ПРОТЕОЛИЗА: ВИДОВЕ И ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

На протеолиза или протеин разграждане е процес, чрез който протеини на клетката може да се разгражда напълно (до неговото съставка амино киселини) или частично (производство на пептиди). Тоест, тя се състои в хидролизата на една или повече пептидни връзки, които държат аминокиселините си заедно.

Този процес може да се случи благодарение на участието на други протеини с ензимна активност, в чиито активни места се извършва хидролиза на връзките. Тя може да възникне и чрез неензимни „методи“, като например чрез действието на топлина или вещества с екстремно pH (много киселинно или много основно).

Основна схема на протеолиза на протеин (Източник: Fdardel чрез Wikimedia Commons)

Разграждането на протеини се случва при бактерии, животни и растения, но е особено често при животни, особено на нивото на храносмилателната система, тъй като храносмилането и чревната абсорбция на белтъците, приети с диетата, зависят от него.

В допълнение, протеолизата е от изключително значение за функционалното поддържане и регулиране на множество клетъчни процеси, а също така е свързана с елиминирането на онези протеини, които представляват грешки при превода, сгъването, опаковането, вноса, функционирането и др.

Важно е да се отбележи, че той е необратим процес, високоефективен и работи и при "регулирането на регулаторите", тъй като не само елиминира онези протеини, които имат "директни" биологични активности, но и тези, които регулират други протеини или експресията на съответните гени.

Видове протеолиза

Вътрешните протеини на клетката могат да бъдат разградени произволно или избирателно или, по същия начин, по контролиран начин или не. От своя страна, както беше коментирано по-рано, този процес може да се осъществи чрез специални ензими или поради дефинирани условия на околната среда, като киселинно и / или алкално pH.

Важно е да се спомене, че всеки правилно преведен, сгънат или пакетиран протеин крие една или повече сигнални последователности на разграждане, които са "криптични" и които могат да бъдат изложени, когато протеинът е структурно нарушен от температура, pH и т.н.

Убиквитационна протеолиза

Убиквитацията (система убиквитин-протеазома) е система, чрез която протеините могат да бъдат селективно хидролизирани, след като са специално маркирани за разграждане, процес, който може да възникне както в цитозола, така и в клетъчното ядро.

Тази система има способността да разпознава и унищожава белязани протеини в ядрото и в цитозола, както и да разгражда протеини, които не се сгъват правилно по време на тяхното преместване от цитозола в ендоплазмения ретикулум.

Процес на етикетиране на повсеместно съдържание (повсеместно повдигане) (Източник: Rogerdodd чрез Wikimedia Commons)

Работи главно чрез добавяне или конюгиране на "целеви" протеини към малък 76 аминокиселинен остатък протеин или пептид, по-известен като убиквитин. Тези протеини, "маркирани" чрез повсеместно разпространение, се разграждат на малки фрагменти от протеазомата 26S, мулти-субединица протеаза.

Протеолиза чрез автофагия

Автофагията също се разглежда от някои автори като форма на протеолиза с разликата, че тя се проявява в затворено мембранно отделение, което е насочено към лизозомите (в животинските клетки), където протеините, съдържащи се в тях, се разграждат от лизозомни протеази.

Неензимна протеолиза

Температурата, рН и дори концентрацията на сол в дадена среда може да предизвика хидролизата на пептидните връзки, които държат аминокиселините на различни видове протеини заедно, което се случва чрез дестабилизация и прекъсване на връзките.

Характеристика

Протеолизата има много функции в живите организми. По-специално, тя има връзка с протеиновия оборот, при което някои специфични протеинови молекули, които са били преведени от една или повече рибозоми, в крайна сметка се разграждат с различна скорост.

Протеините имат полуживот, който варира от няколко секунди до няколко месеца, а продуктите от тяхното разграждане, независимо дали са регулирани или не, медиирани от ензими или не, обикновено се използват повторно за синтеза на нови протеини, които вероятно изпълняват различни функции.

Това се случва с протеини, които се консумират с храна, които се разграждат в стомашно-чревния тракт от протеази, включително трипсин и пепсин; както и с някои клетъчни протеини, когато клетките нямат достатъчно храна, за да оцелеят.

Вътреклетъчните протеолитични системи откриват и елиминират "анормални" протеини, които са потенциално токсични за клетките, тъй като могат да взаимодействат с "физиологично неподходящи" лиганди, в допълнение към производството на агрегати, които причиняват механични и физически пречки пред нормалните клетъчни процеси.

Натрупването на анормални протеини вътре в клетката, било поради дефекти на вътрешната протеолитична система, или по други причини, е, което много учени смятат за една от основните причини за стареене при многоклетъчните живи същества.

В имунната система

Частичната протеолиза на много протеини от екзогенни или чужди източници, като нахлуващи микроорганизми, например, е основен процес за системата на имунния отговор, тъй като Т-лимфоцитите разпознават късите фрагменти, продукт на протеолиза (пептиди), които са им представени. във връзка с набор от повърхностни протеини.

Споменатите пептиди могат да произхождат от повсеместната система, автофагични процеси или неконтролирани прояви на протеолиза.

Други функции

Друга функция на ограничена или частична протеолиза е модифицирането на новообразуваните протеини, което функционира като "препарат" за техните вътре- или извънклетъчни функции. Това важи например за някои хормони и за протеини, участващи в различни метаболитни процеси.

Програмираната клетъчна смърт (апоптоза) също зависи до голяма степен от ограничената или частична "специфична за сайта" протеолиза на вътреклетъчните протеини, която се медиира от каскада от специфични протеази, наречени каспази.

Извънклетъчните регулаторни системи също зависят от специфичната за сайта протеолиза и най-яркият пример е тази на коагулацията на кръвта.

Общата или пълна протеолиза също изпълнява съществени функции за селективното разграждане на онези протеини, чиято концентрация трябва да бъде внимателно контролирана в зависимост от физиологичното, метаболитното или развитието на клетките.

В растенията

Растенията също така използват протеолитични процеси, за да контролират много от техните физиологични и развити аспекти. Той работи, например, при поддържането на вътреклетъчните условия и в механизмите за реакция на стресови състояния като засушаване, соленост, температура и други.

Както при животните, протеолизата в растенията сътрудничи при активирането и узряването на цимогените (неактивните протеини), контролира метаболизма, хомеостазата, програмираните процеси на клетъчна смърт, развитието на тъканите и органите и др. В тези организми пътят на протеолизата чрез повсеместно разпространение е един от най-важните.

Препратки

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Съществена клетъчна биология. Garland Science.
2. Maurizi, MR (1992). Протеази и разграждане на протеини в Ешерихия коли. Experientia, 48 (2), 178-201.
3. Варшавски, А. (2005). Регулирана деградация на протеини. Тенденции в биохимичните науки, 30 (6), 283-286.
4. Vierstra, RD (1996). Протеолиза в растенията: механизми и функции. В пост-транскрипционен контрол на генната експресия в растенията (стр. 275-302). Спрингер, Дордрехт.
5. Wolf, DH, & Menssen, R. (2018). Механизми за регулиране на клетките - протеолиза, голямата изненада. FEBS писма, 592 (15), 2515-2524.