PROTEOLÝZA: TYPY A FUNKCIE - BIOLÓGIE

Proteolýzy alebo proteín degradácie je proces, pri ktorom proteíny bunky môžu byť degradované úplne (do základnej aminokyseliny) alebo čiastočne (produkovať peptidy). To znamená, že pozostáva z hydrolýzy jednej alebo viacerých peptidových väzieb, ktoré držia svoje aminokyseliny pohromade.

Tento proces môže nastať vďaka účasti ďalších proteínov s enzymatickou aktivitou, na ktorých aktívnych miestach dochádza k hydrolýze väzieb. Môže sa vyskytnúť aj neenzymatickými „metódami“, napríklad pôsobením tepla alebo látok s extrémnym pH (veľmi kyslé alebo veľmi zásadité).

Základná schéma proteolýzy proteínu (Zdroj: Fdardel pomocou Wikimedia Commons)

K degradácii proteínov dochádza u baktérií, zvierat a rastlín, ale je zvlášť bežné u zvierat, najmä na úrovni zažívacieho systému, pretože od toho závisí trávenie a absorpcia proteínov požitých stravou.

Okrem toho je proteolýza mimoriadne dôležitá pre funkčné udržiavanie a reguláciu viacerých bunkových procesov a tiež súvisí s elimináciou tých proteínov, ktoré vykazujú chyby v translácii, skladaní, balení, dovoze, fungovaní atď.

Je dôležité poznamenať, že je to nezvratný, vysoko účinný proces, ktorý funguje aj v „regulácii regulátorov“, pretože nielen vylučuje tie proteíny, ktoré majú „priame“ biologické aktivity, ale aj tie, ktoré regulujú iné proteíny alebo expresiu zodpovedajúcich génov.

Druhy proteolýzy

Vnútorné proteíny bunky môžu byť degradované náhodne alebo selektívne alebo, čo je rovnaké, kontrolovaným spôsobom alebo nie. Na druhej strane, ako už bolo uvedené, k tomuto procesu môže dôjsť prostredníctvom špeciálnych enzýmov alebo v dôsledku definovaných podmienok prostredia, ako je kyslé a / alebo zásadité pH.

Je dôležité uviesť, že akýkoľvek správne preložený, zložený alebo zabalený proteín skryje jednu alebo viac degradačných signálnych sekvencií, ktoré sú „kryptické“ a ktoré môžu byť exponované, keď je proteín štrukturálne narušený teplotou, pH atď.

Ubikvitinačná proteolýza

Ubikvitinácia (ubikvitín-proteazómový systém) je systém, ktorým môžu byť proteíny selektívne hydrolyzované po špecifickom označení na degradáciu, čo je proces, ktorý sa môže vyskytovať v cytosóle aj v bunkovom jadre.

Tento systém má schopnosť rozoznávať a ničiť značené proteíny v jadre a v cytosóle, ako aj degradovať proteíny, ktoré sa pri translokácii z cytosolu do endoplazmatického retikula riadne neohýbajú.

Proces označovania Ubiquitin (Ubiquitination) (Zdroj: Rogerdodd via Wikimedia Commons)

Funguje to primárne pridávaním alebo konjugáciou „cieľových“ proteínov k malému proteínu alebo peptidu so zvyškom 76 aminokyselín, známym ako ubikvitín. Tieto proteíny "značené" ubikvitináciou sú degradované na malé fragmenty proteazómom 26S, proteázou s viacerými podjednotkami.

Proteolýza autofágiou

Autofágia je tiež považovaná niektorými autormi za formu proteolýzy s tým rozdielom, že sa vyskytuje v uzavretom membránovom kompartmente, ktorý je nasmerovaný k lyzozómom (v živočíšnych bunkách), kde proteíny obsiahnuté vo vnútri sú degradované lyzozomálne proteázy.

Neenzymatická proteolýza

Teplota, pH a dokonca aj koncentrácia soli v médiu môžu spôsobiť hydrolýzu peptidových väzieb, ktoré držia spolu aminokyseliny rôznych typov proteínov, ku ktorej dochádza destabilizáciou a prerušením väzieb.

Vlastnosti

Proteolýza má v živých organizmoch mnoho funkcií. Obzvlášť to súvisí s obratom proteínov, pričom niektoré špecifické proteínové molekuly, ktoré boli translatované z jedného alebo viacerých ribozómov, sa nakoniec degradujú rôznymi rýchlosťami.

Bielkoviny majú polčas rozpadu, ktorý sa pohybuje od niekoľkých sekúnd do niekoľkých mesiacov a produkty ich degradácie, či už regulované alebo nie, sprostredkované enzýmami alebo nie, sa zvyčajne používajú na syntézu nových proteínov, ktoré pravdepodobne plnia rôzne funkcie.

To sa deje s proteínmi, ktoré sa konzumujú s jedlom a ktoré sa v gastrointestinálnom trakte odbúravajú proteázami vrátane trypsínu a pepsínu; ako aj s niektorými bunkovými proteínmi, keď bunky nemajú dostatok potravy na prežitie.

Intracelulárne proteolytické systémy detegujú a eliminujú „abnormálne“ proteíny, ktoré sú potenciálne toxické pre bunky, pretože môžu interagovať s „fyziologicky nevhodnými“ ligandami, okrem vytvárania agregátov, ktoré spôsobujú mechanické a fyzikálne prekážky normálnym bunkovým procesom.

Hromadenie abnormálnych proteínov vo vnútri bunky, buď v dôsledku defektov vo vnútornom proteolytickom systéme alebo z iných dôvodov, je mnohými vedcami považované za jednu z hlavných príčin starnutia v mnohobunkových živých bytostiach.

V imunitnom systéme

Čiastočná proteolýza mnohých proteínov z exogénnych alebo cudzích zdrojov, ako sú napríklad napadajúce mikroorganizmy, je základným procesom systému imunitnej odozvy, pretože T lymfocyty rozpoznávajú krátke fragmenty, produkt proteolýzy (peptidy), ktoré sa im predkladajú. v spojení so súborom povrchových proteínov.

Uvedené peptidy môžu pochádzať z ubikvitinačného systému, autofagických procesov alebo nekontrolovaných proteolytických udalostí.

Ďalšie funkcie

Inou funkciou obmedzenej alebo čiastočnej proteolýzy je modifikácia novovytvorených proteínov, ktorá slúži ako "prípravok" pre ich intra- alebo extracelulárne funkcie. To platí napríklad pre určité hormóny a pre proteíny, ktoré sa zúčastňujú rôznych metabolických procesov.

Programovaná bunková smrť (apoptóza) tiež vo veľkej miere závisí od obmedzenej alebo čiastočnej „miestne špecifickej“ proteolýzy intracelulárnych proteínov, ktorá je sprostredkovaná kaskádou špecifických proteáz nazývaných kaspázy.

Extracelulárne regulačné systémy tiež závisia od miestne špecifickej proteolýzy a najvýznamnejším príkladom je koagulácia krvi.

Všeobecná alebo úplná proteolýza tiež plní základné funkcie pre selektívnu degradáciu tých proteínov, ktorých koncentrácia sa musí starostlivo regulovať v závislosti od fyziologického, metabolického alebo vývoja buniek.

V rastlinách

Rastliny tiež používajú proteolytické procesy na kontrolu mnohých svojich fyziologických a vývojových aspektov. Účinkuje napríklad pri udržiavaní vnútrobunkových podmienok a mechanizmoch reakcie na stresové stavy, ako sú sucho, slanosť, teplota.

Rovnako ako u zvierat, proteolýza v rastlinách spolupracuje pri aktivácii a dozrievaní zymogénov (inaktívnych proteínov), riadi metabolizmus, homeostázu, programované procesy bunkovej smrti, vývoj tkanív a orgánov atď. V týchto organizmoch je cesta proteolýzy ubikvitináciou jednou z najdôležitejších.

Referencie

Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Základná bunková biológia. Garland Science.
Maurizi, MR (1992). Proteázy a degradácia proteínov v Escherichia coli. Experientia, 48 (2), 178-201.
Varshavsky, A. (2005). Regulovaná degradácia bielkovín. Trends in biochemical Sciences, 30 (6), 283-286.
Vierstra, RD (1996). Proteolýza v rastlinách: mechanizmy a funkcie. Pri post-transkripčnej kontrole génovej expresie v rastlinách (s. 275-302). Springer, Dordrecht.
Wolf, DH, a Menssen, R. (2018). Mechanizmy bunkovej regulácie - proteolýza, veľké prekvapenie. Listy FEBS, 592 (15), 2515-2524.

PROTEOLÝZA: TYPY A FUNKCIE - BIOLÓGIE - 2026