Proceso proteolítico post-traduccióneditar
La proteólisis limitada de un polipéptido durante o después de la traducción en la síntesis de proteínas a menudo ocurre para muchas proteínas. Esto puede implicar la eliminación de la metionina N-terminal, el péptido señal y / o la conversión de una proteína inactiva o no funcional a una activa. El precursor de la forma funcional final de la proteína se denomina proproteína, y estas proproteínas pueden sintetizarse primero como preproproteína. Por ejemplo, la albúmina se sintetiza primero como preproalbúmina y contiene un péptido de señal no desprendido. Esto forma la proalbúmina después de que el péptido señal se escinde, y un procesamiento posterior para eliminar el propéptido de 6 residuos N-terminal produce la forma madura de la proteína.
Eliminación de metionina N-terminal Edit
La metionina iniciadora (y, en procariotas, fMet) puede eliminarse durante la traducción de la proteína naciente. Para E. coli, el fMet se elimina de manera eficiente si el segundo residuo es pequeño y no está cargado, pero no si el segundo residuo es voluminoso y cargado. Tanto en procariotas como en eucariotas, el residuo N-terminal expuesto puede determinar la vida media de la proteína de acuerdo con la regla del extremo N.
Eliminación de la secuencia de la señaleditar
Las proteínas que se dirigen a un orgánulo en particular o para secreción tienen un péptido de señal N-terminal que dirige la proteína a su destino final. Este péptido de señal se elimina por proteólisis después de su transporte a través de una membrana.
Escisión de poliproteinseditar
Algunas proteínas y la mayoría de las hormonas polipeptídicas eucarióticas se sintetizan como un polipéptido precursor grande conocido como poliproteína que requiere escisión proteolítica en cadenas polipeptídicas individuales más pequeñas. La poliproteína pro-opiomelanocortina (POMC) contiene muchas hormonas polipeptídicas. El patrón de escisión de POMC, sin embargo, puede variar entre diferentes tejidos, produciendo diferentes conjuntos de hormonas polipeptídicas de la misma poliproteína.
Muchos virus también producen sus proteínas inicialmente como una sola cadena polipeptídica que se tradujo de un ARNm policistrónico. Este polipéptido se divide posteriormente en cadenas de polipéptidos individuales. Los nombres comunes de la poliproteína incluyen gag (antígeno específico del grupo) en retrovirus y ORF1ab en Nidovirales. Este último nombre se refiere al hecho de que una secuencia resbaladiza en el ARNm que codifica para el polipéptido causa cambios de marco ribosómicos, lo que conduce a dos longitudes diferentes de cadenas peptídicas (a y ab) en una proporción aproximadamente fija.
Escisión de proteínas precursoreseditar
Muchas proteínas y hormonas se sintetizan en forma de sus precursores: zimógenos, proenzimas y prehormonas. Estas proteínas se rompen para formar sus estructuras activas finales. La insulina, por ejemplo, se sintetiza como preproinsulina, que produce proinsulina después de que el péptido señal se haya escindido. La proinsulina se escinde en dos posiciones para producir dos cadenas polipeptídicas unidas por dos enlaces disulfuro. La eliminación de dos residuos C-terminales de la cadena B produce la insulina madura. El plegamiento de proteínas se produce en la forma de proinsulina de cadena única que facilita la formación de los enlaces disulfuro interpéptido en última instancia, y el enlace disulfuro intrapéptido en última instancia, que se encuentra en la estructura nativa de la insulina.
Las proteasas, en particular, se sintetizan en forma inactiva para que puedan almacenarse de forma segura en células y estar listas para su liberación en cantidad suficiente cuando sea necesario. Esto es para asegurar que la proteasa se active solo en el lugar o contexto correcto, ya que la activación inapropiada de estas proteasas puede ser muy destructiva para un organismo. La proteólisis del zimógeno produce una proteína activa; por ejemplo, cuando el tripsinógeno se escinde para formar tripsina, se produce un ligero reordenamiento de la estructura de la proteína que completa el sitio activo de la proteasa, activando así la proteína.
La proteólisis puede, por lo tanto, ser un método de regulación de procesos biológicos convirtiendo proteínas inactivas en activas. Un buen ejemplo es la cascada de coagulación de la sangre en la que un evento inicial desencadena una cascada de activación proteolítica secuencial de muchas proteasas específicas, lo que resulta en la coagulación de la sangre. El sistema de complemento de la respuesta inmune también implica una activación proteolítica secuencial compleja e interacción que resulta en un ataque a patógenos invasores.
Degradación de proteíaseditar
La degradación de proteínas puede tener lugar intracelular o extracelular. En la digestión de los alimentos, las enzimas digestivas pueden liberarse en el medio ambiente para la digestión extracelular, por lo que la escisión proteolítica rompe las proteínas en péptidos y aminoácidos más pequeños para que puedan ser absorbidos y utilizados. En los animales, los alimentos pueden procesarse extracelularmente en órganos o intestinos especializados, pero en muchas bacterias, los alimentos pueden internalizarse a través de la fagocitosis. La degradación microbiana de las proteínas en el medio ambiente puede ser regulada por la disponibilidad de nutrientes. Por ejemplo, la limitación de los elementos principales en las proteínas (carbono, nitrógeno y azufre) induce actividad proteolítica en el hongo Neurospora crassa, así como en las comunidades de organismos del suelo.
Las proteínas de las células se descomponen en aminoácidos. Esta degradación intracelular de proteínas cumple múltiples funciones: Elimina proteínas dañadas y anormales y evita su acumulación. También sirve para regular los procesos celulares mediante la eliminación de enzimas y proteínas reguladoras que ya no son necesarias. Los aminoácidos pueden ser reutilizados para la síntesis de proteínas.
Lisosoma y proteosomeditar
La degradación intracelular de la proteína se puede lograr de dos maneras: proteólisis en el lisosoma, o un proceso dependiente de ubiquitina que dirige las proteínas no deseadas al proteasoma. La vía autofagia-lisosómica es normalmente un proceso no selectivo, pero puede volverse selectiva al morir de hambre, por lo que las proteínas con secuencia de péptidos KFERQ o similares se descomponen selectivamente. El lisosoma contiene una gran cantidad de proteasas, como las catepsinas.
El proceso mediado por ubiquitina es selectivo. Las proteínas marcadas para la degradación están unidas covalentemente a la ubiquitina. Muchas moléculas de ubiquitina pueden estar unidas en tándem a una proteína destinada a la degradación. La proteína poliubiquinada está dirigida a un complejo proteasa dependiente de ATP, el proteasoma. La ubiquitina se libera y reutiliza, mientras que la proteína objetivo se degrada.
Tasa de degradación de proteínas intracelulareditar
Diferentes proteínas se degradan a diferentes velocidades. Las proteínas anormales se degradan rápidamente, mientras que la tasa de degradación de las proteínas normales puede variar ampliamente dependiendo de sus funciones. Las enzimas en los puntos de control metabólico importantes pueden degradarse mucho más rápido que aquellas cuya actividad es en gran medida constante en todas las condiciones fisiológicas. Una de las proteínas de degradación más rápida es la ornitina descarboxilasa, que tiene una vida media de 11 minutos. Por el contrario, otras proteínas como la actina y la miosina tienen una vida media de un mes o más, mientras que, en esencia, la hemoglobina dura toda la vida de un eritrocito.
La regla del extremo N puede determinar parcialmente la vida media de una proteína, y las proteínas con segmentos ricos en prolina, ácido glutámico, serina y treonina (las llamadas proteínas DE PLAGAS) tienen una vida media corta. Otros factores que se sospecha que afectan la tasa de degradación incluyen la desaminación de la glutamina y la asparagina y la oxidación de la cisteína, la histidina y la metionina, la ausencia de ligandos estabilizadores, la presencia de grupos de carbohidratos o fosfato unidos, la presencia de un grupo α-amino libre, la carga negativa de la proteína y la flexibilidad y estabilidad de la proteína. Las proteínas con mayores grados de trastorno intrínseco también tienden a tener una vida media celular corta, con segmentos desordenados que se han propuesto para facilitar el inicio eficiente de la degradación por el proteasoma.
La tasa de proteólisis también puede depender del estado fisiológico del organismo, como su estado hormonal y nutricional. En tiempo de inanición, la tasa de degradación de proteínas aumenta.
Digestióneditar
En la digestión humana, las proteínas de los alimentos se descomponen en cadenas peptídicas más pequeñas por enzimas digestivas como la pepsina, la tripsina, la quimotripsina y la elastasa, y en aminoácidos por varias enzimas como la carboxipeptidasa, la aminopeptidasa y la dipeptidasa. Es necesario descomponer las proteínas en pequeños péptidos (tripéptidos y dipéptidos) y aminoácidos para que puedan ser absorbidos por los intestinos, y los tripéptidos y dipéptidos absorbidos también se descomponen en aminoácidos intracelulares antes de que entren en el torrente sanguíneo. Diferentes enzimas tienen una especificidad diferente para su sustrato; la tripsina, por ejemplo, escinde el enlace peptídico después de un residuo cargado positivamente (arginina y lisina); la quimotripsina escinde el enlace después de un residuo aromático (fenilalanina, tirosina y triptófano); la elastasa escinde el enlace después de un pequeño residuo no polar como la alanina o la glicina.
Con el fin de prevenir la activación inadecuada o prematura de las enzimas digestivas (que pueden, por ejemplo, desencadenar la auto-digestión pancreática causando pancreatitis), estas enzimas se secretan como zimógeno inactivo. El precursor de la pepsina, el pepsinógeno, es secretado por el estómago y se activa solo en el ambiente ácido que se encuentra en el estómago. El páncreas segrega los precursores de una serie de proteasas como la tripsina y la quimotripsina. El zimógeno de la tripsina es el tripsinógeno, que es activado por una proteasa muy específica, la enterocinasa, secretada por la mucosa del duodeno. La tripsina, una vez activada, también puede escindir otros tripsínógenos, así como los precursores de otras proteasas, como la quimotripsina y la carboxipeptidasa, para activarlos.
En bacterias, se utiliza una estrategia similar de emplear un zimógeno o prezimógeno inactivo. La subtilisina, que es producida por Bacillus subtilis, se produce como preprosubtilisina, y se libera solo si el péptido señal se escinde y se ha producido la activación proteolítica autocatalítica.
Regulación celulareditar
La proteólisis también participa en la regulación de muchos procesos celulares mediante la activación o desactivación de enzimas, factores de transcripción y receptores, por ejemplo, en la biosíntesis del colesterol, o la mediación de la señalización de trombina a través de receptores activados por proteasa.
Algunas enzimas en puntos de control metabólico importantes, como la ornitina descarboxilasa, están reguladas completamente por su velocidad de síntesis y su velocidad de degradación. Otras proteínas de rápida degradación incluyen los productos proteicos de los proto-oncogenes, que desempeñan un papel central en la regulación del crecimiento celular.
Regulación del ciclo celulareditar
Las ciclinas son un grupo de proteínas que activan las quinasas involucradas en la división celular. La degradación de las ciclinas es el paso clave que rige la salida de la mitosis y el progreso hacia el siguiente ciclo celular. Las ciclinas se acumulan en el curso del ciclo celular, luego desaparecen abruptamente justo antes de la anafase de la mitosis. Las ciclinas se eliminan a través de una vía proteolítica mediada por ubiquitina.
Apoptosiseditar
Las caspasas son un grupo importante de proteasas implicadas en la apoptosis o muerte celular programada. Los precursores de la caspasa, la procaspasa, pueden ser activados por proteólisis a través de su asociación con un complejo proteico que forma apoptosoma, o por granzima B, o a través de las vías del receptor de muerte.