poszttranszlációs proteolitikus feldolgozásszerkesztés
egy polipeptid Korlátozott proteolízise a fehérjeszintézis transzlációja alatt vagy után gyakran előfordul sok fehérje esetében. Ez magában foglalhatja az N-terminális metionin, a szignálpeptid eltávolítását és / vagy egy inaktív vagy nem funkcionális fehérje aktívvá történő átalakítását. A protein végső funkcionális formájának prekurzorát proproteinnek nevezzük, és ezeket a proproteineket először preproproteinként szintetizálhatjuk. Például az albumint először preproalbuminként szintetizálják, és nem tisztított szignálpeptidet tartalmaz. Ez képezi a proalbumint a jelpeptid hasítása után, és az N-terminális 6-maradék propeptid eltávolítására irányuló további feldolgozás a fehérje Érett formáját eredményezi.
az N-terminális metionin eltávolítása
az iniciáló metionin (és prokariótákban az fMet) eltávolítható a kialakuló fehérje transzlációja során. Az E. coli esetében az fMet hatékonyan eltávolítható, ha a második maradék kicsi és töltetlen, de nem, ha a második maradék terjedelmes és töltött. Mind a prokariótákban, mind az eukariótákban a kitett N-terminális maradék meghatározhatja a fehérje felezési idejét az N-end szabály szerint.
A jelszekvencia Eltávolításaszerkesztés
azok a fehérjék, amelyeket egy adott organellára vagy szekrécióra kell megcélozni, rendelkeznek egy N-terminális szignálpeptiddel, amely a fehérjét a végső rendeltetési helyére irányítja. Ezt a jelpeptidet proteolízissel távolítják el, miután membránon keresztül szállítják őket.
A poliproteinek hasítása
néhány fehérjét és a legtöbb eukarióta polipeptidhormont nagy prekurzor polipeptidként szintetizálnak, amelyet poliproteinként ismerünk, amely proteolitikus hasítást igényel az egyes kisebb polipeptidláncokba. A poliprotein pro-opiomelanokortin (POMC) számos polipeptid hormont tartalmaz. A POMC hasítási mintája azonban a különböző szövetek között változhat, különböző polipeptidhormonok halmazát eredményezve ugyanabból a poliproteinből.
sok vírus kezdetben egyetlen polipeptidláncként is előállítja fehérjéit, amelyeket policistronikus mRNS-ből fordítottak le. Ezt a polipeptidet ezt követően egyedi polipeptidláncokká hasítják. A poliprotein gyakori nevei közé tartozik a gag (csoportspecifikus antigén) a retrovírusokban és az ORF1ab a Nidovirales-ben. Ez utóbbi név arra a tényre utal, hogy az mRNS csúszós szekvenciája, amely a polipeptidet kódolja, riboszomális kereteltolódást okoz, ami két különböző hosszúságú peptidlánchoz vezet (a és ab) megközelítőleg rögzített arányban.
prekurzor fehérjék hasítása
sok fehérjét és hormont szintetizálnak prekurzoraik – zimogének, proenzimek és prehormonok formájában. Ezeket a fehérjéket hasítják, hogy kialakítsák végső aktív szerkezetüket. Az inzulint például preproinsulinként szintetizálják, amely a jelpeptid hasítása után proinsulint eredményez. A proinzulint ezután két helyzetben hasítják, hogy két diszulfidkötéssel összekapcsolt polipeptidláncot kapjanak. Két C-terminális maradék eltávolítása a B-láncból ezután az érett inzulint eredményezi. A fehérje hajtogatása az egyláncú proinzulin formában történik, amely megkönnyíti a végső soron inter-peptid-diszulfid kötések, valamint a végső soron intra-peptid-diszulfid kötés kialakulását, amely az inzulin natív szerkezetében található.
különösen a proteázokat szintetizálják inaktív formában, hogy biztonságosan tárolhatók legyenek a sejtekben, és szükség esetén elegendő mennyiségben felszabaduljanak. Ennek célja annak biztosítása, hogy a proteáz csak a megfelelő helyen vagy kontextusban aktiválódjon, mivel ezeknek a proteázoknak a nem megfelelő aktiválása nagyon romboló lehet egy szervezet számára. A zimogén proteolízise aktív fehérjét eredményez; például amikor a tripszinogént tripszin formájává hasítják, a proteáz aktív helyét kitöltő fehérjeszerkezet enyhe átrendeződése következik be, ezáltal aktiválva a fehérjét.
a proteolízis tehát a biológiai folyamatok szabályozásának módszere lehet az inaktív fehérjék aktívvá alakításával. Jó példa erre a véralvadási kaszkád, amelynek során egy kezdeti esemény számos specifikus proteáz szekvenciális proteolitikus aktiválásának kaszkádját váltja ki, ami véralvadást eredményez. Az immunválasz komplementrendszere magában foglal egy komplex szekvenciális proteolitikus aktivációt és kölcsönhatást is, amely támadást eredményez a betolakodó kórokozók ellen.
fehérje lebontása
a fehérje lebomlása intracellulárisan vagy extracellulárisan történhet. Az élelmiszer emésztése során emésztőenzimek szabadulhatnak fel a környezetbe az extracelluláris emésztés céljából, ahol a proteolitikus hasítás a fehérjéket kisebb peptidekre és aminosavakra bontja, így felszívódhatnak és felhasználhatók. Állatokban az étel extracellulárisan feldolgozható speciális szervekben vagy belekben, de sok baktériumban az étel fagocitózis útján internalizálható. A fehérje mikrobiális lebomlását a környezetben a tápanyagok rendelkezésre állása szabályozhatja. Például a fehérjék (szén, nitrogén és kén) fő elemeinek korlátozása proteolitikus aktivitást indukál a Neurospora crassa gombában, valamint a talaj organizmus közösségeiben.
a sejtekben lévő fehérjék aminosavakra bomlanak. A fehérje ezen intracelluláris lebomlása több funkciót is ellát: Eltávolítja a sérült és rendellenes fehérjét, és megakadályozza azok felhalmozódását. Arra is szolgál, hogy szabályozza a sejtes folyamatokat azáltal, hogy eltávolítja az enzimeket és szabályozó fehérjéket, amelyekre már nincs szükség. Az aminosavak ezután újra felhasználhatók fehérjeszintézishez.
lizoszóma és proteaszomeedit
a fehérje intracelluláris lebomlása kétféle módon érhető el – a lizoszómában végzett proteolízis, vagy egy ubiquitin-függő folyamat, amely a nem kívánt fehérjéket proteaszómává célozza. Az autofágia-lizoszomális út általában nem szelektív folyamat, de éhezéskor szelektívvé válhat, amikor a kferq vagy hasonló peptidszekvenciájú fehérjéket szelektíven lebontják. A lizoszóma számos proteázt, például katepszint tartalmaz.
az ubiquitin által közvetített folyamat szelektív. A lebomlásra jelölt fehérjék kovalensen kapcsolódnak az ubiquitinhez. Az ubiquitin számos molekulája párhuzamosan kapcsolódhat egy lebomlásra szánt fehérjéhez. A poliubikvinált fehérje egy ATP-függő proteáz komplexre, a proteaszómára irányul. Az ubiquitin felszabadul és újrafelhasználódik, míg a megcélzott fehérje lebomlik.
az intracelluláris fehérje lebomlásának Sebességeszerkesztés
a különböző fehérjék különböző sebességgel bomlanak le. Az abnormális fehérjék gyorsan lebomlanak, míg a normál fehérjék lebomlási sebessége funkcióiktól függően nagymértékben változhat. A fontos anyagcsere-szabályozási pontokon lévő enzimek sokkal gyorsabban bonthatók le, mint azok az enzimek, amelyek aktivitása minden fiziológiai körülmények között nagyrészt állandó. Az egyik leggyorsabban lebomló fehérje az ornitin-dekarboxiláz, amelynek felezési ideje 11 perc. Ezzel szemben más fehérjék, például az aktin és a miozin felezési ideje legalább egy hónap, míg lényegében a hemoglobin az eritrocita teljes élettartama alatt tart.
az N-end szabály részben meghatározhatja egy fehérje felezési idejét, és a prolinban, glutaminsavban, szerinben és treoninban gazdag szegmensekkel rendelkező fehérjék (az úgynevezett kártevő fehérjék) rövid felezési idővel rendelkeznek. A lebomlási sebességet feltehetően befolyásoló egyéb tényezők közé tartozik a glutamin és aszparagin dezaminálódási sebessége, valamint a cisztein, hisztidin és metionin oxidációja, a stabilizáló ligandumok hiánya, a kapcsolódó szénhidrát-vagy foszfátcsoportok jelenléte, a szabad aminocsoport jelenléte, a fehérje negatív töltése, valamint a fehérje rugalmassága és stabilitása. A nagyobb fokú belső rendellenességgel rendelkező fehérjék általában rövid sejtes felezési idővel rendelkeznek, rendezetlen szegmenseket javasoltak a proteaszóma általi lebomlás hatékony megindításának megkönnyítésére.
a proteolízis sebessége a szervezet fiziológiai állapotától, például hormonális állapotától, valamint táplálkozási állapotától is függhet. Az éhezés idején a fehérje lebomlásának sebessége nő.
DigestionEdit
az emberi emésztés során az élelmiszerekben lévő fehérjéket emésztő enzimek, például pepszin, tripszin, kimotripszin és elasztáz, valamint különféle enzimek, például karboxipeptidáz, aminopeptidáz és dipeptidáz lebontják kisebb peptidláncokra. A fehérjéket apró peptidekre (tripeptidekre és dipeptidekre) és aminosavakra kell bontani, hogy a belek felszívódhassanak, és az abszorbeált tripeptideket és dipeptideket is intracellulárisan bontják aminosavakra, mielőtt a véráramba kerülnek. A különböző enzimek eltérő specifitással rendelkeznek szubsztrátjukra; a tripszin például egy pozitív töltésű maradék (arginin és lizin) után hasítja a peptidkötést; a kimotripszin egy aromás maradék (fenilalanin, tirozin és triptofán) után hasítja a kötést; az elasztáz egy kis, nem poláros maradék, például alanin vagy glicin után hasítja a kötést.
az emésztőenzimek nem megfelelő vagy idő előtti aktiválódásának megakadályozása érdekében (ezek például hasnyálmirigy-önemésztést okozhatnak, ami pancreatitist okoz), ezek az enzimek inaktív zimogénként szekretálódnak. A pepszin prekurzorát, a pepszinogént a gyomor választja ki, és csak a gyomorban található savas környezetben aktiválódik. A hasnyálmirigy számos proteáz prekurzorát, például tripszint és kimotripszint választ ki. A tripszin zimogénje a tripszinogén, amelyet egy nagyon specifikus proteáz, az enterokináz aktivál, amelyet a duodenum nyálkahártyája választ ki. A tripszin aktiválása után más tripszinogéneket, valamint más proteázok, például kimotripszin és karboxipeptidáz prekurzorait is hasíthatja, hogy aktiválja őket.
baktériumokban hasonló stratégiát alkalmaznak inaktív zimogén vagy prezimogén alkalmazására. A Bacillus subtilis által termelt szubtilizint preprosubtilizin formájában állítják elő, és csak akkor szabadul fel, ha a szignálpeptid hasad, és autokatalitikus proteolitikus aktiváció történt.
celluláris szabályozás
a proteolízis számos sejtes folyamat szabályozásában is részt vesz az enzimek, transzkripciós faktorok és receptorok aktiválásával vagy deaktiválásával, például a koleszterin bioszintézisében vagy a trombin jelátvitel közvetítésében proteáz-aktivált receptorokon keresztül.
egyes fontos anyagcsere-szabályozási pontokon található enzimeket, például az ornitin-dekarboxilázt teljes mértékben a szintézis sebessége és a lebomlás sebessége szabályozza. Egyéb gyorsan lebomló fehérjék közé tartoznak a proto-onkogének fehérjetermékei, amelyek központi szerepet játszanak a sejtnövekedés szabályozásában.
Cell cycle regulationEdit
a Ciklinek olyan fehérjék csoportja, amelyek aktiválják a sejtosztódásban részt vevő kinázokat. A ciklinek lebomlása a legfontosabb lépés, amely szabályozza a mitózisból való kilépést és a következő sejtciklusba való előrehaladást. A ciklinek felhalmozódnak a sejtciklus során, majd hirtelen eltűnnek közvetlenül a mitózis anafázisa előtt. A ciklineket ubiquitin által közvetített proteolitikus úton távolítják el.
ApoptosisEdit
a Kaszpázok az apoptózisban vagy a programozott sejthalálban részt vevő proteázok fontos csoportja. A kaszpáz prekurzorai, a prokaszáz, proteolízissel aktiválódhatnak az apoptoszómát alkotó fehérjekomplexhez való kapcsolódás révén, vagy a granzyme B-vel, vagy a halálreceptor útvonalakon keresztül.