PROTEOLIZA: VRSTE I FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2026

Proteoliza ili protein razgradnje je postupak kojim se proteini iz stanice može razgraditi u potpunosti (sve do sastojku amino kiseline) ili djelomično (proizvodi peptide). Odnosno, sastoji se od hidrolize jedne ili više peptidnih veza koje svoje aminokiseline drže zajedno.

Taj se proces može dogoditi zahvaljujući sudjelovanju drugih proteina s enzimatskim djelovanjem, na čijim aktivnim mjestima dolazi do hidrolize veza. Do njega može doći i neenzimskim „metodama“, poput djelovanja topline ili tvari s ekstremnim pH (vrlo kiselim ili vrlo baznim).

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

Razgradnja proteina događa se u bakterijama, životinjama i biljkama, ali osobito je česta kod životinja, posebno na razini probavnog sustava, jer o tome ovise probava i crijevna apsorpcija proteina koji se unose prehranom.

Pored toga, proteoliza je od najveće važnosti za funkcionalno održavanje i regulaciju više staničnih procesa, a također ima veze sa uklanjanjem onih proteina koji predstavljaju pogreške u prevođenju, presavijanju, pakiranju, uvozu, funkcioniranju itd.

Važno je napomenuti da je to nepovratan proces, vrlo učinkovit i da djeluje i u "regulaciji regulatora", jer ne uklanja samo one proteine ​​koji imaju "izravnu" biološku aktivnost, već i one koji reguliraju ostale proteine ​​ili ekspresija odgovarajućih gena.

Vrste proteolize

Unutarnji proteini stanice mogu se razgraditi nasumično ili selektivno ili, što je isto, na kontrolirani način ili ne. Zauzvrat, kao što je ranije komentirano, ovaj se proces može dogoditi pomoću posebnih enzima ili zbog definiranih uvjeta u okolišu, poput kiselog i / ili alkalnog pH.

Važno je napomenuti da svaki ispravno prevedeni, presavijeni ili pakirani protein krije jedan ili više signalnih nizova razgradnje koji su „kriptični“ i koji mogu biti izloženi kada je protein strukturno poremećen temperaturom, pH itd.

Sveprisutna proteoliza

Ubikvitacija (ubikvitin-proteasomski sustav) je sustav pomoću kojeg se proteini selektivno hidroliziraju nakon što su posebno označeni za razgradnju, proces koji se može dogoditi i u citosolu i u staničnoj jezgri.

Ovaj sustav ima sposobnost prepoznavanja i uništavanja obilježenih proteina u jezgri i u citosolu, kao i razgradnje proteina koji se ne gube pravilno tijekom njihove premještanja iz citosola u endoplazmatski retikulum.

Postupak označavanja ubikvitina (ubikvitinacija) (Izvor: Rogerdodd putem Wikimedia Commons)

Djeluje prvenstveno dodavanjem ili spajanjem "ciljanih" proteina u mali 76 aminokiselinski preostali protein ili peptid, poznatiji kao ubikvitin. Ti proteini "označeni" ubikvitacijom razgrađuju se u male fragmente proteasomom 26S, multijedinicom proteaze.

Proteoliza autofagijom

Autophagija također neki autori smatraju oblikom proteolize s razlikom što se događa unutar zatvorenog membranskog pretinca usmjerenog prema lizosomima (u životinjskim stanicama), gdje se proteini sadržani u lizosomske proteaze.

Neenzimska proteoliza

Temperatura, pH, pa čak i koncentracija soli u mediju mogu uzrokovati hidrolizu peptidnih veza koje zajedno drže aminokiseline različitih vrsta proteina, što se događa destabilizacijom i prekidom veza.

Značajke

Proteoliza ima mnoge funkcije u živim organizmima. To se posebno odnosi na promet proteina, pri čemu se neke specifične proteinske molekule prevedene iz jednog ili više ribosoma na kraju razgrađuju različitim brzinama.

Proteini imaju poluživot koji varira od nekoliko sekundi do nekoliko mjeseci, a proizvodi njihove razgradnje, bilo regulirani ili ne, posredovani enzimima ili ne, u pravilu se ponovno koriste za sintezu novih proteina koji vjerojatno ispunjavaju različite funkcije.

To se događa s proteinima koji se konzumiraju s hranom, koji se razgradnjom u gastrointestinalnom traktu proteazama, uključujući tripsin i pepsin; kao i s nekim staničnim proteinima kada ćelijama nedostaje dovoljno hrane da bi preživjele.

Intracelularni proteolitički sustavi otkrivaju i uklanjaju "abnormalne" proteine ​​koji su potencijalno toksični za stanice, jer mogu komunicirati s "fiziološki neprikladnim" ligandima, osim što stvaraju agregate koji uzrokuju mehaničke i fizičke prepreke normalnim staničnim procesima.

Akumulacija nenormalnih proteina unutar stanice, bilo zbog oštećenja unutarnjeg proteolitičkog sustava ili zbog drugih razloga, mnogi znanstvenici smatraju jednim od glavnih uzroka starenja u višećelijskim živim bićima.

U imunološkom sustavu

Djelomična proteoliza mnogih proteina iz egzogenih ili stranih izvora, poput invazivnih mikroorganizama, na primjer, temeljni je proces imunološkog odgovora, budući da T limfociti prepoznaju kratke fragmente, produkt proteolize (peptide) koji su im predstavljeni. zajedno s skupom površinskih proteina.

Navedeni peptidi mogu poticati iz sveprisutnog sustava, autofagičnih procesa ili nekontroliranih događaja proteolize.

Ostale funkcije

Još jedna funkcija ograničene ili djelomične proteolize je modifikacija novoformiranih proteina, koja djeluje kao "pripravak" za njihove unutar- ili izvanstanične funkcije. To vrijedi, na primjer, za određene hormone i za proteine ​​koji su uključeni u različite metaboličke procese.

Programirana stanična smrt (apoptoza) također u velikoj mjeri ovisi o ograničenoj ili djelomičnoj proteolizi unutarćelijskih proteina "specifični za mjesto", a posredovana kaskadom specifičnih proteaza zvanih kaspaze.

Izvanstanični regulatorni sustavi također ovise o specifičnoj proteolizi za mjesto, a najistaknutiji primjer je koagulacija krvi.

Opća ili potpuna proteoliza također ispunjava bitne funkcije za selektivnu razgradnju onih proteina čija koncentracija mora biti pažljivo kontrolirana, ovisno o fiziološkom, metaboličkom ili razvojnom stanju stanica.

U biljkama

Biljke također koriste proteolitičke procese za kontrolu mnogih svojih fizioloških i razvojnih aspekata. Djeluje, na primjer, u održavanju unutarćelijskih stanja i u mehanizmima reakcije na stresne uvjete poput suše, slanosti, temperature, između ostalog.

Kao i kod životinja, proteoliza u biljkama surađuje u aktiviranju i sazrijevanju zimogena (neaktivnih proteina), kontrolira metabolizam, homeostazu, programirane procese smrti stanica, razvoj tkiva i organa itd. U tim organizmima put proteolize ubikvitacijom jedan je od najvažnijih.

Reference

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… i Walter, P. (2013). Bitna stanična biologija. Garland Science.
2. Maurizi, MR (1992). Proteaze i razgradnja proteina u Escherichia coli. Experientia, 48 (2), 178-201.
3. Varšavski, A. (2005). Regulirana razgradnja proteina. Trendovi biokemijskih znanosti, 30 (6), 283-286.
4. Vierstra, RD (1996). Proteoliza u biljkama: mehanizmi i funkcije. U post-transkripcijskoj kontroli ekspresije gena u biljkama (str. 275-302). Springer, Dordrecht.
5. Wolf, DH, & Menssen, R. (2018). Mehanizmi regulacije stanica - proteoliza, veliko iznenađenje. FEBS pisma, 592 (15), 2515-2524.