PROTEOLYS: TYPER OCH FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

Den proteolys eller proteinnedbrytning är en process genom vilken proteiner av en cell kan brytas ned helt och hållet (till dess att dess konstituerande aminosyror) eller partiellt (framställning av peptider). Det vill säga den består av hydrolysen av en eller flera av peptidbindningarna som håller sina aminosyror samman.

Denna process kan ske tack vare deltagande av andra proteiner med enzymatisk aktivitet, i vars aktiva platser hydrolys av bindningarna sker. Det kan också uppstå genom icke-enzymatiska "metoder", t.ex. genom verkan av värme eller ämnen med extremt pH (mycket surt eller mycket basiskt).

Grundläggande schema för proteolys av ett protein (Källa: Fdardel via Wikimedia Commons)

Proteinnedbrytning förekommer i bakterier, djur och växter, men är särskilt vanligt hos djur, särskilt på nivån av matsmältningssystemet, eftersom matsmältningen och tarmabsorptionen av de proteiner som intas med kosten är beroende av det.

Dessutom är proteolys av yttersta vikt för funktionellt underhåll och reglering av flera cellulära processer och har också att göra med eliminering av de proteiner som uppvisar fel vid translation, vikning, förpackning, import, funktion, etc.

Det är viktigt att notera att det är en irreversibel, mycket effektiv process som också fungerar i "reglering av regulatorer", eftersom det inte bara eliminerar de proteiner som har "direkt" biologisk aktivitet, utan också de som reglerar andra proteiner eller uttrycket av motsvarande gener.

Typer av proteolys

De interna proteinerna i en cell kan nedbrytas slumpmässigt eller selektivt eller, vad är detsamma, på ett kontrollerat sätt eller inte. Som tidigare kommenterats kan denna process i sin tur ske genom speciella enzymer eller på grund av definierade miljöförhållanden såsom surt och / eller alkaliskt pH.

Det är viktigt att nämna att alla korrekt översatta, vikta eller förpackade proteiner döljer en eller flera nedbrytningssignalsekvenser som är "kryptiska" och som kan exponeras när proteinet strukturellt störs av temperatur, pH etc.

Ubiquitineringsproteolys

Ubiquitination (ubiquitin-proteasome system) är ett system genom vilket proteiner selektivt kan hydrolyseras efter att de specifikt har markerats för nedbrytning, en process som kan ske både i cytosolen och i cellkärnan.

Detta system har förmågan att känna igen och förstöra märkta proteiner i kärnan och i cytosolen, såväl som att bryta ner proteiner som inte veckas ordentligt under deras omplacering från cytosol till endoplasmatisk retikulum.

Ubiquitin-märkningsprocess (Ubiquitination) (Källa: Rogerdodd via Wikimedia Commons)

Det fungerar främst genom att tillsätta eller konjugera "målproteiner" till ett litet 76 aminosyraresterprotein eller peptid, bättre känd som ubiquitin. Dessa proteiner "märkta" genom ubiquitinering nedbryts till små fragment av 26S-proteasomen, ett multisubenhetsproteas.

Proteolys genom autofagi

Autofagi betraktas också av vissa författare som en form av proteolys, med den distinktionen att den inträffar i ett slutet membranfack som riktas mot lysosomerna (i djurceller), där proteinerna som finns i nedbryts av lysosomala proteaser.

Icke-enzymatisk proteolys

Temperaturen, pH och till och med saltkoncentrationen i ett medium kan orsaka hydrolys av peptidbindningarna som håller aminosyrorna i olika typer av proteiner tillsammans, vilket sker genom destabilisering och avbrott av bindningarna.

Funktioner

Proteolys har många funktioner i levande organismer. I synnerhet har det att göra med proteinomsättning, varigenom vissa specifika proteinmolekyler som översattes från en eller flera ribosomer så småningom nedbryts i olika hastigheter.

Proteiner har en halveringstid som varierar från några sekunder till några månader och produkterna av deras nedbrytning, oavsett om de regleras eller inte, förmedlade av enzymer eller inte, används i allmänhet för syntes av nya proteiner, som antagligen uppfyller olika funktioner.

Det här är vad som händer med proteiner som konsumeras med mat, som bryts ned i mag-tarmkanalen av proteaser, inklusive trypsin och pepsin; liksom med vissa cellulära proteiner när celler saknar tillräckligt med mat för att överleva.

Intracellulära proteolytiska system detekterar och eliminerar "onormala" proteiner som är potentiellt toxiska för celler, eftersom de kan interagera med "fysiologiskt olämpliga" ligander, förutom att producera aggregat som orsakar mekaniska och fysiska hinder för normala cellprocesser.

Anhopningen av onormala proteiner inuti cellen, antingen på grund av defekter i det inre proteolytiska systemet eller av andra skäl, är vad många forskare anser vara en av de främsta orsakerna till åldrande hos flercelliga levande varelser.

I immunsystemet

Den partiella proteolysen av många proteiner från exogena eller främmande källor, till exempel invaderande mikroorganismer, är till exempel en grundläggande process för immunresponssystemet, eftersom T-lymfocyter känner igen de korta fragmenten, produkten av proteolys (peptider) som presenteras för dem. i samband med en uppsättning ytproteiner.

Nämnda peptider kan komma från ubikvitationssystemet, autofagiska processer eller okontrollerade proteolyshändelser.

Andra funktioner

En annan funktion av begränsad eller partiell proteolys är modifieringen av nybildade proteiner, som fungerar som en "beredning" för deras intra- eller extracellulära funktioner. Detta gäller till exempel för vissa hormoner och proteiner som är involverade i olika metaboliska processer.

Programmerad celldöd (apoptos) beror också till stor del på begränsad eller partiell "platsspecifik" proteolys av intracellulära proteiner, som medieras av en kaskad av specifika proteaser som kallas kaspaser.

Extracellulära regleringssystem beror också på platsspecifik proteolys och det mest framträdande exemplet är blodkoagulation.

Allmän eller fullständig proteolys fullgör också väsentliga funktioner för selektiv nedbrytning av proteiner vars koncentration måste kontrolleras noggrant beroende på cellernas fysiologiska, metaboliska eller utveckling.

I växter

Växter använder också proteolytiska processer för att kontrollera många av deras fysiologiska och utvecklingsaspekter. Det fungerar till exempel i upprätthållandet av intracellulära förhållanden och i svarmekanismerna på stressiga förhållanden såsom torka, salthalt, temperatur, bland andra.

Liksom hos djur samverkar proteolys i växter i aktivering och mognad av zymogener (inaktiva proteiner), kontrollerar metabolism, homeostas, programmerade celldödsprocesser, utveckling av vävnader och organ, etc. I dessa organismer är vägen för proteolys genom ubikvitinering en av de viktigaste.

referenser

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M., … & Walter, P. (2013). Väsentlig cellbiologi. Garland Science.
2. Maurizi, MR (1992). Proteaser och proteinnedbrytning i Escherichia coli. Experientia, 48 (2), 178-201.
3. Varshavsky, A. (2005). Reglerad proteinnedbrytning. Trender i biokemiska vetenskaper, 30 (6), 283-286.
4. Vierstra, RD (1996). Proteolys i växter: mekanismer och funktioner. I post-transkriptionell kontroll av genuttryck i växter (s. 275-302). Springer, Dordrecht.
5. Wolf, DH, & Menssen, R. (2018). Mekanismer för cellreglering - proteolys, den stora överraskningen. FEBS-brev, 592 (15), 2515-2524.