Traitement protéolytique post-traductionmodifier
Une protéolyse limitée d’un polypeptide pendant ou après la traduction dans la synthèse des protéines se produit souvent pour de nombreuses protéines. Cela peut impliquer l’élimination de la méthionine N-terminale, du peptide signal, et /ou la conversion d’une protéine inactive ou non fonctionnelle en une protéine active. Le précurseur de la forme fonctionnelle finale de la protéine est appelé proprotéine, et ces proprotéines peuvent d’abord être synthétisées sous forme de préproprotéine. Par exemple, l’albumine est d’abord synthétisée sous forme de préproalbumine et contient un peptide signal non traité. Ceci forme la proalbumine après clivage du peptide signal, et un traitement supplémentaire pour éliminer le propeptide résidu N-terminal 6 donne la forme mature de la protéine.
Élimination de la méthionine N-terminaledit
La méthionine initiatrice (et, chez les procaryotes, la fMet) peut être éliminée lors de la traduction de la protéine naissante. Pour E. coli, le fMet est éliminé efficacement si le deuxième résidu est petit et non chargé, mais pas si le deuxième résidu est volumineux et chargé. Chez les procaryotes et les eucaryotes, le résidu N-terminal exposé peut déterminer la demi-vie de la protéine selon la règle N-end.
Élimination de la séquence de signaledit
Les protéines qui doivent être ciblées sur un organite particulier ou pour la sécrétion ont un peptide signal N-terminal qui dirige la protéine vers sa destination finale. Ce peptide signal est éliminé par protéolyse après leur transport à travers une membrane.
Clivage des polyprotéines
Certaines protéines et la plupart des hormones polypeptidiques eucaryotes sont synthétisées sous la forme d’un grand polypeptide précurseur connu sous le nom de polyprotéine qui nécessite un clivage protéolytique en chaînes polypeptidiques individuelles plus petites. La polyprotéine pro-opiomélanocortine (POMC) contient de nombreuses hormones polypeptidiques. Le modèle de clivage de POMC, cependant, peut varier entre différents tissus, donnant différents ensembles d’hormones polypeptidiques provenant de la même polyprotéine.
De nombreux virus produisent également leurs protéines initialement sous la forme d’une seule chaîne polypeptidique traduite à partir d’un ARNm polycistronique. Ce polypeptide est ensuite clivé en chaînes polypeptidiques individuelles. Les noms communs de la polyprotéine incluent gag (antigène spécifique au groupe) dans les rétrovirus et ORF1ab dans les Nidovirales. Ce dernier nom fait référence au fait qu’une séquence glissante dans l’ARNm qui code pour le polypeptide provoque un frameshifting ribosomique, conduisant à deux longueurs différentes de chaînes peptidiques (a et ab) à un rapport approximativement fixe.
Clivage des protéines précurseurs
De nombreuses protéines et hormones sont synthétisées sous la forme de leurs précurseurs – zymogènes, proenzymes et préhormones. Ces protéines sont clivées pour former leurs structures actives finales. L’insuline, par exemple, est synthétisée sous forme de préproinsuline, qui donne de la proinsuline après clivage du peptide signal. La proinsuline est ensuite clivée en deux positions pour donner deux chaînes polypeptidiques reliées par deux liaisons disulfures. L’élimination de deux résidus C-terminaux de la chaîne B donne ensuite l’insuline mature. Le repliement des protéines se produit sous la forme de proinsuline à chaîne unique, ce qui facilite la formation des liaisons disulfures inter-peptidiques et de la liaison disulfure intra-peptidique, qui se trouve dans la structure native de l’insuline.
Les protéases en particulier sont synthétisées sous forme inactive afin qu’elles puissent être stockées en toute sécurité dans des cellules, et prêtes à être libérées en quantité suffisante si nécessaire. Il s’agit de s’assurer que la protéase n’est activée que dans le bon emplacement ou dans le bon contexte, car une activation inappropriée de ces protéases peut être très destructrice pour un organisme. La protéolyse du zymogène donne une protéine active; par exemple, lorsque le trypsinogène est clivé pour former de la trypsine, un léger réarrangement de la structure protéique qui complète le site actif de la protéase se produit, activant ainsi la protéine.
La protéolyse peut donc être une méthode de régulation des processus biologiques en transformant les protéines inactives en protéines actives. Un bon exemple est la cascade de coagulation du sang par laquelle un événement initial déclenche une cascade d’activation protéolytique séquentielle de nombreuses protéases spécifiques, entraînant la coagulation du sang. Le système complémentaire de la réponse immunitaire implique également une activation et une interaction protéolytiques séquentielles complexes qui se traduisent par une attaque contre les agents pathogènes envahissants.
Dégradation des protéinesdit
La dégradation des protéines peut avoir lieu de manière intracellulaire ou extracellulaire. Lors de la digestion des aliments, des enzymes digestives peuvent être libérées dans l’environnement pour la digestion extracellulaire, le clivage protéolytique cassant les protéines en peptides et acides aminés plus petits afin qu’elles puissent être absorbées et utilisées. Chez les animaux, la nourriture peut être traitée de manière extracellulaire dans des organes ou des intestins spécialisés, mais chez de nombreuses bactéries, la nourriture peut être intériorisée par phagocytose. La dégradation microbienne des protéines dans l’environnement peut être régulée par la disponibilité des nutriments. Par exemple, la limitation des principaux éléments dans les protéines (carbone, azote et soufre) induit une activité protéolytique dans le champignon Neurospora crassa ainsi que dans les communautés d’organismes du sol.
Les protéines des cellules sont divisées en acides aminés. Cette dégradation intracellulaire des protéines remplit de multiples fonctions: Il élimine les protéines endommagées et anormales et empêche leur accumulation. Il sert également à réguler les processus cellulaires en éliminant les enzymes et les protéines régulatrices qui ne sont plus nécessaires. Les acides aminés peuvent ensuite être réutilisés pour la synthèse protéique.
Lysosome et protéasomeEdit
La dégradation intracellulaire des protéines peut être réalisée de deux manières: la protéolyse dans le lysosome, ou un processus dépendant de l’ubiquitine qui cible les protéines indésirables pour le protéasome. La voie autophagique-lysosomale est normalement un processus non sélectif, mais elle peut devenir sélective en cas de famine, les protéines ayant une séquence peptidique KFERQ ou similaire étant décomposées sélectivement. Le lysosome contient un grand nombre de protéases telles que les cathepsines.
Le processus médié par l’ubiquitine est sélectif. Les protéines marquées pour la dégradation sont liées de manière covalente à l’ubiquitine. De nombreuses molécules d’ubiquitine peuvent être liées en tandem à une protéine destinée à la dégradation. La protéine polyubiquinée est ciblée sur un complexe protéase ATP-dépendant, le protéasome. L’ubiquitine est libérée et réutilisée, tandis que la protéine ciblée est dégradée.
Taux de dégradation des protéines intracellulairesdit
Différentes protéines sont dégradées à des vitesses différentes. Les protéines anormales sont rapidement dégradées, alors que le taux de dégradation des protéines normales peut varier considérablement en fonction de leurs fonctions. Les enzymes aux points de contrôle métaboliques importants peuvent être dégradées beaucoup plus rapidement que les enzymes dont l’activité est largement constante dans toutes les conditions physiologiques. L’une des protéines les plus rapidement dégradées est l’ornithine décarboxylase, qui a une demi-vie de 11 minutes. En revanche, d’autres protéines comme l’actine et la myosine ont une demi-vie d’un mois ou plus, alors que, en substance, l’hémoglobine dure toute la durée de vie d’un érythrocyte.
La règle N-end peut déterminer partiellement la demi-vie d’une protéine, et les protéines dont les segments sont riches en proline, en acide glutamique, en sérine et en thréonine (les protéines dites NUISIBLES) ont une demi-vie courte. D’autres facteurs soupçonnés d’affecter le taux de dégradation comprennent la désamination du taux de glutamine et d’asparagine et l’oxydation de la cystéine, de l’histidine et de la méthionine, l’absence de ligands stabilisants, la présence de groupes glucidiques ou phosphatés attachés, la présence d’un groupe α-amino libre, la charge négative de la protéine et la flexibilité et la stabilité de la protéine. Les protéines présentant de plus grands degrés de désordre intrinsèque ont également tendance à avoir une demi-vie cellulaire courte, des segments désordonnés ayant été proposés pour faciliter l’initiation efficace de la dégradation par le protéasome.
Le taux de protéolyse peut également dépendre de l’état physiologique de l’organisme, tel que son état hormonal ainsi que son état nutritionnel. En période de famine, le taux de dégradation des protéines augmente.
DigestionEdit
Dans la digestion humaine, les protéines des aliments sont décomposées en chaînes peptidiques plus petites par des enzymes digestives telles que la pepsine, la trypsine, la chymotrypsine et l’élastase, et en acides aminés par diverses enzymes telles que la carboxypeptidase, l’aminopeptidase et la dipeptidase. Il est nécessaire de décomposer les protéines en petits peptides (tripeptides et dipeptides) et en acides aminés afin qu’ils puissent être absorbés par les intestins, et les tripeptides et dipeptides absorbés sont également décomposés en acides aminés par voie intracellulaire avant d’entrer dans la circulation sanguine. Différentes enzymes ont une spécificité différente pour leur substrat; la trypsine, par exemple, clive la liaison peptidique après un résidu chargé positivement (arginine et lysine); la chymotrypsine clive la liaison après un résidu aromatique (phénylalanine, tyrosine et tryptophane); l’élastase clive la liaison après un petit résidu non polaire tel que l’alanine ou la glycine.
Afin d’éviter une activation inappropriée ou prématurée des enzymes digestives (elles peuvent, par exemple, déclencher une auto-digestion pancréatique provoquant une pancréatite), ces enzymes sont sécrétées sous forme de zymogène inactif. Le précurseur de la pepsine, le pepsinogène, est sécrété par l’estomac et n’est activé que dans l’environnement acide présent dans l’estomac. Le pancréas sécrète les précurseurs d’un certain nombre de protéases telles que la trypsine et la chymotrypsine. Le zymogène de la trypsine est le trypsinogène, qui est activé par une protéase très spécifique, l’entérokinase, sécrétée par la muqueuse du duodénum. La trypsine, une fois activée, peut également cliver d’autres trypsinogènes ainsi que les précurseurs d’autres protéases telles que la chymotrypsine et la carboxypeptidase pour les activer.
Chez les bactéries, une stratégie similaire consistant à utiliser un zymogène ou un prézymogène inactif est utilisée. La subtilisine, qui est produite par Bacillus subtilis, est produite sous forme de préprosubtilisine et n’est libérée que si le peptide signal est clivé et que l’activation protéolytique autocatalytique s’est produite.
Régulation cellulaire
La protéolyse est également impliquée dans la régulation de nombreux processus cellulaires en activant ou désactivant des enzymes, des facteurs de transcription et des récepteurs, par exemple dans la biosynthèse du cholestérol, ou la médiation de la signalisation de la thrombine par des récepteurs activés par la protéase.
Certaines enzymes situées à des points de contrôle métabolique importants comme l’ornithine décarboxylase sont régulées entièrement par leur taux de synthèse et leur taux de dégradation. D’autres protéines rapidement dégradées comprennent les produits protéiques des proto-oncogènes, qui jouent un rôle central dans la régulation de la croissance cellulaire.
Régulation du cycle cellulaire
Les cyclines sont un groupe de protéines qui activent les kinases impliquées dans la division cellulaire. La dégradation des cyclines est l’étape clé qui régit la sortie de la mitose et la progression dans le cycle cellulaire suivant. Les cyclines s’accumulent au cours du cycle cellulaire, puis disparaissent brusquement juste avant l’anaphase de la mitose. Les cyclines sont éliminées par une voie protéolytique médiée par l’ubiquitine.
apoptosedit
Les caspases sont un groupe important de protéases impliquées dans l’apoptose ou la mort cellulaire programmée. Les précurseurs de la caspase, la procaspase, peuvent être activés par protéolyse par son association avec un complexe protéique qui forme l’apoptosome, ou par le granzyme B, ou par les voies des récepteurs de la mort.