posttranslationel proteolytisk behandlingredit
begrænset proteolyse af et polypeptid under eller efter translation i proteinsyntese forekommer ofte for mange proteiner. Dette kan involvere fjernelse af det N-terminale methionin, signalpeptid og/eller omdannelse af et inaktivt eller ikke-funktionelt protein til et aktivt protein. Forløberen til den endelige funktionelle form af protein kaldes proprotein, og disse proproteiner kan først syntetiseres som preprotein. For eksempel syntetiseres albumin først som preproalbumin og indeholder et ubladet signalpeptid. Dette danner proalbuminet, efter at signalpeptidet er spaltet, og en yderligere behandling til fjernelse af det N-terminale 6-restpropeptid giver den modne form af proteinet.
fjernelse af N-terminal methioninredit
initierende methionin (og i prokaryoter, fMet) kan fjernes under translation af det spirende protein. For E. coli fjernes fMet effektivt, hvis den anden rest er lille og uladet, men ikke hvis den anden rest er voluminøs og ladet. I både prokaryoter og eukaryoter kan den eksponerede N-terminale rest bestemme proteinets halveringstid i henhold til N-end-reglen.
fjernelse af signalsekvensenrediger
proteiner, der skal målrettes mod en bestemt organel eller til sekretion, har et N-terminalt signalpeptid, der leder proteinet til dets endelige destination. Dette signalpeptid fjernes ved proteolyse efter deres transport gennem en membran.
spaltning af polyproteinerredit
nogle proteiner og de fleste eukaryote polypeptidhormoner syntetiseres som et stort precursorpolypeptid kendt som et polyprotein, der kræver proteolytisk spaltning i individuelle mindre polypeptidkæder. Polyproteinet Pro-opiomelanocortin (POMC) indeholder mange polypeptidhormoner. Spaltningsmønsteret af POMC kan imidlertid variere mellem forskellige væv, hvilket giver forskellige sæt polypeptidhormoner fra det samme polyprotein.
mange vira producerer også deres proteiner oprindeligt som en enkelt polypeptidkæde, der blev oversat fra et polycistronisk mRNA. Dette polypeptid spaltes efterfølgende i individuelle polypeptidkæder. Almindelige navne på polyproteinet inkluderer gag (gruppespecifikt antigen) i retrovirus og ORF1ab i Nidovirales. Sidstnævnte navn henviser til det faktum, at en glat sekvens i mRNA, der koder for polypeptidet, forårsager ribosomal frameshifting, hvilket fører til to forskellige længder af peptidiske kæder (A og ab) i et omtrent fast forhold.
spaltning af precursorproteinerredit
mange proteiner og hormoner syntetiseres i form af deres precursorer. Disse proteiner spaltes for at danne deres endelige aktive strukturer. Insulin syntetiseres for eksempel som preproinsulin, som giver proinsulin, efter at signalpeptidet er blevet spaltet. Proinsulinet spaltes derefter i to positioner for at give to polypeptidkæder bundet af to disulfidbindinger. Fjernelse af to C-terminale rester fra B-kæden giver derefter det modne insulin. Proteinfoldning forekommer i den enkeltkædede Proinsulinform, som letter dannelsen af de i sidste ende inter-peptiddisulfidbindinger og den i sidste ende intra-peptiddisulfidbinding, der findes i den native struktur af insulin. især proteaser syntetiseres i den inaktive form, så de kan opbevares sikkert i celler og klar til frigivelse i tilstrækkelig mængde, når det kræves. Dette er for at sikre, at proteasen kun aktiveres i den rigtige placering eller kontekst, da upassende aktivering af disse proteaser kan være meget destruktiv for en organisme. Når trypsinogen spaltes for at danne trypsin, forekommer der en lille omlejring af proteinstrukturen, som fuldender det aktive sted for protease, hvorved proteinet aktiveres.
proteolyse kan derfor være en metode til regulering af biologiske processer ved at omdanne inaktive proteiner til aktive. Et godt eksempel er blodkoagulationskaskaden, hvorved en indledende begivenhed udløser en kaskade af sekventiel proteolytisk aktivering af mange specifikke proteaser, hvilket resulterer i blodkoagulation. Komplementsystemet til immunresponset involverer også en kompleks sekventiel proteolytisk aktivering og interaktion, der resulterer i et angreb på invaderende patogener.
proteinnedbrydning
proteinnedbrydning kan finde sted intracellulært eller ekstracellulært. Ved fordøjelsen af fødevarer kan fordøjelsessymer frigives i miljøet til ekstracellulær fordøjelse, hvorved proteolytisk spaltning bryder proteiner i mindre peptider og aminosyrer, så de kan absorberes og anvendes. Hos dyr kan fødevaren behandles ekstracellulært i specialiserede organer eller tarme, men i mange bakterier kan fødevaren internaliseres via fagocytose. Mikrobiel nedbrydning af protein i miljøet kan reguleres af næringsstoftilgængelighed. For eksempel inducerer begrænsning for hovedelementer i proteiner (kulstof, nitrogen og svovl) proteolytisk aktivitet i svampen Neurospora crassa såvel som i jordorganismesamfund.
proteiner i celler brydes ind i aminosyrer. Denne intracellulære nedbrydning af protein tjener flere funktioner: Det fjerner beskadiget og unormalt protein og forhindrer deres ophobning. Det tjener også til at regulere cellulære processer ved at fjerne proteiner og regulerende proteiner, der ikke længere er nødvendige. Aminosyrerne kan derefter genbruges til proteinsyntese.
lysosom og proteasomedit
den intracellulære nedbrydning af protein kan opnås på to måder – proteolyse i lysosom eller en allestedsnærværende proces, der er målrettet mod uønskede proteiner til proteasom. Den autofagi-lysosomale vej er normalt en ikke-selektiv proces, men den kan blive selektiv ved sult, hvorved proteiner med peptidsekvens KFERK eller lignende nedbrydes selektivt. Lysosomet indeholder et stort antal proteaser, såsom katepsiner.
den allestedsnærværende medierede proces er selektiv. Proteiner, der er markeret til nedbrydning, er kovalent forbundet med allestedsnærværende. Mange molekyler af allestedsnærværende kan være forbundet i tandem med et protein bestemt til nedbrydning. Det polyubikinerede protein er målrettet mod et ATP-afhængigt proteasekompleks, proteasomet. Allestedsnærværende frigives og genbruges, mens det målrettede protein nedbrydes.
hastighed for intracellulær proteinnedbrydningredit
forskellige proteiner nedbrydes ved forskellige hastigheder. Unormale proteiner nedbrydes hurtigt, mens nedbrydningshastigheden af normale proteiner kan variere meget afhængigt af deres funktioner. Metabolske kontrolpunkter kan nedbrydes meget hurtigere end dem, hvis aktivitet stort set er konstant under alle fysiologiske forhold. Et af de hurtigst nedbrudte proteiner er ornithindekarboksylase, som har en halveringstid på 11 minutter. I modsætning hertil har andre proteiner som actin og myosin en halveringstid på en måned eller mere, mens hæmoglobin i det væsentlige varer hele levetiden for en erytrocyt.
n-end-reglen kan delvist bestemme halveringstiden for et protein, og proteiner med segmenter rig på prolin, glutaminsyre, serin og threonin (de såkaldte SKADEDYRSPROTEINER) har kort halveringstid. Andre faktorer, der mistænkes for at påvirke nedbrydningshastigheden, inkluderer hastigheden af deaminering af glutamin og asparagin og iltning af cystein, histidin og methionin, fraværet af stabiliserende ligander, tilstedeværelsen af vedhæftede kulhydrat-eller fosfatgrupper, tilstedeværelsen af fri ren-aminogruppe, den negative ladning af protein og proteinets fleksibilitet og stabilitet. Proteiner med større grader af iboende lidelse har også en tendens til at have kort cellulær halveringstid, hvor uordnede segmenter er blevet foreslået for at lette effektiv initiering af nedbrydning af proteasomet.
hastigheden af proteolyse kan også afhænge af organismens fysiologiske tilstand, såsom dens hormonelle tilstand såvel som ernæringsstatus. I sultens tid øges hastigheden af proteinnedbrydning.
DigestionEdit
i human fordøjelse opdeles proteiner i fødevarer i mindre peptidkæder, såsom pepsin, trypsin, chymotrypsin og elastase, og i aminosyrer ved forskellige former, såsom carboksypeptidase, aminopeptidase og dipeptidase. Det er nødvendigt at nedbryde proteiner i små peptider (tripeptider og dipeptider) og aminosyrer, så de kan absorberes af tarmene, og de absorberede tripeptider og dipeptider brydes også yderligere i aminosyrer intracellulært, før de kommer ind i blodbanen. Trypsin spalter for eksempel peptidbindingen efter en positivt ladet rest (arginin og lysin); chymotrypsin spalter bindingen efter en aromatisk rest (phenylalanin, tyrosin og tryptophan); elastase spalter bindingen efter en lille ikke-polær rest, såsom alanin eller glycin.for at forhindre uhensigtsmæssig eller for tidlig aktivering af fordøjelsessymerne (de kan for eksempel udløse selvfordøjelse i bugspytkirtlen, der forårsager pancreatitis), udskilles disse symptomer som inaktivt symogen. Forløberen for pepsin, pepsinogen, udskilles af maven og aktiveres kun i det sure miljø, der findes i mave. Bugspytkirtlen udskiller forløberne for et antal proteaser, såsom trypsin og chymotrypsin. Trypsins tsymogen er trypsinogen, som aktiveres af en meget specifik protease, enterokinase, udskilt af slimhinden i tolvfingertarmen. Trypsinet, når det er aktiveret, kan også spalte andre trypsinogener såvel som forstadierne til andre proteaser, såsom chymotrypsin og carboksypeptidase for at aktivere dem.
i bakterier anvendes en lignende strategi for anvendelse af et inaktivt tsymogen eller præsymogen. Subtilisin, der produceres af Bacillus subtilis, produceres som preprosubtilisin og frigives kun, hvis signalpeptidet spaltes, og autokatalytisk proteolytisk aktivering har fundet sted.
cellulær reguleringredit
proteolyse er også involveret i reguleringen af mange cellulære processer ved at aktivere eller deaktivere f.eks.nogle stoffer ved vigtige metaboliske kontrolpunkter såsom ornithindekar er udelukkende reguleret af dets syntesehastighed og dets nedbrydningshastighed. Andre hurtigt nedbrudte proteiner inkluderer proteinprodukterne fra proto-onkogener, som spiller centrale roller i reguleringen af cellevækst.
Cellecyklusreguleringredit
Cycliner er en gruppe proteiner, der aktiverer kinaser involveret i celledeling. Nedbrydningen af cykliner er det vigtigste trin, der styrer udgangen fra mitose og fremskridt ind i den næste cellecyklus. Cycliner ophobes i løbet af cellecyklussen, så forsvinder pludselig lige før anafasen af mitose. Cyklinerne fjernes via en allestedsnærværende proteolytisk vej.
ApoptosisEdit
caspaser er en vigtig gruppe af proteaser involveret i apoptose eller programmeret celledød. Forstadierne af caspase, procaspase, kan aktiveres ved proteolyse gennem dets tilknytning til et proteinkompleks, der danner apoptosom, eller ved gransym B eller via dødsreceptor veje.