posttranslační proteolytické zpracováníedit
omezená proteolýza polypeptidu během nebo po translaci v syntéze proteinů se často vyskytuje u mnoha proteinů. To může zahrnovat odstranění n-terminálního methioninu, signálního peptidu a / nebo přeměnu neaktivního nebo nefunkčního proteinu na aktivní. Prekurzor konečné funkční formy proteinu se nazývá proprotein a tyto proproteiny mohou být nejprve syntetizovány jako preproprotein. Například albumin je nejprve syntetizován jako preproalbumin a obsahuje nevyčištěný signální peptid. To tvoří proalbumin po signální peptid je štěpen, a další zpracování k odstranění N-koncové 6-zbytky propeptid výnosy zralé formě proteinu.
Odstranění N-terminální methionineEdit
zahájení methioninu (a, v prokaryot, fMet), mohou být odstraněny během překladu rodící bílkovin. U E. coli se fMet účinně odstraní, pokud je druhý zbytek malý a nenabitý, ale ne pokud je druhý zbytek objemný a nabitý. U prokaryot i eukaryot může exponovaný n-koncový zbytek stanovit poločas proteinu podle pravidla N-konce.
Odstranění signálu sequenceEdit
Proteiny, které mají být zaměřeny na konkrétní organely nebo pro sekreci mají N-terminální signální peptid, který směřuje protein do své konečné destinace. Tento signální peptid je odstraněn proteolýzou po jejich transportu přes membránu.
Štěpení polyproteinsEdit
Některé bílkoviny a většina eukaryotických polypeptidové hormony jsou syntetizovány jako velké prekurzory polypeptid známý jako polyproteinu, který vyžaduje proteolytické štěpení do jednotlivých menších polypeptidových řetězců. Polyprotein pro-opiomelanokortin (POMC) obsahuje mnoho polypeptidových hormonů. Vzorec štěpení POMC se však může lišit mezi různými tkáněmi, čímž se získá různé sady polypeptidových hormonů ze stejného polyproteinu.
mnoho virů také produkuje své proteiny zpočátku jako jediný polypeptidový řetězec, který byl přeložen z polycistronické mRNA. Tento polypeptid se následně štěpí na jednotlivé polypeptidové řetězce. Běžné názvy polyproteinu zahrnují gag (antigen specifický pro skupinu) v retrovirech a ORF1ab v Nidovirales. Tento název odkazuje na skutečnost, že kluzké sekvence v mRNA, který kóduje polypeptid příčiny ribozomální frameshifting, což vede na dvě různé délky peptidových řetězců (a a ab) na přibližně fixní poměr.
štěpení prekurzorových proteinůedit
mnoho proteinů a hormonů je syntetizováno ve formě jejich prekurzorů-zymogenů , proenzymů a prehormonů. Tyto proteiny se štěpí, aby vytvořily své konečné aktivní struktury. Inzulín je například syntetizován jako preproinzulin, který poskytuje proinzulin po štěpení signálního peptidu. Proinzulin se pak štěpí ve dvou polohách za vzniku dvou polypeptidových řetězců spojených dvěma disulfidovými vazbami. Odstraněním dvou C-koncových zbytků z B-řetězce se pak získá zralý inzulín. Skládání bílkovin se vyskytuje v jediném řetězci Proinzulinu formě, která usnadňuje tvorbu nakonec inter-peptid disulfidové vazby, a v konečném důsledku intra-peptid disulfidové vazby, nalezené v nativní struktury inzulínu.
zejména proteázy jsou syntetizovány v neaktivní formě, aby mohly být bezpečně uloženy v buňkách a připraveny k uvolnění v dostatečném množství, pokud je to nutné. Tím je zajištěno, že proteáza je aktivována pouze ve správném místě nebo kontextu, protože nevhodná aktivace těchto proteáz může být pro organismus velmi destruktivní. Proteolýzy z zymogen výnosy aktivní bílkovin; například, když trypsinogen je štěpen do formy trypsinu, mírné přeskupení struktury bílkovin, které dokončí aktivní místo proteázy dochází, čímž se aktivuje protein.
proteolýza proto může být metodou regulace biologických procesů přeměnou neaktivních proteinů na aktivní. Dobrým příkladem je krevní koagulační kaskády, přičemž počáteční událost spouští kaskádu sekvenční proteolytické aktivaci mnoha specifických proteáz, což vede k srážení krve. Komplementový systém imunitní odpovědi také zahrnuje komplexní sekvenční proteolytickou aktivaci a interakci, která vede k útoku na napadající patogeny.
degradace Proteinuedit
degradace proteinu může probíhat intracelulárně nebo extracelulárně. Při trávení potravy mohou být trávicí enzymy uvolňovány do prostředí pro extracelulární trávení, přičemž proteolytické štěpení štěpí proteiny na menší peptidy a aminokyseliny, takže mohou být absorbovány a použity. U zvířat může být potravina zpracována extracelulárně ve specializovaných orgánech nebo střevech, ale u mnoha bakterií může být potravina internalizována fagocytózou. Mikrobiální degradace bílkovin v prostředí může být regulována dostupností živin. Například omezení hlavních prvků v proteinech (uhlík ,dusík a síra) indukuje proteolytickou aktivitu v houbě Neurospora crassa i v komunitách půdních organismů.
proteiny v buňkách se rozkládají na aminokyseliny. Tato intracelulární degradace proteinu slouží více funkcím: Odstraňuje poškozené a abnormální bílkoviny a zabraňuje jejich akumulaci. Slouží také k regulaci buněčných procesů odstraněním enzymů a regulačních proteinů, které již nejsou potřeba. Aminokyseliny pak mohou být znovu použity pro syntézu proteinů.
Lysosome a proteasomeEdit
intracelulární degradace proteinů může být dosaženo dvěma způsoby – proteolýzy v lysosome, nebo ubiquitin-dependentní proces, který se zaměřuje nežádoucí proteiny proteazom. Na autofagie-lysozomální dráha je obvykle non-selektivní proces, ale to může být selektivní při hladovění, kdy proteiny s peptidové sekvence KFERQ nebo podobné jsou selektivně rozděleny. Lysozom obsahuje velké množství proteáz, jako jsou katepsiny.
proces zprostředkovaný ubichitinem je selektivní. Proteiny označené pro degradaci jsou kovalentně spojeny s ubichitinem. Mnoho molekul ubiquitinu může být spojeno v tandemu s proteinem určeným k degradaci. Polyubikvinovaný protein je zaměřen na ATP-dependentní proteázový komplex, proteazom. Ubiquitin se uvolňuje a znovu používá, zatímco cílený protein je degradován.
rychlost degradace intracelulárního proteinuedit
různé proteiny jsou degradovány různými rychlostmi. Abnormální proteiny jsou rychle degradovány, zatímco rychlost degradace normálních proteinů se může značně lišit v závislosti na jejich funkcích. Enzymy v důležitých metabolických kontrolních bodech mohou být degradovány mnohem rychleji než enzymy, jejichž aktivita je do značné míry konstantní za všech fyziologických podmínek. Jedním z nejrychleji degradovaných proteinů je ornitin dekarboxyláza, která má poločas 11 minut. Naproti tomu jiné proteiny, jako je aktin a myosin, mají poločas rozpadu měsíc nebo déle, zatímco hemoglobin v podstatě trvá po celou dobu života erytrocytů.
pravidlo N-konce může částečně určit poločas proteinu a proteiny se segmenty bohatými na prolin, kyselinu glutamovou, serin a threonin (tzv. Další faktory podezření, že ovlivňují rychlost rozkladu patří rychlost deaminace glutaminu a asparaginu a oxidaci cystein, histidin a methionin, absence stabilizace ligandů, přítomnosti připojené sacharidů nebo fosfátových skupin, přítomnost volného α-amino skupinou, negativní náboj bílkovin, a flexibilitu a stabilitu bílkovin. Proteiny s větším stupněm vnitřní poruchy mají také tendenci mít krátký buněčný poločas, s neuspořádanými segmenty, které byly navrženy tak, aby usnadnily účinné zahájení degradace proteazomem.
rychlost proteolýzy může také záviset na fyziologickém stavu organismu, jako je jeho hormonální stav a nutriční stav. V době hladovění se zvyšuje rychlost degradace bílkovin.
DigestionEdit
V lidské trávení, bílkoviny v potravinách jsou rozděleny do menších peptidových řetězců tím, že trávicí enzymy, např. pepsin, trypsin, chymotrypsin a elastáza, a na aminokyseliny a různé enzymy, jako jsou karboxypeptidázy, aminopeptidázy, a dipeptidase. Je nutné, aby se štěpí proteiny na malé peptidy (tripeptidy a dipeptidů) a aminokyselin, takže mohou být absorbovány střeva a vstřebává tripeptidy a dipeptidů jsou dále rozděleny do aminokyseliny intracelulárně, než se dostanou do krevního oběhu. Různé enzymy mají různé specifika pro jejich substrátu; trypsin, například, štěpí peptidové vazby po kladně nabité zbytky (arginin a lysin); chymotrypsin štěpí vazba po aromatických reziduí (fenylalanin, tyrosin a tryptofan); elastáza štěpí vazba po malé nepolární zbytky, jako jsou alanin nebo glycin.
aby se zabránilo nevhodné nebo předčasné aktivaci trávicích enzymů (mohou například vyvolat pankreatické sebe-trávení způsobující pankreatitidu), jsou tyto enzymy vylučovány jako neaktivní zymogen. Prekurzor pepsinu, pepsinogen, je vylučován v žaludku, a je aktivován pouze v kyselém prostředí v žaludku. Pankreas vylučuje prekurzory řady proteáz, jako je trypsin a chymotrypsin. Zymogen trypsinu je trypsinogen, který je aktivován velmi specifickou proteázou, enterokinázou, vylučovanou sliznicí dvanáctníku. Trypsin, jakmile je aktivován, může také štěpit další trypsinogeny, stejně jako prekurzory jiných proteáz, jako je chymotrypsin a karboxypeptidáza, aby je aktivoval.
u bakterií se používá podobná strategie využití neaktivního zymogenu nebo prezymogenu. Subtilisin, který je produkován Bacillus subtilis, je produkován jako preprosubtilisin, a je vydáno pouze v případě, signální peptid je štěpen a autokatalytická proteolytické aktivaci došlo.
Mobilní regulationEdit
Proteolýzy se také podílí na regulaci mnoha buněčných procesů prostřednictvím aktivace či deaktivace enzymů, transkripčních faktorů a receptorů, například v biosyntéze cholesterolu, nebo zprostředkování trombinu signalizace prostřednictvím proteázou aktivované receptory.
některé enzymy v důležitých metabolických kontrolních bodech, jako je ornitin dekarboxyláza, jsou zcela regulovány rychlostí syntézy a rychlostí degradace. Mezi další rychle degradované proteiny patří proteinové produkty protoonkogenů, které hrají ústřední roli v regulaci buněčného růstu.
regulace buněčného cykluedit
Cykliny jsou skupina proteinů, které aktivují kinázy zapojené do buněčného dělení. Degradace cyklinů je klíčovým krokem, který řídí výstup z mitózy a postup do dalšího buněčného cyklu. Cykliny se hromadí v průběhu buněčného cyklu, pak náhle zmizí těsně před anafázou mitózy. Cykliny jsou odstraněny proteolytickou cestou zprostředkovanou ubikvitinem.
Apoptosisedit
kaspázy jsou důležitou skupinou proteáz zapojených do apoptózy nebo programované buněčné smrti. Prekurzory kaspázy, procaspázy, mohou být aktivovány proteolýzou prostřednictvím její asociace s proteinovým komplexem, který tvoří apoptosom, nebo granzymem B nebo cestou receptoru smrti.