PROTEOLIZA: VRSTE IN FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2026

Proteoliza degradacija ali protein postopek, s katerim se proteini celice lahko popolnoma razgradi (do aminokisline) ali delno (za proizvodnjo peptidov). To pomeni, da je sestavljena iz hidrolize ene ali več peptidnih vezi, ki držijo skupaj svoje aminokisline.

Do tega procesa lahko pride zaradi sodelovanja drugih proteinov z encimsko aktivnostjo, na katerih aktivnih mestih pride do hidrolize vezi. Pojavi se lahko tudi z neenzimskimi "metodami", na primer z delovanjem toplote ali snovi z ekstremnim pH (zelo kislim ali zelo bazičnim).

Osnovna shema proteolize proteina (Vir: Fdardel via Wikimedia Commons)

Razgradnja beljakovin se pojavlja pri bakterijah, živalih in rastlinah, še posebej pa je pogosta pri živalih, zlasti na ravni prebavnega sistema, saj sta od tega odvisna prebava in črevesna absorpcija beljakovin, zaužitih s prehrano.

Poleg tega je proteoliza izjemnega pomena za funkcionalno vzdrževanje in regulacijo več celičnih procesov, povezana pa je tudi z izločanjem tistih beljakovin, ki predstavljajo napake pri prevajanju, zvijanju, pakiranju, uvozu, delovanju itd.

Pomembno je omeniti, da gre za nepovraten, zelo učinkovit postopek, ki deluje tudi pri "regulaciji regulatorjev", saj ne izloča samo tistih beljakovin, ki imajo "neposredne" biološke aktivnosti, ampak tudi tiste, ki uravnavajo druge beljakovine oz. izražanje ustreznih genov.

Vrste proteolize

Notranje beljakovine celice se lahko razgradijo naključno ali selektivno ali, kar je enako, na kontroliran način ali ne. Kot je bilo že prej komentirano, se ta postopek lahko zgodi s posebnimi encimi ali zaradi določenih okoljskih razmer, kot sta kisli in / ali alkalni pH.

Pomembno je omeniti, da kateri koli pravilno preveden, zložen ali zapakiran protein skriva eno ali več zaporedja razgradnih signalov, ki so "kriptična" in ki jih je mogoče izpostaviti, ko beljakovine strukturno motijo ​​temperatura, pH itd.

Vseprisotna proteoliza

Ubikvitacija (sistem ubikvitin-proteasom) je sistem, s katerim lahko beljakovine selektivno hidroliziramo, potem ko so posebej označeni za razgradnjo, proces, ki se lahko pojavi tako v citosolu kot v celičnem jedru.

Ta sistem lahko prepozna in uniči označene beljakovine v jedru in v citosolu, pa tudi razgradi beljakovine, ki se med premeščanjem iz citosola v endoplazemski retikulum ne zložijo pravilno.

Postopek označevanja ubikvitina (ubikvitacija) (vir: Rogerdodd prek Wikimedia Commons)

Deluje predvsem tako, da dodaja ali konjugira "ciljne" beljakovine na majhen 76 aminokislinski ostanek proteina ali peptida, bolj znan kot ubikvitin. Ti proteini, ki jih "ubekvitacija" označi, so s proteasomom 26S, multi-podenoto proteazo razgrajeni na majhne delce.

Proteoliza z avtofagijo

Nekateri avtorji tudi avtofogijo obravnavajo kot obliko proteolize z razliko, da se pojavlja znotraj zaprtega membranskega oddelka, usmerjenega proti lizosomom (v živalskih celicah), kjer beljakovine, ki jih vsebuje, razgradijo lizosomske proteaze.

Neenzimska proteoliza

Temperatura, pH in celo koncentracija soli v mediju lahko povzročijo hidrolizo peptidnih vezi, ki držijo aminokisline različnih vrst beljakovin skupaj, kar se zgodi z destabilizacijo in prekinitvijo vezi.

Lastnosti

Proteoliza ima v živih organizmih številne funkcije. Zlasti je povezan s prometom beljakovin, pri čemer se nekatere specifične molekule beljakovin, ki so bile prevedene iz enega ali več ribosomov, na koncu razgradijo z različnimi hitrostmi.

Proteini imajo razpolovno dobo, ki se giblje od nekaj sekund do nekaj mesecev, proizvodi njihove razgradnje, bodisi uravnani ali ne, posredovani z encimi ali ne, se na splošno ponovno uporabijo za sintezo novih beljakovin, ki verjetno izpolnjujejo različne funkcije.

To se dogaja z beljakovinami, ki jih zaužijemo s hrano, ki se v prebavilih razgradijo zaradi proteaz, vključno s tripsinom in pepsinom; kot tudi z nekaterimi celičnimi beljakovinami, ko celicam primanjkuje dovolj hrane za preživetje.

Intracelični proteolitični sistemi zaznajo in izločijo "nenormalne" beljakovine, ki so potencialno strupene za celice, saj lahko medsebojno delujejo s "fiziološko neprimernimi" ligandi, poleg tega pa proizvajajo agregate, ki povzročajo mehanske in fizične ovire normalnim celičnim procesom.

Kopičenje nenormalnih beljakovin znotraj celice, bodisi zaradi napak v notranjem proteolitičnem sistemu bodisi zaradi drugih razlogov, je tisto, kar mnogi znanstveniki menijo, da je eden glavnih vzrokov staranja pri večceličnih živih bitjih.

V imunskem sistemu

Delna proteoliza številnih beljakovin iz eksogenih ali tujih virov, kot so invazivni mikroorganizmi, je na primer temeljni postopek za sistem imunskega odziva, saj T limfociti prepoznajo kratke fragmente, produkt proteolize (peptide), ki so jim predstavljeni. v povezavi z naborom površinskih beljakovin.

Omenjeni peptidi lahko izvirajo iz ubikvitacijskega sistema, avtofagičnih procesov ali nenadzorovanih dogodkov proteolize.

Druge funkcije

Druga funkcija omejene ali delne proteolize je modifikacija novo nastalih beljakovin, ki deluje kot "pripravek" za njihove znotraj- ali zunajcelične funkcije. To velja na primer za nekatere hormone in za beljakovine, ki sodelujejo v različnih presnovnih procesih.

Programirana celična smrt (apoptoza) je v veliki meri odvisna tudi od omejene ali delne proteolize znotrajceličnih beljakovin, ki je delno specifična za mesto, ki jo posreduje kaskada specifičnih proteaz, imenovanih kaspaze.

Zunajcelični regulacijski sistemi so odvisni tudi od mesta specifične proteolize, najbolj viden primer je strjevanje krvi.

Splošna ali popolna proteoliza izpolnjuje tudi bistvene funkcije za selektivno razgradnjo beljakovin, katerih koncentracijo je treba skrbno nadzorovati, odvisno od fiziološke, presnovne ali razvojne celice.

V rastlinah

Rastline uporabljajo tudi proteolitične procese za nadzor mnogih svojih fizioloških in razvojnih vidikov. Deluje na primer pri vzdrževanju medceličnih razmer in odzivnih mehanizmov na stresne razmere, kot so suša, slanost, temperatura, med drugim.

Tako kot pri živalih tudi proteoliza v rastlinah sodeluje pri aktiviranju in zorenju zimogenov (neaktivnih beljakovin), nadzira presnovo, homeostazo, programirane procese celične smrti, razvoj tkiv in organov itd. V teh organizmih je pot proteolize z vseprisotnostjo ena najpomembnejših.

Reference

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Bistvena celična biologija. Garland Science.
2. Maurizi, MR (1992). Proteaze in razgradnja beljakovin v Escherichia coli. Experientia, 48 (2), 178–201.
3. Varšavski, A. (2005). Regulirana razgradnja beljakovin. Trendi v biokemijskih znanostih, 30 (6), 283-286.
4. Vierstra, RD (1996). Proteoliza v rastlinah: mehanizmi in funkcije. V Post-Transkripcijski nadzor ekspresije genov v rastlinah (str. 275-302). Springer, Dordrecht.
5. Wolf, DH, & Menssen, R. (2018). Mehanizmi celične regulacije - proteoliza, veliko presenečenje. FEBS pisma, 592 (15), 2515-2524.