PROTEOLÝZA: TYPY A FUNKCE - BIOLOGIE

Proteolýzy nebo protein degradace je proces, při kterém proteiny buňky mohou být degradovány zcela (do základní aminokyseliny) nebo částečně (produkovat peptidy). To znamená, že sestává z hydrolýzy jedné nebo více peptidových vazeb, které drží jejich aminokyseliny pohromadě.

K tomuto procesu může dojít díky účasti dalších proteinů s enzymatickou aktivitou, na jejichž aktivních místech dochází k hydrolýze vazeb. Může se také vyskytnout neenzymatickými „metodami“, jako je působení tepla nebo látek s extrémním pH (velmi kyselé nebo velmi zásadité).

Základní schéma proteolýzy proteinu (Zdroj: Fdardel přes Wikimedia Commons)

K degradaci bílkovin dochází u bakterií, zvířat a rostlin, ale je to zvláště běžné u zvířat, zejména na úrovni trávicího systému, protože na něm závisí trávení a absorpce střevních proteinů přijímaných potravou.

Kromě toho je proteolýza velmi důležitá pro funkční udržování a regulaci více buněčných procesů a také se týká odstranění těch proteinů, které vykazují chyby v translaci, skládání, balení, importu, fungování atd.

Je důležité poznamenat, že se jedná o nevratný, vysoce účinný proces, který funguje také v „regulaci regulátorů“, protože nejen vylučuje ty proteiny, které mají „přímé“ biologické aktivity, ale také ty, které regulují jiné proteiny nebo exprese odpovídajících genů.

Druhy proteolýzy

Vnitřní proteiny buňky mohou být degradovány náhodně nebo selektivně nebo, co je stejné, kontrolovaným způsobem nebo ne. Jak již bylo dříve uvedeno, k tomuto procesu může dojít prostřednictvím speciálních enzymů nebo v důsledku definovaných podmínek prostředí, jako je kyselé a / nebo alkalické pH.

Je důležité zmínit, že jakýkoli správně přeložený, složený nebo zabalený protein skrývá jednu nebo více degradačních signálních sekvencí, které jsou „kryptické“ a které mohou být exponovány, když je protein strukturně narušen teplotou, pH atd.

Ubikvitinační proteolýza

Ubikvitinace (systém ubiquitin-proteazomu) je systém, pomocí kterého mohou být proteiny selektivně hydrolyzovány poté, co byly specificky označeny pro degradaci, což je proces, který se může objevit jak v cytosolu, tak v buněčném jádru.

Tento systém má schopnost rozpoznávat a ničit značené proteiny v jádru a v cytosolu a také degradovat proteiny, které se při translokaci z cytosolu do endoplazmatického retikula správně nerozkládají.

Proces označování Ubiquitinu (Ubiquitinace) (Zdroj: Rogerdodd přes Wikimedia Commons)

Funguje to primárně přidáním nebo konjugací „cílových“ proteinů k malému proteinu nebo peptidu se zbytkem 76 aminokyselin, lépe známému jako ubiquitin. Tyto proteiny "značené" ubikvitinací jsou degradovány na malé fragmenty proteazomem 26S, multi-podjednotkovou proteázou.

Proteolýza autofagií

Autofagii považují někteří autoři také za formu proteolýzy, s tím rozdílem, že se vyskytuje v uzavřeném membránovém kompartmentu, který je směrován k lysozomům (v živočišných buňkách), kde proteiny obsažené uvnitř jsou degradovány lysozomální proteázy.

Neenzymatická proteolýza

Teplota, pH a dokonce i koncentrace soli v médiu mohou způsobit hydrolýzu peptidových vazeb, které drží pohromadě aminokyseliny různých typů proteinů, k čemuž dochází destabilizací a přerušením vazeb.

Funkce

Proteolýza má v živých organismech mnoho funkcí. Zejména to souvisí s přeměnou proteinu, přičemž některé specifické proteinové molekuly, které byly přeloženy z jednoho nebo více ribozomů, jsou nakonec degradovány různými rychlostmi.

Proteiny mají poločas rozpadu, který se pohybuje od několika sekund do několika měsíců a produkty jejich degradace, ať už regulované, nebo ne, zprostředkované enzymy nebo ne, se obecně znovu používají pro syntézu nových proteinů, které pravděpodobně plní různé funkce.

To se děje s proteiny, které se konzumují s jídlem, které jsou degradovány v gastrointestinálním traktu proteázami, včetně trypsinu a pepsinu; stejně jako u některých buněčných proteinů, když buňky nemají dostatek potravy k přežití.

Intracelulární proteolytické systémy detekují a vylučují „abnormální“ proteiny, které jsou potenciálně toxické pro buňky, protože mohou interagovat s „fyziologicky nevhodnými“ ligandy, kromě produkce agregátů, které způsobují mechanické a fyzické překážky normálním buněčným procesům.

Hromadění abnormálních proteinů v buňce, buď v důsledku defektů ve vnitřním proteolytickém systému nebo z jiných důvodů, je to, co mnozí vědci považují za jednu z hlavních příčin stárnutí v mnohobuněčných živých bytostech.

V imunitním systému

Částečná proteolýza mnoha proteinů z exogenních nebo cizích zdrojů, jako jsou například napadající mikroorganismy, je základním procesem pro imunitní odezvu, protože T lymfocyty rozpoznávají krátké fragmenty, produkt proteolýzy (peptidy), které jsou jim předkládány. ve spojení se sadou povrchových proteinů.

Uvedené peptidy mohou pocházet z ubikvitinačního systému, autofagických procesů nebo nekontrolovaných proteolytických událostí.

Další funkce

Další funkcí omezené nebo částečné proteolýzy je modifikace nově vytvořených proteinů, která funguje jako "přípravek" pro jejich intra- nebo extracelulární funkce. To platí například pro určité hormony a proteiny podílející se na různých metabolických procesech.

Programovaná buněčná smrt (apoptóza) také do značné míry závisí na omezené nebo částečné „místně specifické“ proteolýze intracelulárních proteinů, která je zprostředkována kaskádou specifických proteáz nazývaných kaspázy.

Extracelulární regulační systémy také závisí na místně specifické proteolýze a nejvýznamnějším příkladem je koagulace krve.

Obecná nebo úplná proteolýza také plní základní funkce pro selektivní degradaci těch proteinů, jejichž koncentrace musí být pečlivě kontrolována v závislosti na fyziologickém, metabolickém nebo vývojovém stavu buněk.

V rostlinách

Rostliny také používají proteolytické procesy k řízení mnoha svých fyziologických a vývojových aspektů. Funguje například při udržování intracelulárních stavů a mechanismů reakce na stresující stavy, jako jsou sucho, slanost, teplota.

Stejně jako u zvířat, proteolýza v rostlinách spolupracuje při aktivaci a maturaci zymogenů (inaktivních proteinů), řídí metabolismus, homeostázu, naprogramované procesy buněčné smrti, vývoj tkání a orgánů atd. U těchto organismů je cesta proteolýzy ubikvitinací jednou z nejdůležitějších.

Reference

Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Základní buněčná biologie. Věnec věnec.
Maurizi, MR (1992). Proteázy a degradace proteinů v Escherichia coli. Experientia, 48 (2), 178-201.
Varshavsky, A. (2005). Regulovaná degradace proteinu. Trends in biochemical Sciences, 30 (6), 283-286.
Vierstra, RD (1996). Proteolýza v rostlinách: mechanismy a funkce. V post-transkripční kontrole exprese genu v rostlinách (str. 275-302). Springer, Dordrecht.
Wolf, DH, & Menssen, R. (2018). Mechanismy buněčné regulace - proteolýza, velké překvapení. Dopisy FEBS, 592 (15), 2515-2524.

PROTEOLÝZA: TYPY A FUNKCE - BIOLOGIE - 2025