PROTEOLIZA: TIPURI ȘI FUNCȚII - BIOLOGIE - 2025

Proteoliză sau proteina de degradare este un proces prin care proteinele dintr - o celulă poate degrada complet (până constituent sau amino acizi) sau parțial (producerea de peptide). Adică constă în hidroliza uneia sau a mai multor legături peptidice care țin împreună aminoacizii lor.

Acest proces se poate produce datorită participării altor proteine ​​la activitate enzimatică, în ale cărui site-uri active are loc hidroliza legăturilor. Poate apărea, de asemenea, prin „metode” non-enzimatice, cum ar fi prin acțiunea căldurii sau a substanțelor cu pH extrem (foarte acid sau foarte bazic).

Schema de bază a proteolizei unei proteine ​​(Sursa: Fdardel prin Wikimedia Commons)

Degradarea proteinelor are loc atât la bacterii, animale și plante, dar este frecvent întâlnită la animale, în special la nivelul sistemului digestiv, deoarece digestia și absorbția intestinală a proteinelor ingerate cu dieta depind de aceasta.

În plus, proteoliza este de cea mai mare importanță pentru întreținerea funcțională și reglarea proceselor celulare multiple și are, de asemenea, legătură cu eliminarea proteinelor care prezintă erori la traducere, pliere, ambalare, import, funcționare etc.

Este important de menționat că este un proces ireversibil, extrem de eficient, care funcționează și în „reglarea regulatorilor”, deoarece nu doar elimină acele proteine ​​care au activități biologice „directe”, ci și cele care reglementează alte proteine ​​sau expresia genelor corespunzătoare.

Tipuri de proteoliză

Proteinele interne ale unei celule pot fi degradate aleatoriu sau selectiv sau, ceea ce este același, într-un mod controlat sau nu. La rândul său, așa cum s-a comentat anterior, acest proces poate avea loc prin enzime speciale sau datorită condițiilor de mediu definite, cum ar fi pH acid și / sau alcalin.

Este important de menționat că orice proteină tradusă, pliată sau ambalată corect ascunde una sau mai multe secvențe de semnal de degradare care sunt „criptice” și care pot fi expuse atunci când proteina este perturbată structural de temperatură, pH etc.

Proteoliza ubiquitinării

Ubiquitinarea (sistemul ubiquitină-proteazom) este un sistem prin care proteinele pot fi hidrolizate selectiv după ce sunt marcate special pentru degradare, proces care poate apărea atât în ​​citosol, cât și în nucleul celular.

Acest sistem are capacitatea de a recunoaște și distruge proteinele marcate în nucleu și în citosol, precum și de a degrada proteinele care nu se pliază corect în timpul translocării lor din citosol în reticulul endoplasmic.

Procesul de etichetare Ubiquitin (Ubiquitination) (Sursa: Rogerdodd prin Wikimedia Commons)

Funcționează în principal prin adăugarea sau conjugarea proteinelor „țintă” la o mică proteină sau peptidă de 76 aminoacizi, mai bine cunoscută sub denumirea de ubiquitină. Acele proteine ​​„marcate” prin ubicubitare sunt degradate în fragmente mici de către proteazomul 26S, o protează multi-subunitate.

Proteoliza prin autofagie

Autofagia este de asemenea considerată de unii autori ca o formă de proteoliză, cu deosebirea că apare într-un compartiment membranos închis care este îndreptat către lizozomi (în celulele animale), unde proteinele conținute în interior sunt degradate de proteaze lizozomale.

Proteoliza non-enzimatică

Temperatura, pH-ul și chiar concentrația de sare a unui mediu pot determina hidroliza legăturilor peptidice care țin împreună aminoacizii diferitelor tipuri de proteine, care are loc prin destabilizarea și întreruperea legăturilor.

Caracteristici

Proteoliza are multe funcții în organismele vii. În special, are legătură cu cifra de afaceri a proteinelor, prin care unele molecule de proteine ​​specifice care au fost traduse dintr-unul sau mai mulți ribozomi sunt în cele din urmă degradate la diferite viteze.

Proteinele au un timp de înjumătățire care variază de la câteva secunde la câteva luni, iar produsele degradării lor, indiferent dacă sunt reglementate sau nu, mediate de enzime sau nu, sunt în general reutilizate pentru sinteza de noi proteine, care îndeplinesc probabil diferite funcții.

Acest lucru se întâmplă cu proteinele care sunt consumate cu alimente, care sunt degradate în tractul gastrointestinal de proteaze, inclusiv tripsină și pepsină; precum și cu unele proteine ​​celulare atunci când celulele nu au suficient aliment pentru a supraviețui.

Sistemele proteolitice intracelulare detectează și elimină proteinele „anormale” care sunt potențial toxice pentru celule, deoarece acestea pot interacționa cu liganzii „nepotriviți fiziologic”, pe lângă producerea de agregate care provoacă impedimente mecanice și fizice proceselor celulare normale.

Acumularea de proteine ​​anormale în interiorul celulei, fie din cauza unor defecte din sistemul proteolitic intern, fie din alte motive, este ceea ce mulți oameni de știință consideră a fi una dintre principalele cauze ale îmbătrânirii la ființele vii multicelulare.

În sistemul imunitar

Proteoliza parțială a multor proteine ​​din surse exogene sau străine, cum ar fi microorganismele invadatoare, de exemplu, este un proces fundamental pentru sistemul de răspuns imun, deoarece limfocitele T recunosc fragmentele scurte, produs al proteolizei (peptide) care le sunt prezentate. în asociere cu un set de proteine ​​de suprafață.

Aceste peptide pot proveni din sistemul ubiquitinării, procese autofage sau evenimente necontrolate de proteoliză.

Alte funcții

O altă funcție a proteolizei limitate sau parțiale este modificarea proteinelor nou formate, care funcționează ca un „preparat” pentru funcțiile lor intra- sau extracelulare. Acest lucru este adevărat, de exemplu, pentru anumiți hormoni și pentru proteinele implicate în diferite procese metabolice.

Moartea celulară programată (apoptoza) depinde, de asemenea, într-o mare măsură, de proteoliza limitată sau parțială „specifică locului” a proteinelor intracelulare, care este mediată de o cascadă de proteaze specifice numite caspaze.

Sistemele de reglare extracelulare depind și de proteoliza specifică sitului, cel mai proeminent exemplu fiind cel al coagulării sângelui.

Proteoliza generală sau completă îndeplinește, de asemenea, funcții esențiale pentru degradarea selectivă a proteinelor a căror concentrație trebuie controlată cu atenție, în funcție de fiziologia, metabolizarea sau dezvoltarea celulelor.

În plante

Plantele folosesc de asemenea procese proteolitice pentru a controla multe dintre aspectele lor fiziologice și de dezvoltare. Funcționează, de exemplu, în menținerea condițiilor intracelulare și în mecanismele de răspuns la condiții stresante precum secetă, salinitate, temperatură, printre altele.

Ca și la animale, proteoliza la plante colaborează la activarea și maturarea zimogenilor (proteine ​​inactive), controlează metabolismul, homeostazia, procesele de moarte celulară programată, dezvoltarea țesuturilor și organelor etc. În aceste organisme, calea proteolizei prin ubiquitinare este una dintre cele mai importante.

Referințe

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M., … și Walter, P. (2013). Biologia celulară esențială. Garland Science.
2. Maurizi, MR (1992). Proteazele și degradarea proteinelor în Escherichia coli. Experientia, 48 (2), 178-201.
3. Varshavsky, A. (2005). Degradarea proteinei reglementate. Tendințe în științele biochimice, 30 (6), 283-286.
4. Vierstra, RD (1996). Proteoliza în plante: mecanisme și funcții. În controlul post-transcripțional al expresiei genice la plante (pp. 275-302). Springer, Dordrecht.
5. Wolf, DH și Menssen, R. (2018). Mecanisme de reglare a celulelor - proteoliza, marea surpriză. Scrisori FEBS, 592 (15), 2515-2524.