PROTEOLYSE: TYPER OG FUNKSJONER - BIOLOGI - 2026

Den proteolyse eller proteinnedbrytingen er en prosess ved hjelp av hvilken proteiner i en celle kan nedbrytes fullstendig (til de respektive aminosyrer) eller delvis (som produserer peptider). Det vil si at den består av hydrolyse av en eller flere av peptidbindelsene som holder aminosyrene sine sammen.

Denne prosessen kan skje takket være deltakelse av andre proteiner med enzymatisk aktivitet, på hvis aktive steder hydrolyse av bindingene skjer. Det kan også oppstå ved ikke-enzymatiske “metoder”, for eksempel ved virkning av varme eller stoffer med ekstrem pH (veldig sur eller veldig basisk).

Grunnleggende skjema for proteolyse av et protein (Kilde: Fdardel via Wikimedia Commons)

Proteinnedbrytning forekommer i bakterier, dyr og planter, men er spesielt vanlig hos dyr, spesielt på nivået av fordøyelsessystemet, siden fordøyelsen og tarmabsorpsjonen av proteiner inntatt med dietten er avhengig av det.

I tillegg er proteolyse av største betydning for funksjonell vedlikehold og regulering av flere cellulære prosesser, og har også å gjøre med eliminering av de proteiner som presenterer feil i translasjon, folding, pakking, import, funksjon, etc.

Det er viktig å merke seg at det er en irreversibel, svært effektiv prosess som også fungerer i "regulering av regulatorer", siden den ikke bare eliminerer de proteiner som har "direkte" biologiske aktiviteter, men også de som regulerer andre proteiner eller uttrykket av de tilsvarende genene.

Typer proteolyse

De interne proteinene i en celle kan brytes ned tilfeldig eller selektivt, eller hva er det samme, på en kontrollert måte eller ikke. Som tidligere kommentert, kan denne prosessen skje gjennom spesielle enzymer eller på grunn av definerte miljøforhold som sur og / eller alkalisk pH.

Det er viktig å nevne at ethvert korrekt oversatt, brettet eller pakket protein skjuler en eller flere nedbrytningssignalsekvenser som er "kryptiske" og som kan bli utsatt når proteinet strukturelt forstyrres av temperatur, pH, etc.

Ubiquitineringsproteolyse

Ubiquitination (ubiquitin-proteasome system) er et system som proteiner selektivt kan hydrolyseres etter å ha blitt spesifikt markert for nedbrytning, en prosess som kan forekomme både i cytosol og i cellekjernen.

Dette systemet har muligheten til å gjenkjenne og ødelegge merkede proteiner i kjernen og i cytosol, i tillegg til å bryte ned proteiner som ikke brettes ordentlig under translokasjonen deres fra cytosol til endoplasmatisk retikulum.

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

Det fungerer først og fremst ved å tilsette eller konjugere "målproteiner" til et lite 76 aminosyreresterprotein eller peptid, bedre kjent som ubiquitin. Proteinene som er "merket" ved ubiquitinering blir nedbrytet til små fragmenter av 26S-proteasomet, en protese med flere underenheter.

Proteolyse ved autofagi

Autofagi betraktes også av noen forfattere som en form for proteolyse, med den distinksjonen at den forekommer i et lukket membranrom som er rettet mot lysosomene (i dyreceller), der proteiner som er inne i blir nedbrutt av lysosomale proteaser.

Ikke-enzymatisk proteolyse

Temperaturen, pH og til og med saltkonsentrasjonen til et medium kan forårsake hydrolyse av peptidbindinger som holder aminosyrene til forskjellige typer proteiner sammen, noe som skjer ved destabilisering og avbrytelse av bindingene.

Egenskaper

Proteolyse har mange funksjoner i levende organismer. Spesielt har det å gjøre med proteinomsetning, hvorved noen spesifikke proteinmolekyler som ble oversatt fra ett eller flere ribosomer til slutt blir nedbrutt med forskjellige hastigheter.

Proteiner har en halveringstid som varierer fra noen sekunder til noen måneder, og produktene av deres nedbrytning, enten de er regulert eller ikke, formidlet av enzymer eller ikke, brukes generelt til syntese av nye proteiner, som sannsynligvis har forskjellige funksjoner.

Dette er hva som skjer med proteiner som blir konsumert med mat, som blir nedbrutt i mage-tarmkanalen av proteaser, inkludert trypsin og pepsin; så vel som med noen cellulære proteiner når celler mangler nok mat til å overleve.

Intracellulære proteolytiske systemer oppdager og eliminerer "unormale" proteiner som potensielt er toksiske for celler, da de kan samhandle med "fysiologisk upassende" ligander, i tillegg til å produsere aggregater som forårsaker mekaniske og fysiske hindringer for normale cellulære prosesser.

Opphopning av unormale proteiner inne i cellen, enten på grunn av feil i det interne proteolytiske systemet eller av andre årsaker, er det mange forskere anser for å være en av hovedårsakene til aldring hos flercellede levende vesener.

I immunforsvaret

Den delvise proteolyse av mange proteiner fra eksogene eller utenlandske kilder som for eksempel invaderende mikroorganismer, er for eksempel en grunnleggende prosess for immunresponssystemet, siden T-lymfocytter gjenkjenner de korte fragmentene, produktet av proteolyse (peptider) som blir presentert for dem. i forbindelse med et sett overflateproteiner.

Nevnte peptider kan komme fra ubiquitineringssystemet, autofagiske prosesser eller ukontrollerte proteolysehendelser.

Andre funksjoner

En annen funksjon av begrenset eller delvis proteolyse er modifiseringen av nydannede proteiner, som fungerer som et "preparat" for deres intra- eller ekstracellulære funksjoner. Dette gjelder for eksempel for visse hormoner og proteiner som er involvert i forskjellige metabolske prosesser.

Programmert celledød (apoptose) avhenger også i stor grad av begrenset eller delvis "stedsspesifikk" proteolyse av intracellulære proteiner, som er formidlet av en kaskade av spesifikke proteaser som kalles caspaser.

Ekstracellulære reguleringssystemer er også avhengige av stedsspesifikk proteolyse, og det mest fremtredende eksemplet er blodkoagulasjon.

Generell eller fullstendig proteolyse har også viktige funksjoner for selektiv nedbrytning av proteiner hvis konsentrasjon må kontrolleres nøye avhengig av den fysiologiske, metabolske eller utviklingen av cellene.

I planter

Planter bruker også proteolytiske prosesser for å kontrollere mange av deres fysiologiske og utviklingsmessige aspekter. Det fungerer for eksempel for å opprettholde intracellulære forhold og i responsmekanismene på stressende forhold som tørke, saltholdighet, temperatur, blant andre.

Som hos dyr, samarbeider proteolyse i planter i aktivering og modning av zymogener (inaktive proteiner), kontrollerer metabolisme, homeostase, programmerte celledødprosesser, utvikling av vev og organer, etc. I disse organismer er banen til proteolyse ved ubiquitinering en av de viktigste.

referanser

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M., … & Walter, P. (2013). Essensiell cellebiologi. Garland Science.
2. Maurizi, MR (1992). Proteaser og nedbrytning av proteiner i Escherichia coli. Experientia, 48 (2), 178-201.
3. Varshavsky, A. (2005). Regulert nedbrytning av proteiner. Trender i biokjemiske vitenskaper, 30 (6), 283-286.
4. Vierstra, RD (1996). Proteolyse i planter: mekanismer og funksjoner. I post-transkripsjonell kontroll av genuttrykk hos planter (s. 275-302). Springer, Dordrecht.
5. Wolf, DH, & Menssen, R. (2018). Mekanismer for celle regulering - proteolyse, den store overraskelsen. FEBS-brev, 592 (15), 2515-2524.