translaation jälkeinen proteolyyttinen prosessointi
polypeptidin rajoitettu proteolyysi translaation aikana tai sen jälkeen proteiinisynteesissä tapahtuu usein monille proteiineille. Tähän voi liittyä n-terminaalisen metioniinin, signaalipeptidin poistaminen ja/tai inaktiivisen tai ei-toiminnallisen proteiinin muuttaminen aktiiviseksi. Proteiinin lopullisen funktionaalisen muodon esiastetta kutsutaan proproteiiniksi, ja nämä proproteiinit voidaan syntetisoida ensin preproproteiiniksi. Esimerkiksi albumiinia syntetisoidaan ensin preproalbumiinina ja se sisältää epäpuhtaan signaalipeptidin. Tämä muodostaa proalbumiinin signaalipeptidin pilkkouduttua, ja jatkojalostus n-terminaalisen 6-jäämäpropeptidin poistamiseksi tuottaa proteiinin kypsän muodon.
n-terminaalisen metioniinimeditin poistaminen
aloittava metioniini (ja prokaryooteissa fMet) voidaan poistaa orastavan proteiinin translaation aikana. Kolibakteereista fMet poistuu tehokkaasti, jos toinen jäämä on pieni ja lataamaton, mutta ei, jos toinen jäämä on iso ja latautunut. Sekä prokaryooteissa että eukaryooteissa altistunut N-terminaalinen jäännös voi määrittää proteiinin puoliintumisajan N-end-säännön mukaisesti.
signaalisekvenssin poistuminen
tiettyyn organelliin tai eritykseen tarkoitetuilla proteiineilla on N-terminaalinen signaalipeptidi, joka ohjaa proteiinin lopulliseen määränpäähänsä. Tämä signaalipeptidi poistuu proteolyysillä sen jälkeen, kun se on kulkeutunut kalvon läpi.
polyproteinseditin pilkkoutuminen
jotkut proteiinit ja useimmat eukaryoottiset polypeptidihormonit syntetisoidaan suurena prekursorisena polypeptidinä, joka tunnetaan polyproteiinina, joka vaatii proteolyyttistä pilkkoutumista yksittäisiksi pienemmiksi polypeptidiketjuiksi. Polyproteiini pro-opiomelanokortiini (POMC) sisältää monia polypeptidihormoneja. Pomc: n pilkkoutumiskuvio voi kuitenkin vaihdella eri kudosten välillä, jolloin samasta polyproteiinista saadaan erilaisia polypeptidihormonisarjoja.
monet virukset myös tuottavat proteiininsa aluksi yhtenä polypeptidiketjuna, joka käännettiin polykistronisesta mRNA: sta. Tämä polypeptidi pilkkoutuu tämän jälkeen yksittäisiksi polypeptidiketjuiksi. Yleisnimiä polyproteiinille ovat retrovirusten gag (ryhmäspesifinen antigeeni) ja Nidoviralien orf1ab. Jälkimmäinen nimi viittaa siihen, että polypeptidiä koodaavan mRNA: n liukas jakso aiheuttaa ribosomaalisen kehysmuutoksen, mikä johtaa kahteen eri pituiseen peptidiketjuun (A ja ab) suunnilleen kiinteässä suhteessa.
esiasteiden proteinsEdit
monia proteiineja ja hormoneja syntetisoidaan niiden esiasteiden – tsymogeenien, proentsyymien ja esihormonien-muodossa. Nämä proteiinit pilkkoutuvat lopullisiksi aktiivisiksi rakenteikseen. Esimerkiksi insuliinia syntetisoidaan preproinsuliinina,josta saadaan proinsuliinia signaalipeptidin pilkkouduttua. Tämän jälkeen proinsuliini pilkkoutuu kahteen asentoon, jolloin syntyy kaksi polypeptidiketjua, joita yhdistää kaksi disulfidisidosta. Kun kaksi C-terminaalista jäämää poistetaan B-ketjusta, saadaan kypsä insuliini. Proteiinin laskostuminen tapahtuu yksiketjuisessa Proinsuliinimuodossa, joka helpottaa lopulta peptidien välisten disulfidisidosten ja lopulta peptidien sisäisen disulfidisidoksen muodostumista, joka löytyy insuliinin alkuperäisestä rakenteesta.
erityisesti proteaasit syntetisoidaan inaktiivisessa muodossa, jotta niitä voidaan säilyttää turvallisesti soluissa ja tarvittaessa vapauttaa riittävästi. Näin varmistetaan, että proteaasi aktivoituu vain oikeassa paikassa tai asiayhteydessä, koska näiden proteaasien sopimaton aktivointi voi olla hyvin tuhoisaa eliölle. Tsymogeenin proteolyysi tuottaa aktiivisen proteiinin; esimerkiksi kun trypsinogeeni pilkkoutuu trypsiiniksi, tapahtuu proteiinirakenteen pieni uudelleenjärjestely, joka täydentää proteaasin aktiivisen kohdan, jolloin proteiini aktivoituu.
proteolyysi voi siis olla menetelmä, jolla biologisia prosesseja säädellään muuttamalla inaktiivisia proteiineja aktiivisiksi. Hyvä esimerkki on veren hyytymistä cascade jossa ensimmäinen tapahtuma laukaisee cascade vaiheittainen proteolyyttinen aktivaatio monia erityisiä proteaaseja, mikä johtaa veren hyytymistä. Immuunivasteen komplementtijärjestelmään kuuluu myös monimutkainen vaiheittainen proteolyyttinen aktivaatio ja vuorovaikutus, jotka johtavat hyökkäykseen hyökkääviä taudinaiheuttajia vastaan.
proteiinin hajoamismediitti
proteiinin hajoaminen voi tapahtua solunsisäisesti tai solunulkoisesti. Ruoan pilkkoutumisessa ruoansulatusentsyymejä voi vapautua ympäristöön solunulkoiseen pilkkoutumiseen, jolloin proteolyyttinen pilkkoutuminen hajottaa proteiineja pienemmiksi peptideiksi ja aminohapoiksi niin, että ne imeytyvät ja niitä voidaan käyttää. Eläimillä ruoka voidaan prosessoida erityisiin elimiin tai suoliin, mutta monilla bakteereilla ruoka voi sisäistyä fagosytoosin kautta. Proteiinin mikrobihajoamista ympäristössä voidaan säädellä ravinteiden saatavuudella. Esimerkiksi pääaineiden rajoittaminen proteiineissa (hiili, typpi ja rikki) aiheuttaa proteolyyttistä aktiivisuutta sienessä Neurospora crassa sekä maaperän eliöyhteisöissä.
solujen proteiinit hajoavat aminohapoiksi. Tämä proteiinin solunsisäinen hajoaminen palvelee useita toimintoja: Se poistaa vaurioituneen ja epänormaalin proteiinin ja estää niiden kertymisen. Se myös säätelee solujen prosesseja poistamalla entsyymejä ja säätelyproteiineja, joita ei enää tarvita. Aminohapot voidaan sitten käyttää uudelleen proteiinisynteesiin.
lysosomi ja proteasomedit
proteiinin solunsisäinen hajoaminen voi tapahtua kahdella tavalla – proteolyysillä lysosomissa tai ubikitiiniriippuvaisella prosessilla, joka kohdistaa ei-toivotut proteiinit proteasomiksi. Autofagi-lysosomaalinen reitti on yleensä ei-selektiivinen prosessi, mutta se voi muuttua selektiiviseksi nälkiintymisen yhteydessä, jolloin proteiinit, joilla on peptidisekvenssi KFERQ tai vastaava, hajoavat selektiivisesti. Lysosomi sisältää suuren määrän proteaaseja, kuten katepsiineja.
ubikitiinivälitteinen prosessi on selektiivinen. Hajoamiseen merkityt proteiinit liittyvät kovalenttisesti ubikitiiniin. Monet ubikitiinin molekyylit voivat liittyä samanaikaisesti hajoamiseen tarkoitettuun proteiiniin. Polyubikvinoitu proteiini kohdistuu ATP: stä riippuvaiseen proteaasikompleksiin eli proteasomiin. Ubikitiini vapautuu ja käytetään uudelleen, kun taas kohdeproteiini hajoaa.
solunsisäisen proteiinin hajoamisnopeus
eri proteiinit hajoavat eri nopeudella. Epänormaalit proteiinit hajoavat nopeasti, kun taas normaalien proteiinien hajoamisnopeus voi vaihdella suuresti niiden toimintojen mukaan. Tärkeissä metaboliakontrollipisteissä olevat entsyymit saattavat hajota paljon nopeammin kuin ne entsyymit, joiden aktiivisuus on suurelta osin vakio kaikissa fysiologisissa olosuhteissa. Yksi nopeimmin hajoavista proteiineista on ornitiinidekarboksylaasi, jonka puoliintumisaika on 11 minuuttia. Sen sijaan muilla proteiineilla, kuten aktiinilla ja myosiinilla, on puoliintumisaika vähintään kuukausi, kun taas pohjimmiltaan hemoglobiini kestää punasolujen koko elinajan.
n-end-sääntö voi osittain määrittää proteiinin puoliintumisajan, ja proteiineilla, joiden segmenteissä on runsaasti proliinia, glutamiinihappoa, seriiniä ja treoniinia (niin kutsutut TUHOLAISPROTEIINIT), on lyhyt puoliintumisaika. Muita hajoamisnopeuteen vaikuttavia tekijöitä ovat glutamiinin ja asparagiinin deaminaatio ja kysteiinin, histidiinin ja metioniinin hapettuminen, stabiloivien ligandien puuttuminen, kiinnittyneiden hiilihydraatti-tai fosfaattiryhmien läsnäolo, vapaan α-aminoryhmän läsnäolo, proteiinin negatiivinen varaus sekä proteiinin joustavuus ja stabiilius. Proteiineilla, joilla on suurempi intrinsic disorder, on myös yleensä lyhyt solujen puoliintumisaika, ja disorgered segmentit on ehdotettu helpottamaan proteasomin hajoamisen tehokasta käynnistämistä.
proteolyysin nopeus voi riippua myös eliön fysiologisesta tilasta, kuten hormonaalisesta tilasta sekä ravitsemustilasta. Nälkiintymisen aikana proteiinin hajoamisnopeus kasvaa.
DigestionEdit
ihmisen digestiossa ruoan proteiinit pilkkoutuvat pienemmiksi peptidiketjuiksi ruoansulatusentsyymien kuten pepsiinin, trypsiinin, kymotrypsiinin ja elastaasin avulla sekä aminohapoiksi erilaisten entsyymien kuten karboksipeptidaasin, aminopeptidaasin ja dipeptidaasin avulla. Proteiinit on hajotettava pieniksi peptideiksi (tripeptidit ja dipeptidit) ja aminohapoiksi, jotta ne voivat imeytyä suolistoon, ja imeytyneet tripeptidit ja dipeptidit hajoavat myös edelleen aminohapoiksi solunsisäisesti ennen kuin ne pääsevät verenkiertoon. Eri entsyymeillä on erilainen spesifisyys substraatilleen; esimerkiksi trypsiini pilkkoo peptidisidoksen positiivisesti varautuneen jäännöksen jälkeen (arginiini ja lysiini); kymotrypsiini pilkkoo sidoksen aromaattisen jäännöksen jälkeen (fenyylialaniini, tyrosiini ja tryptofaani); elastaasi pilkkoo sidoksen pienen ei-polaarisen jäännöksen, kuten alaniinin tai glysiinin, jälkeen.
ruuansulatusentsyymien epäasianmukaisen tai ennenaikaisen aktivoitumisen estämiseksi (ne voivat esimerkiksi laukaista haiman itsesäätelyn aiheuttaen haimatulehduksen) nämä entsyymit erittyvät inaktiivisina tsymogeeneina. Vatsa erittää pepsiinin esiastetta, pepsinogeeniä, ja se aktivoituu vain mahasta löytyvässä happamassa ympäristössä. Haima erittää useiden proteaasien, kuten trypsiinin ja kymotrypsiinin esiasteita. Trypsiinin tsymogeeni on trypsinogeeni, jota pohjukaissuolen limakalvon erittämä hyvin spesifinen proteaasi, enterokinaasi, aktivoi. Aktivoituessaan trypsiini voi myös pilkkoa muita trypsinogeenejä sekä muiden proteaasien kuten kymotrypsiinin ja karboksipeptidaasin esiasteita aktivoidakseen niitä.
bakteereissa käytetään samanlaista strategiaa, jossa käytetään inaktiivista tsymogeeniä tai prezymogeeniä. Subtilisiini, jota tuottaa Bacillus subtilis, tuotetaan preprosubtilisiininä ja vapautuu vain, jos signaalipeptidi pilkkoutuu ja autokatalyyttinen proteolyyttinen aktivaatio on tapahtunut.
Solusäätelyedit
proteolyysi osallistuu myös monien soluprosessien säätelyyn aktivoimalla tai deaktivoimalla entsyymejä, transkriptiotekijöitä ja reseptoreita esimerkiksi kolesterolin biosynteesissä tai välittämällä trombiinin signalointia proteaasiaktivoitujen reseptorien kautta.
eräät tärkeissä metaboliakontrollipisteissä olevat entsyymit, kuten ornitiinidekarboksylaasi, säätelevät kokonaan synteesinopeuttaan ja hajoamisnopeuttaan. Muita nopeasti hajoavia proteiineja ovat proto-onkogeenien proteiinituotteet, joilla on keskeinen rooli solujen kasvun säätelyssä.
solusyklin säätely
sykliinit ovat ryhmä proteiineja, jotka aktivoivat solunjakautumiseen osallistuvia kinaaseja. Sykliinien hajoaminen on keskeinen vaihe, joka ohjaa mitoosista poistumista ja etenemistä seuraavaan solusykliin. Sykliinit kerääntyvät solusyklin aikana, sitten katoavat äkillisesti juuri ennen mitoosin anafaasia. Sykliinit poistuvat ubikitiinivälitteisen proteolyyttisen reitin kautta.
ApoptosisEdit
Kaspaasit ovat tärkeä ryhmä apoptoosiin tai ohjelmoituun solukuolemaan osallistuvia proteaaseja. Kaspaasin esiasteet, prokaspaasi, voivat aktivoitua proteolyysissä liittymällä apoptosomin muodostavaan proteiinikompleksiin, granzyme B: n välityksellä tai kuolinreseptorireittien kautta.