PROTEOLYYSI: TYYPIT JA TOIMINNOT - BIOLOGIA - 2026

Proteolyysi tai proteiinien hajoaminen on prosessi, jossa proteiineja solu voi hajota täydellisesti (kunnes sen muodostavien aminohappojen) tai osittain (peptidien tuottamiseksi). Toisin sanoen se koostuu yhden tai useamman peptidisidoksen, joka pitää aminohapot yhdessä, hydrolyysistä.

Tämä prosessi voi tapahtua, koska mukana on muita proteiineja, joilla on entsymaattista aktiivisuutta, joiden aktiivisissa kohdissa tapahtuu sidosten hydrolyysi. Se voi tapahtua myös ei-entsymaattisilla ”menetelmillä”, kuten esimerkiksi lämmön vaikutuksesta tai aineilla, joilla on äärimmäinen pH (erittäin hapan tai erittäin emäksinen).

Proteiinin proteolyysiin perustuva perusskeemi (Lähde: Fdardel Wikimedia Commonsin kautta)

Proteiinien hajoaminen tapahtuu bakteereissa, eläimissä ja kasveissa, mutta on erityisen yleistä eläimissä, etenkin ruoansulatusjärjestelmän tasolla, koska ruokavaliosta nautittujen proteiinien sulaminen ja imeytyminen suolistosta riippuvat siitä.

Lisäksi proteolyysi on erittäin tärkeä monien soluprosessien toiminnalliselle ylläpitämiselle ja säätelylle, ja se liittyy myös niiden proteiinien eliminointiin, joissa esiintyy virheitä translaatiossa, taittamisessa, pakkaamisessa, tuonnissa, toiminnassa jne.

On tärkeää huomata, että se on peruuttamaton, erittäin tehokas prosessi, joka toimii myös "säätelijöiden säätelyssä", koska se ei poista vain niitä proteiineja, joilla on "suoraa" biologista aktiivisuutta, vaan myös niitä, jotka säätelevät muita proteiineja tai vastaavien geenien ilmentyminen.

Proteolyysilajit

Solun sisäiset proteiinit voidaan hajottaa satunnaisesti tai selektiivisesti, tai mikä on samaa, hallitusti tai ei. Kuten aikaisemmin on kommentoitu, tämä prosessi voi puolestaan ​​tapahtua erityisten entsyymien kautta tai johtuen määritellyistä ympäristöolosuhteista, kuten happamasta ja / tai emäksisestä pH: sta.

On tärkeätä mainita, että mikä tahansa oikein transloitu, taitettu tai pakattu proteiini piilottaa yhden tai useamman hajoamissignaalisekvenssin, jotka ovat "salaperäisiä" ja jotka voidaan paljastaa, kun lämpötila, pH jne. Häiritsevät proteiinia rakenteellisesti.

Ubiquitinaation proteolyysi

Ubiquitinaatio (ubikitiini-proteasomijärjestelmä) on järjestelmä, jolla proteiinit voidaan selektiivisesti hydrolysoida sen jälkeen, kun ne on erityisesti merkitty hajoamista varten, prosessi, joka voi tapahtua sekä sytosolissa että solutummassa.

Tällä järjestelmällä on kyky tunnistaa ja tuhota leimatut proteiinit ytimessä ja sytosolissa, samoin kuin hajottaa proteiineja, jotka eivät taittu kunnolla niiden siirron aikana sytosolista endoplasmiseen retikulumiin.

Ubiquitin -merkintäprosessi (yleiskysymys) (Lähde: Rogerdodd Wikimedia Commonsin kautta)

Se toimii ensisijaisesti lisäämällä tai konjugoimalla "kohdeproteiineja" pieneen 76 aminohapon jäännösproteiiniin tai peptidiin, joka tunnetaan paremmin ubikitiiniksi. Ne proteiinit, jotka "leimattiin" ubiquitinaatiolla, hajoavat pieniksi fragmenteiksi 26S-proteasomilla, monen alayksikön proteaasilla.

Proteolyysi autofagian avulla

Jotkut kirjoittajat pitävät autofagiaa myös eräänlaisena proteolyysin erotuksena siitä, että se tapahtuu suljetussa membraaniosassa, joka on suunnattu lysosomeihin (eläinsoluissa), jolloin niiden sisältämät proteiinit hajoavat lysosomaaliset proteaasit.

Ei-entsymaattinen proteolyysi

Elatusaineen lämpötila, pH ja jopa suolakonsentraatio voivat aiheuttaa peptidisidosten hydrolyysin, jotka pitävät eri tyyppisten proteiinien aminohapot yhdessä, mikä tapahtuu epävakauttamalla ja keskeyttämällä sidokset.

ominaisuudet

Proteolyyssillä on monia tehtäviä elävissä organismeissa. Erityisesti sillä on yhteys proteiinin vaihtuvuuteen, jolloin tietyt spesifiset proteiinimolekyylit, jotka transloitiin yhdestä tai useammasta ribosomista, lopulta hajoavat eri nopeudella.

Proteiinien puoliintumisaika vaihtelee muutamasta sekunnista muutamaan kuukauteen, ja niiden hajoamistuotteet, riippumatta siitä, ovatko ne säädeltyjä vai eivät, entsyymien välittämiä, käytetään yleensä uudelleen uusien proteiinien synteesiin, jotka todennäköisesti suorittavat erilaisia ​​toimintoja.

Näin tapahtuu ruoan kanssa käytettävien proteiinien kanssa, jotka proteaasit, mukaan lukien trypsiini ja pepsiini, hajoavat ruuansulatuskanavassa; samoin kuin joidenkin soluproteiinien kanssa, kun soluista puuttuu tarpeeksi ruokaa selviytymiseen.

Solunsisäiset proteolyyttiset järjestelmät havaitsevat ja eliminoivat "epänormaalit" proteiinit, jotka ovat mahdollisesti myrkyllisiä soluille, koska ne voivat olla vuorovaikutuksessa "fysiologisesti sopimattomien" ligandien kanssa tuottaen aggregaatteja, jotka aiheuttavat mekaanisia ja fysikaalisia esteitä normaaleille soluprosesseille.

Epänormaalien proteiinien kertyminen soluun joko sisäisen proteolyyttisen järjestelmän virheiden takia tai muista syistä on se, mitä monet tutkijat pitävät yhtenä tärkeimmistä ikääntymisen syistä monisoluisissa elävissä olennoissa.

Immuunijärjestelmässä

Monien eksogeenisistä tai vieraista lähteistä peräisin olevien proteiinien, kuten tunkeutuvien mikro-organismien, osittainen proteolyysi on perustavanlaatuinen prosessi immuunivastejärjestelmälle, koska T-lymfosyytit tunnistavat niille esitetyt lyhyet fragmentit, proteolyysituotteen (peptidit). yhdessä joukon pintaproteiineja.

Mainitut peptidit voivat tulla ubikvitinaatiojärjestelmästä, autofagisista prosesseista tai hallitsemattomista proteolyysi-tapahtumista.

Muut toiminnot

Toinen rajoitetun tai osittaisen proteolyysin tehtävä on hiljattain muodostettujen proteiinien modifiointi, joka toimii "valmisteena" niiden solunsisäisille tai solunulkoisille toiminnoille. Tämä pätee esimerkiksi tietyille hormoneille ja proteiineille, jotka ovat mukana erilaisissa aineenvaihduntaprosesseissa.

Ohjelmoitu solukuolema (apoptoosi) riippuu suuressa määrin myös solunsisäisten proteiinien rajoitetusta tai osittaisesta "kohdespesifisestä" proteolyysistä, jota välittää spesifisten proteaasien kaskaasi, jota kutsutaan kaspaaseiksi.

Solunulkoiset säätelyjärjestelmät ovat myös riippuvaisia ​​kohdespesifisestä proteolyysistä ja näkyvin esimerkki on veren hyytyminen.

Yleinen tai täydellinen proteolyysi täyttää myös välttämättömät toiminnot niiden proteiinien selektiiviselle hajoamiselle, joiden pitoisuutta on valvottava huolellisesti solujen fysiologisesta, metabolisesta tai kehityksestä riippuen.

Kasveissa

Kasvit käyttävät myös proteolyyttisiä prosesseja hallitakseen monia niiden fysiologisia ja kehitysvaiheita. Se toimii esimerkiksi solunsisäisten tilojen ylläpitämisessä ja reagointimekanismeissa stressiolosuhteisiin, kuten kuivuus, suolapitoisuus, lämpötila, mm.

Kuten eläimissä, kasvien proteolyysi tekee yhteistyötä tsymogeenien (inaktiivisten proteiinien) aktivoinnissa ja kypsymisessä, hallitsee aineenvaihduntaa, homeostaasia, ohjelmoituja solukuoleman prosesseja, kudosten ja elinten kehitystä jne. Näissä organismeissa proteolyysireitti ubikvitinoimalla on yksi tärkeimmistä.

Viitteet

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… ja Walter, P. (2013). Oleellinen solubiologia. Garland Science.
2. Maurizi, MR (1992). Proteaasit ja proteiinien hajoaminen Escherichia colissa. Experientia, 48 (2), 178-201.
3. Varshavsky, A. (2005). Säännelty proteiinien hajoaminen. Biokemiallisten tieteiden suuntaukset, 30 (6), 283 - 286.
4. Vierstra, RD (1996). Proteolyysi kasveissa: mekanismit ja toiminnot. Geeniekspression jälkeisessä transkription kontrollissa kasveissa (sivut 275-302). Springer, Dordrecht.
5. Wolf, DH, & Menssen, R. (2018). Solujen säätelymekanismit - proteolyysi, iso yllätys. FEBS-kirjeet, 592 (15), 2515 - 2524.