Elaborazione proteolitica post-traduzionedit
La proteolisi limitata di un polipeptide durante o dopo la traduzione nella sintesi proteica si verifica spesso per molte proteine. Ciò può comportare la rimozione della metionina N-terminale, il peptide del segnale e / o la conversione di una proteina inattiva o non funzionale in una attiva. Il precursore alla forma funzionale finale di proteina è definito proproteina e queste proproteine possono in primo luogo essere sintetizzate come preproproteina. Ad esempio, l’albumina viene prima sintetizzata come preproalbumina e contiene un peptide di segnale non salvato. Ciò forma la proalbumina dopo che il peptide del segnale è spaccato e un’ulteriore elaborazione per rimuovere il propeptide del residuo 6 del N-terminale produce la forma matura della proteina.
Rimozione della metionina N-terminale
La metionina iniziale (e, nei procarioti, fMet) può essere rimossa durante la traduzione della proteina nascente. Per E. coli, fMet viene rimosso in modo efficiente se il secondo residuo è piccolo e non caricato, ma non se il secondo residuo è ingombrante e carico. Sia nei procarioti che negli eucarioti, il residuo N-terminale esposto può determinare l’emivita della proteina secondo la regola N-end.
Rimozione della sequenza del segnalemodifica
Le proteine che devono essere mirate a un particolare organello o per la secrezione hanno un peptide del segnale N-terminale che dirige la proteina verso la sua destinazione finale. Questo peptide di segnale è tolto da proteolysis dopo il loro trasporto attraverso una membrana.
Scissione di poliproteineEdit
Alcune proteine e la maggior parte degli ormoni polipeptidici eucariotici sono sintetizzati come un grande polipeptide precursore noto come poliproteina che richiede scissione proteolitica in singole catene polipeptidiche più piccole. La poliproteina pro-opiomelanocortina (POMC) contiene molti ormoni polipeptidici. Il modello di scissione di POMC, tuttavia, può variare tra diversi tessuti, producendo diversi set di ormoni polipeptidici dalla stessa poliproteina.
Molti virus producono anche le loro proteine inizialmente come una singola catena polipeptidica che sono stati tradotti da un mRNA policistronico. Questo polipeptide viene successivamente scisso in singole catene polipeptidiche. I nomi comuni per la poliproteina includono gag (antigene specifico del gruppo) nei retrovirus e ORF1ab nei Nidovirales. Quest’ultimo nome si riferisce al fatto che una sequenza scivolosa nell’mRNA che codifica per il polipeptide causa il frameshifting ribosomiale, portando a due diverse lunghezze di catene peptidiche (a e ab) ad un rapporto approssimativamente fisso.
Scissione delle proteine precursori
Molte proteine e ormoni sono sintetizzati sotto forma di loro precursori – zimogeni, proenzimi e preormoni. Queste proteine sono scisse per formare le loro strutture attive finali. L’insulina, ad esempio, viene sintetizzata come preproinsulina, che produce proinsulina dopo che il peptide del segnale è stato scisso. La proinsulina viene quindi scissa in due posizioni per produrre due catene polipeptidiche collegate da due legami disolfuro. La rimozione di due residui C-terminali dalla catena B produce quindi l’insulina matura. Il ripiegamento delle proteine si verifica nella forma di proinsulina a catena singola che facilita la formazione dei legami disolfuro inter-peptidici in definitiva e del legame disolfuro intra-peptidico, trovato nella struttura nativa dell’insulina.
Le proteasi in particolare sono sintetizzate nella forma inattiva in modo che possano essere immagazzinate in modo sicuro nelle cellule e pronte per il rilascio in quantità sufficiente quando richiesto. Questo per garantire che la proteasi sia attivata solo nella posizione o nel contesto corretto, poiché l’attivazione inappropriata di queste proteasi può essere molto distruttiva per un organismo. La proteolisi dello zimogeno produce una proteina attiva; ad esempio, quando il tripsinogeno viene scisso per formare la tripsina, si verifica un leggero riarrangiamento della struttura proteica che completa il sito attivo della proteasi, attivando così la proteina.
La proteolisi può, quindi, essere un metodo per regolare i processi biologici trasformando le proteine inattive in quelle attive. Un buon esempio è la cascata di coagulazione del sangue per cui un evento iniziale innesca una cascata di attivazione proteolitica sequenziale di molte proteasi specifiche, con conseguente coagulazione del sangue. Il sistema del complemento della risposta immunitaria comporta anche una complessa attivazione e interazione proteolitica sequenziale che si traduce in un attacco agli agenti patogeni invasori.
Degradazione proteicamodifica
La degradazione proteica può avvenire intracellulare o extracellulare. Nella digestione del cibo, gli enzimi digestivi possono essere rilasciati nell’ambiente per la digestione extracellulare per cui la scissione proteolitica rompe le proteine in peptidi e amminoacidi più piccoli in modo che possano essere assorbiti e utilizzati. Negli animali il cibo può essere elaborato extracellulare in organi specializzati o budella, ma in molti batteri il cibo può essere interiorizzato tramite fagocitosi. La degradazione microbica delle proteine nell’ambiente può essere regolata dalla disponibilità di nutrienti. Per esempio, la limitazione per gli elementi importanti in proteine (carbonio, azoto e zolfo) induce l’attività proteolitica nel fungo Neurospora crassa come pure nelle comunità dell’organismo del suolo.
Le proteine nelle cellule sono suddivise in amminoacidi. Questa degradazione intracellulare della proteina serve a molteplici funzioni: Rimuove le proteine danneggiate e anormali e previene il loro accumulo. Serve anche a regolare i processi cellulari rimuovendo enzimi e proteine regolatrici che non sono più necessarie. Gli amminoacidi possono quindi essere riutilizzati per la sintesi proteica.
Lisosoma e proteasomeEdit
La degradazione intracellulare della proteina può essere raggiunta in due modi: la proteolisi nel lisosoma o un processo ubiquitina – dipendente che mira alle proteine indesiderate nel proteasoma. La via autofagia-lisosomiale è normalmente un processo non selettivo, ma può diventare selettiva in caso di fame per cui le proteine con sequenza peptidica KFERQ o simili sono selettivamente suddivise. Il lisosoma contiene un gran numero di proteasi come le catepsine.
Il processo mediato dall’ubiquitina è selettivo. Le proteine contrassegnate per la degradazione sono legate covalentemente all’ubiquitina. Molte molecole di ubiquitina possono essere collegate in tandem a una proteina destinata alla degradazione. La proteina poliubiquinata è mirata a un complesso proteasi ATP-dipendente, il proteasoma. L’ubiquitina viene rilasciata e riutilizzata, mentre la proteina mirata viene degradata.
Tasso di degradazione delle proteine intracellularimodifica
Diverse proteine vengono degradate a velocità diverse. Le proteine anormali vengono rapidamente degradate, mentre il tasso di degradazione delle proteine normali può variare ampiamente a seconda delle loro funzioni. Gli enzimi in importanti punti di controllo metabolico possono essere degradati molto più velocemente di quegli enzimi la cui attività è in gran parte costante in tutte le condizioni fisiologiche. Una delle proteine più rapidamente degradate è l’ornitina decarbossilasi, che ha un’emivita di 11 minuti. Al contrario, altre proteine come l’actina e la miosina hanno un’emivita di un mese o più, mentre, in sostanza, l’emoglobina dura per l’intera vita di un eritrocita.
La regola N-end può determinare parzialmente l’emivita di una proteina e le proteine con segmenti ricchi di prolina, acido glutammico, serina e treonina (le cosiddette proteine del PARASSITA) hanno una breve emivita. Altri fattori sospettati di influenzare il tasso di degradazione includono la deaminazione del tasso di glutammina e asparagina e l’ossidazione di cisteina, istidina e metionina, l’assenza di leganti stabilizzanti, la presenza di gruppi di carboidrati o fosfati attaccati, la presenza di gruppo α-amminico libero, la carica negativa della proteina e la flessibilità e la stabilità della proteina. Le proteine con più grandi gradi di disordine intrinseco inoltre tendono ad avere breve emivita cellulare, con i segmenti disordinati che sono stati proposti per facilitare l’inizio efficiente della degradazione dal proteasoma.
Il tasso di proteolisi può anche dipendere dallo stato fisiologico dell’organismo, come il suo stato ormonale e lo stato nutrizionale. In tempo di fame, aumenta il tasso di degradazione delle proteine.
DigestionEdit
Nella digestione umana, le proteine negli alimenti sono suddivise in catene peptidiche più piccole da enzimi digestivi come pepsina, tripsina, chimotripsina ed elastasi e in amminoacidi da vari enzimi come carbossipeptidasi, aminopeptidasi e dipeptidasi. È necessario abbattere le proteine in piccoli peptidi (tripeptidi e dipeptidi) e amminoacidi in modo che possano essere assorbiti dall’intestino, e i tripeptidi e i dipeptidi assorbiti sono anche ulteriormente suddivisi in amminoacidi intracellulari prima di entrare nel flusso sanguigno. Diversi enzimi hanno specificità diverse per il loro substrato; la tripsina, ad esempio, scinde il legame peptidico dopo un residuo caricato positivamente (arginina e lisina); la chimotripsina scinde il legame dopo un residuo aromatico (fenilalanina, tirosina e triptofano); l’elastasi scinde il legame dopo un piccolo residuo non polare come l’alanina o la glicina.
Al fine di prevenire l’attivazione inappropriata o prematura degli enzimi digestivi (possono, ad esempio, innescare l’auto-digestione pancreatica causando pancreatite), questi enzimi vengono secreti come zimogeno inattivo. Il precursore della pepsina, il pepsinogeno, è secreto dallo stomaco e viene attivato solo nell’ambiente acido trovato nello stomaco. Il pancreas secerne i precursori di un certo numero di proteasi come tripsina e chimotripsina. Lo zimogeno della tripsina è il tripsinogeno, che viene attivato da una proteasi molto specifica, l’enterochinasi, secreta dalla mucosa del duodeno. La tripsina, una volta attivata, può anche fendere altri tripsinogeni così come i precursori di altre proteasi come la chimotripsina e la carbossipeptidasi per attivarli.
Nei batteri, viene utilizzata una strategia simile di impiego di uno zimogeno o prezimogeno inattivo. La subtilisina, prodotta dal Bacillus subtilis, viene prodotta come preprosubtilisina e viene rilasciata solo se il peptide del segnale viene scisso e si è verificata l’attivazione proteolitica autocatalitica.
Regolazione cellularemodifica
La proteolisi è anche coinvolta nella regolazione di molti processi cellulari attivando o disattivando enzimi, fattori di trascrizione e recettori, ad esempio nella biosintesi del colesterolo o nella mediazione della segnalazione della trombina attraverso i recettori attivati dalla proteasi.
Alcuni enzimi in importanti punti di controllo metabolico come l’ornitina decarbossilasi sono regolati interamente dal suo tasso di sintesi e dal suo tasso di degradazione. Altre proteine rapidamente degradate includono i prodotti proteici dei proto-oncogeni, che svolgono un ruolo centrale nella regolazione della crescita cellulare.
Regolazione del ciclo cellulareedit
Le cicline sono un gruppo di proteine che attivano le chinasi coinvolte nella divisione cellulare. La degradazione delle cicline è il passo chiave che governa l’uscita dalla mitosi e il progresso nel ciclo cellulare successivo. Le cicline si accumulano nel corso del ciclo cellulare, quindi scompaiono bruscamente poco prima dell’anafase della mitosi. Le cicline sono rimosse via una via proteolitica ubiquitina-mediata.
apoptosiedit
Le caspasi sono un importante gruppo di proteasi coinvolte nell’apoptosi o nella morte cellulare programmata. I precursori della caspasi, procaspasi, possono essere attivati dalla proteolisi attraverso la sua associazione con un complesso proteico che forma l’apoptosoma, o dal granzyme B, o attraverso le vie del recettore della morte.