PROTEOLĪZE: VEIDI UN FUNKCIJAS - BIOLOĢIJA - 2025

Proteolīzi vai proteīns degradācija ir process, kurā proteīniem šūnā var noārdīt pilnīgi (līdz tās veidojošām aminoskābēm) vai daļēji (ražo peptīdus). Tas ir, tas sastāv no vienas vai vairāku peptīdu saišu hidrolīzes, kas kopā satur aminoskābes.

Šis process var notikt, pateicoties citu olbaltumvielu līdzdalībai ar enzīmu aktivitāti, kuru aktīvajās vietās notiek saišu hidrolīze. Tas var notikt arī ar ne-fermentatīvām "metodēm", piemēram, karstuma vai vielu iedarbībai ar ārkārtēju pH (ļoti skābu vai ļoti bāzisku).

Olbaltumvielu proteolīzes pamata shēma (Avots: Fdardel, izmantojot Wikimedia Commons)

Olbaltumvielu sadalīšanās notiek baktērijās, dzīvniekos un augos, bet tā ir īpaši izplatīta dzīvniekiem, it īpaši gremošanas sistēmas līmenī, jo no tā ir atkarīga olbaltumvielu gremošana un absorbcija zarnās.

Turklāt proteolīzei ir ārkārtīgi liela nozīme vairāku šūnu procesu funkcionālā uzturēšanā un regulēšanā, un tā ir saistīta arī ar to olbaltumvielu izvadīšanu, kuras rada kļūdas tulkošanā, salocīšanā, iesaiņošanā, importēšanā, funkcionēšanā utt.

Ir svarīgi atzīmēt, ka tas ir neatgriezenisks, ļoti efektīvs process, kas darbojas arī "regulatoru regulācijā", jo tas ne tikai novērš tos proteīnus, kuriem ir "tiešas" bioloģiskās aktivitātes, bet arī tos, kas regulē citas olbaltumvielas vai atbilstošo gēnu izpausme.

Proteolīzes veidi

Šūnas iekšējie proteīni var tikt sadalīti nejauši vai selektīvi, vai, kas ir tas pats, kontrolētā veidā vai nē. Savukārt, kā komentēts iepriekš, šis process var notikt ar īpašu enzīmu starpniecību vai noteiktu vides apstākļu dēļ, piemēram, skāba un / vai sārmaina pH līmeņa dēļ.

Svarīgi pieminēt, ka jebkurš pareizi tulkots, salocīts vai iesaiņots proteīns slēpj vienu vai vairākas noārdīšanās signālu sekvences, kas ir “slēptas” un kuras var tikt pakļautas, ja olbaltumvielas strukturāli traucē temperatūra, pH utt.

Ubiquitination proteolīze

Ubiquitination (ubiquitin-proteasome system) ir sistēma, kurā olbaltumvielas var selektīvi hidrolizēt pēc tam, kad tās ir īpaši marķētas noārdīšanai - process, kas var notikt gan citosolā, gan šūnas kodolā.

Šai sistēmai ir spēja atpazīt un iznīcināt iezīmētos proteīnus kodolā un citosolā, kā arī noārdīt olbaltumvielas, kas, pārvietojoties no citosola uz endoplazmatisko retikulumu, nepareizi salocās.

Ubiquitin marķēšanas process (Ubiquitination) (Avots: Rogerdodd izmantojot Wikimedia Commons)

Tas galvenokārt darbojas, pievienojot vai konjugējot "mērķa" olbaltumvielas mazam 76 aminoskābju atlieku proteīnam vai peptīdam, labāk pazīstamam kā ubiquitin. Šīs olbaltumvielas, kas "apzīmētas" ar ubikvitināciju, 26S proteasomas, vairāku apakšvienību proteāzes, sadalās mazos fragmentos.

Proteolīze ar autofagijas palīdzību

Daži autori autofāgiju uzskata arī par proteolīzes veidu ar atšķirību ar to, ka tā notiek slēgtā membrānā nodalījumā, kas ir vērsts uz lizosomām (dzīvnieku šūnās), kur tajā esošās olbaltumvielas noārdās lizosomu proteāzes.

Neenzimātiska proteolīze

Barotnes temperatūra, pH un pat sāls koncentrācija var izraisīt peptīdu saišu hidrolīzi, kas kopā satur dažādu veidu olbaltumvielu aminoskābes, kas notiek, destabilizējot un pārtraucot saites.

Iespējas

Proteolīzei ir daudz funkciju dzīvos organismos. Īpaši tam ir sakars ar olbaltumvielu apriti, kurā dažas specifiskas olbaltumvielu molekulas, kuras tika tulkotas no vienas vai vairākām ribosomām, galu galā sadalās ar dažādu ātrumu.

Olbaltumvielu eliminācijas pusperiods svārstās no dažām sekundēm līdz dažiem mēnešiem, un to sadalīšanās produkti, neatkarīgi no tā, vai tie ir regulēti vai nav, ar fermentu starpniecību vai nav, parasti tiek izmantoti jaunu olbaltumvielu sintēzei, kuras, iespējams, pilda dažādas funkcijas.

Tas notiek ar olbaltumvielām, kuras patērē kopā ar pārtiku, kuras kuņģa-zarnu traktā noārda proteāzes, ieskaitot tripsīnu un pepsīnu; kā arī ar dažiem šūnu proteīniem, kad šūnām trūkst pietiekami daudz pārtikas, lai izdzīvotu.

Starpšūnu proteolītiskās sistēmas atklāj un izvada "patoloģiskus" proteīnus, kas ir potenciāli toksiski šūnām, jo ​​tie var mijiedarboties ar "fizioloģiski neatbilstošiem" ligandiem, papildus veidojot agregātus, kas rada mehāniskus un fiziskus traucējumus normālam šūnu procesam.

Patoloģisku olbaltumvielu uzkrāšanās šūnā vai nu iekšējās proteolītiskās sistēmas defektu dēļ, vai citu iemeslu dēļ ir tas, ko daudzi zinātnieki uzskata par vienu no galvenajiem novecošanās cēloņiem daudzšūnu dzīvās būtnēs.

Imūnsistēmā

Daudzu olbaltumvielu daļēja proteolīze no eksogēniem vai svešiem avotiem, piemēram, iebrūkošajiem mikroorganismiem, piemēram, ir imūnās atbildes sistēmas pamatprocess, jo T limfocīti atpazīst īsos proteolīzes produkta fragmentus (peptīdus), kas tiem tiek uzrādīti. kopā ar virsmas olbaltumvielu komplektu.

Minētie peptīdi var nākt no ubiquitination sistēmas, autofagiskiem procesiem vai nekontrolētiem proteolīzes notikumiem.

Citas funkcijas

Vēl viena ierobežotas vai daļējas proteolīzes funkcija ir jaunizveidoto olbaltumvielu modifikācija, kas darbojas kā "preparāts" to intra- vai ārpusšūnu funkcijām. Tas attiecas, piemēram, uz dažiem hormoniem un olbaltumvielām, kas iesaistīti dažādos vielmaiņas procesos.

Programmētā šūnu nāve (apoptoze) lielā mērā ir atkarīga arī no ierobežotas vai daļējas intracelulāru olbaltumvielu “vietnei specifiskas” proteolīzes, ko medijē specifisku proteāžu kaskāde, ko sauc par kaspazēm.

Ārpusšūnu regulēšanas sistēmas ir atkarīgas arī no vietnei specifiskās proteolīzes, un visredzamākais piemērs ir asins koagulācija.

Vispārēja vai pilnīga proteolīze veic arī būtiskas funkcijas to olbaltumvielu selektīvai noārdīšanai, kuru koncentrācija ir rūpīgi jākontrolē atkarībā no šūnu fizioloģiskās, metabolisma vai attīstības.

Augos

Augi izmanto arī proteolītiskos procesus, lai kontrolētu daudzus to fizioloģiskos un attīstības aspektus. Tas, piemēram, darbojas, cita starpā, uzturot starpšūnu apstākļus un reaģējot uz stresa stāvokļiem, piemēram, sausumu, sāļumu, temperatūru.

Tāpat kā dzīvniekiem, proteolīze augos sadarbojas zimogēnu (neaktīvo olbaltumvielu) aktivizācijā un nobriešanā, kontrolē metabolismu, homeostāzi, ieprogrammētus šūnu nāves procesus, audu un orgānu attīstību utt. Šajos organismos viens no vissvarīgākajiem ir proteolīzes ceļš, izmantojot viskozitāti.

Atsauces

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Būtiskā šūnu bioloģija. Garland zinātne.
2. Maurizi, MR (1992). Protēzes un olbaltumvielu sadalīšanās Escherichia coli. Experientia, 48 (2), 178.-201.
3. Varšavskis, A. (2005). Regulēta olbaltumvielu sadalīšanās. Bioķīmisko zinātņu tendences, 30. (6), 283. – 286.
4. Vierstra, RD (1996). Proteolīze augos: mehānismi un funkcijas. Gēnu ekspresijas post-transkripcijas kontrolē augos (275.-302. Lpp.). Springers, Dordrehts.
5. Vilks, DH, un Mensens, R. (2018). Šūnu regulēšanas mehānismi - proteolīze, liels pārsteigums. FEBS vēstules, 592 (15), 2515–2524.