autofagia jest również uważana przez niektórych autorów za formę proteolizy, z tą różnicą, że zachodzi w zamkniętym przedziale błoniastym skierowanym w kierunku lizosomów (w komórkach zwierzęcych), gdzie zawarte w nich białka są degradowane przez proteazy lizosomalne.

Nieenzymatyczna proteoliza

Temperatura, pH, a nawet stężenie soli w pożywce może powodować hydrolizę wiązań peptydowych, które utrzymują razem aminokwasy różnych typów białek, co następuje przez destabilizację i przerwanie wiązań.

cechy

Proteoliza pełni wiele funkcji w organizmach żywych. W szczególności ma to związek z obrotem białek, w wyniku którego niektóre specyficzne cząsteczki białka, które uległy translacji z jednego lub większej liczby rybosomów, są ostatecznie degradowane w różnym tempie.

Białka mają okres półtrwania, który waha się od kilku sekund do kilku miesięcy, a produkty ich degradacji, regulowanej lub nie, za pośrednictwem enzymów lub nie, są na ogół ponownie wykorzystywane do syntezy nowych białek, które prawdopodobnie spełniają różne funkcje.

Tak dzieje się z białkami spożywanymi z pożywieniem, które są rozkładane w przewodzie pokarmowym przez proteazy, w tym trypsynę i pepsynę; jak również w przypadku niektórych białek komórkowych, gdy komórkom brakuje pożywienia, aby przeżyć.

Wewnątrzkomórkowe systemy proteolityczne wykrywają i eliminują „nieprawidłowe” białka, które są potencjalnie toksyczne dla komórek, ponieważ mogą oddziaływać z „fizjologicznie niewłaściwymi” ligandami, a ponadto wytwarzają agregaty, które powodują mechaniczne i fizyczne utrudnienia w normalnych procesach komórkowych.

Nagromadzenie nieprawidłowych białek w komórce, spowodowane defektami wewnętrznego układu proteolitycznego lub z innych powodów, jest tym, co wielu naukowców uważa za jedną z głównych przyczyn starzenia się organizmów wielokomórkowych.

W układzie odpornościowym

Częściowa proteoliza wielu białek z egzogennych lub obcych źródeł, takich jak na przykład atakujące mikroorganizmy, jest podstawowym procesem dla układu odpowiedzi immunologicznej, ponieważ limfocyty T rozpoznają krótkie fragmenty, produkt proteolizy (peptydy), które są im prezentowane. w połączeniu z zestawem białek powierzchniowych.

Wspomniane peptydy mogą pochodzić z układu ubikwitynacji, procesów autofagicznych lub niekontrolowanych zdarzeń proteolizy.

Inne funkcje

Inną funkcją ograniczonej lub częściowej proteolizy jest modyfikacja nowo utworzonych białek, które funkcjonują jako „preparat” dla ich funkcji wewnątrz- lub zewnątrzkomórkowych. Dotyczy to na przykład niektórych hormonów i białek zaangażowanych w różne procesy metaboliczne.

Programowana śmierć komórki (apoptoza) zależy również, w dużym stopniu, od ograniczonej lub częściowej „specyficznej miejscowo” proteolizy białek wewnątrzkomórkowych, w której pośredniczy kaskada specyficznych proteaz zwanych kaspazami.

Zewnątrzkomórkowe układy regulacyjne zależą również od proteolizy specyficznej dla miejsca, a najbardziej znanym przykładem jest krzepnięcie krwi.

Ogólna lub całkowita proteoliza spełnia również podstawowe funkcje dla selektywnej degradacji tych białek, których stężenie musi być dokładnie kontrolowane w zależności od fizjologicznego, metabolicznego lub rozwojowego stanu komórek.

W roślinach

Rośliny wykorzystują również procesy proteolityczne do kontrolowania wielu aspektów fizjologicznych i rozwojowych. Działa np. W utrzymaniu warunków wewnątrzkomórkowych oraz w mechanizmach reakcji na warunki stresowe, takie jak m.in.susza, zasolenie, temperatura.

Podobnie jak u zwierząt, proteoliza w roślinach współdziała w aktywacji i dojrzewaniu zymogenów (nieaktywnych białek), kontroluje metabolizm, homeostazę, procesy zaprogramowanej śmierci komórek, rozwój tkanek i narządów itp. W tych organizmach szlak proteolizy przez ubikwitynację jest jednym z najważniejszych.

Bibliografia

Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Niezbędna biologia komórki. Garland Science.
Maurizi, MR (1992). Proteazy i degradacja białek w Escherichia coli. Experientia, 48 (2), 178–201.
Varshavsky, A. (2005). Regulowana degradacja białek. Trends in biochemical sciences, 30 (6), 283-286.
Vierstra, RD (1996). Proteoliza u roślin: mechanizmy i funkcje. In Post-Transcriptional Control of Gene Expression in Plants (str. 275-302). Springer, Dordrecht.
Wolf, DH, & Menssen, R. (2018). Mechanizmy regulacji komórek - proteoliza, wielka niespodzianka. Listy FEBS, 592 (15), 2515-2524.

PROTEOLIZA: RODZAJE I FUNKCJE - BIOLOGIA - 2026