Post-translationele proteolytische processingEdit
beperkte proteolyse van een polypeptide tijdens of na omzetting in eiwitsynthese komt vaak voor bij veel eiwitten. Dit kan inhouden dat het N-terminale methionine, signaalpeptide wordt verwijderd en / of dat een inactief of niet-functioneel eiwit wordt omgezet in een actief eiwit. De voorloper aan de definitieve functionele vorm van proteã ne wordt genoemd proprotein, en deze proproteins kunnen eerst als preproprotein worden samengesteld. Bijvoorbeeld, wordt albumine eerst samengesteld als preproalbumin en bevat uncleaved signaalpeptide. Dit vormt proalbumin nadat signaalpeptide wordt gespleten, en een verdere verwerking om n-eind 6-residupropeptide te verwijderen levert de rijpe vorm van de proteã ne op.
verwijdering van N-terminaal methioninedit
de initiërende methionine (en, in prokaryoten, fMet) kan worden verwijderd tijdens de vertaling van het ontluikende eiwit. Voor E. coli wordt fMet efficiënt verwijderd als het tweede residu klein en niet geladen is, maar niet als het tweede residu omvangrijk en geladen is. In zowel prokaryotes als eukaryotes, kan het blootgestelde n-eindresidu de halveringstijd van de proteã ne volgens de n-eindregel bepalen.
verwijdering van de signaalsequentiedit
eiwitten die gericht moeten zijn op een bepaalde organel of voor secretie hebben een n-terminaal signaalpeptide dat het eiwit naar zijn eindbestemming leidt. Dit signaalpeptide wordt verwijderd door proteolyse na hun vervoer door een membraan.
splitsing van polyproteïnsedit
sommige eiwitten en de meeste eukaryotische Polypeptidehormonen worden gesynthetiseerd als een grote voorloper polypeptide, bekend als een polyproteïne dat proteolytische splitsing in individuele kleinere polypeptideketens vereist. Het polyprotein pro-OPIOMELANOCORTINE (POMC) bevat veel Polypeptidehormonen. Het splitsingspatroon van POMC, echter, kan variëren tussen verschillende weefsels, die verschillende sets Polypeptidehormonen van hetzelfde polyprotein opleveren.
veel virussen produceren ook hun eiwitten in eerste instantie als één enkele polypeptideketen die zijn vertaald uit een polycistronische mRNA. Dit polypeptide wordt later gespleten in individuele polypeptidekettingen. Veel voorkomende namen voor het polyproteïne zijn gag (groepsspecifiek antigeen) in retrovirussen en ORF1ab in Nidovirales. De laatstgenoemde naam verwijst naar het feit dat een gladde opeenvolging in mRNA die voor het polypeptide codeert ribosomal frameshifting veroorzaakt, die tot twee verschillende lengtes van peptidic kettingen (A en ab) bij een ongeveer vaste verhouding leiden.
splitsing van voorloperproteïnsedit
veel eiwitten en hormonen worden gesynthetiseerd in de vorm van hun voorlopers – zymogenen, proenzymes en prehormonen. Deze proteã nen worden gespleten om hun definitieve actieve structuren te vormen. De insuline, bijvoorbeeld, wordt samengesteld als preproinsulin, die proinsulin oplevert nadat het signaalpeptide is gespleten. De pro-insuline wordt dan gespleten op twee posities om twee polypeptidekettingen op te leveren die door twee disulfidebanden worden verbonden. Verwijdering van twee C-eindresten uit de B-keten levert vervolgens de rijpe insuline op. Het eiwit vouwen komt in de single-chain Proinsulin vorm voor die vorming van de uiteindelijk inter-peptide disulfidebanden, en de uiteindelijk intra-peptide disulfideband vergemakkelijkt, die in de inheemse structuur van insuline wordt gevonden.
proteasen worden in het bijzonder gesynthetiseerd in de inactieve vorm, zodat ze veilig in cellen kunnen worden opgeslagen en zo nodig in voldoende hoeveelheden kunnen worden vrijgegeven. Dit is om ervoor te zorgen dat de protease alleen op de juiste locatie of context wordt geactiveerd, omdat ongepaste activering van deze proteasen zeer destructief kan zijn voor een organisme. Proteolyse van zymogen levert een actieve proteã ne op; bijvoorbeeld, wanneer trypsinogeen wordt gespleten om trypsine te vormen, komt een lichte herschikking van de eiwitstructuur voor die de actieve plaats van de protease voltooit, waardoor de proteã ne wordt geactiveerd.
proteolyse kan daarom een methode zijn om biologische processen te reguleren door inactieve eiwitten om te zetten in actieve eiwitten. Een goed voorbeeld is de bloedstollingscascade waarbij een eerste gebeurtenis een cascade van opeenvolgende proteolytische activering van vele specifieke proteasen teweegbrengt, resulterend in bloedstolling. Het complementsysteem van de immune reactie impliceert ook een complexe sequentiële proteolytic activering en interactie die in een aanval op het binnenvallen van ziekteverwekkers resulteren.
Eiwitdegradatiedit
Eiwitdegradatie kan intracellulair of extracellulair plaatsvinden. In de spijsvertering van voedsel, kunnen spijsverteringsenzymen in het milieu voor extracellulaire spijsvertering worden vrijgegeven waarbij proteolytische splitsing proteã nen in kleinere peptiden en aminozuren breekt zodat zij kunnen worden geabsorbeerd en gebruikt. Bij dieren kan het voedsel extracellulair worden verwerkt in gespecialiseerde organen of darmen, maar bij veel bacteriën kan het voedsel worden geïnternaliseerd via fagocytose. Microbiële afbraak van eiwitten in het milieu kan worden geregeld door de beschikbaarheid van voedingsstoffen. Bijvoorbeeld, veroorzaakt de beperking voor belangrijke elementen in proteã nen (koolstof, stikstof, en zwavel) proteolytische activiteit in de schimmel Neurospora crassa evenals in de gemeenschappen van bodemorganismen.
eiwitten in cellen worden afgebroken tot aminozuren. Deze intracellular degradatie van proteã ne dient veelvoudige functies: Het verwijdert beschadigde en abnormale eiwitten en voorkomt hun accumulatie. Het dient ook om cellulaire processen te regelen door enzymen en regelgevende proteã nen te verwijderen die niet meer nodig zijn. De aminozuren kunnen dan worden hergebruikt voor eiwitsynthese.
lysosoom en proteasomeEdit
de intracellulaire afbraak van eiwit kan op twee manieren worden bereikt – proteolyse in lysosoom, of een ubiquitine-afhankelijk proces dat ongewenste eiwitten tot proteasoom richt. De autophagy-lysosomal weg is normaal een niet-selectief proces, maar het kan selectief op verhongering worden waarbij de proteã nen met peptide opeenvolging KFERQ of gelijkaardig selectief worden afgebroken. Het lysosoom bevat een groot aantal proteasen zoals cathepsins.
het ubiquitine-gemedieerde proces is selectief. De proteã nen die voor degradatie worden gemarkeerd zijn covalent verbonden met ubiquitin. Vele molecules van ubiquitin kunnen in tandem met een proteã ne worden verbonden die voor degradatie wordt bestemd. Het polyubiquinated eiwit is gericht op een ATP-afhankelijk protease complex, het proteasoom. Ubiquitin wordt vrijgegeven en opnieuw gebruikt, terwijl de gerichte proteã ne wordt gedegradeerd.
percentage intracellulaire eiwitdegradatiedit
verschillende eiwitten worden met verschillende snelheden afgebroken. De abnormale proteã nen worden snel afgebroken, terwijl het tarief van degradatie van normale proteã nen wijd afhankelijk van hun functies kan variëren. Enzymen op belangrijke metabolische controlepunten kunnen veel sneller worden afgebroken dan enzymen waarvan de activiteit onder alle fysiologische omstandigheden grotendeels constant is. Een van de snelst afgebroken eiwitten is ornithinedecarboxylase, met een halfwaardetijd van 11 minuten. In tegenstelling, hebben andere proteã nen zoals actin en myosin een halveringstijd van een maand of meer, terwijl, in essentie, hemoglobine voor de volledige levensduur van een erythrocyt duurt.
De N-eindregel kan gedeeltelijk de halfwaardetijd van een eiwit bepalen, en eiwitten met segmenten die rijk zijn aan proline, glutaminezuur, serine en threonine (de zogenaamde PEST-eiwitten) hebben een korte halfwaardetijd. Andere factoren waarvan wordt vermoed dat ze de afbraaksnelheid beïnvloeden, zijn de deaminatiesnelheid van glutamine en asparagine en de oxidatie van cysteïne, histidine en methionine, de afwezigheid van stabiliserende liganden, de aanwezigheid van gebonden koolhydraat-of fosfaatgroepen, de aanwezigheid van vrije α-aminogroep, de negatieve lading van eiwitten en de flexibiliteit en stabiliteit van het eiwit. De proteã nen met grotere graden van intrinsieke wanorde neigen ook om korte cellulaire halveringstijd te hebben, met wanordelijke segmenten die zijn voorgesteld om efficiënte initiatie van degradatie door proteasome te vergemakkelijken.
de mate van proteolyse kan ook afhangen van de fysiologische toestand van het organisme, zoals zijn hormonale toestand en voedingsstatus. In tijd van honger neemt de snelheid van eiwitafbraak toe.
Digestiedit
bij de menselijke spijsvertering worden eiwitten in levensmiddelen door spijsverteringsenzymen zoals pepsine, trypsine, chymotrypsine en elastase afgebroken tot kleinere peptideketens en door verschillende enzymen zoals carboxypeptidase, aminopeptidase en dipeptidase tot aminozuren. Het is noodzakelijk om proteã nen in kleine peptides (tripeptides en dipeptides) en aminozuren af te breken zodat zij door de darmen kunnen worden geabsorbeerd, en de geabsorbeerde tripeptides en dipeptides worden ook verder in aminozuren intracellularly gebroken alvorens zij de bloedsomloop ingaan. Verschillende enzymen hebben verschillende specificiteit voor hun substraat; trypsine, bijvoorbeeld, splijt de peptide band na een positief geladen residu (arginine en lysine); chymotrypsine splijt de band na een Aromatisch residu (fenylalanine, tyrosine, en tryptofaan); elastase splijt de band na een klein apolair residu zoals alanine of glycine.
om ongepaste of voortijdige activering van de spijsverteringsenzymen te voorkomen (ze kunnen bijvoorbeeld de zelfvertering van de alvleesklier veroorzaken en pancreatitis veroorzaken), worden deze enzymen uitgescheiden als inactief zymogen. De voorloper van pepsine, pepsinogeen, wordt afgescheiden door de maag, en wordt alleen geactiveerd in de zure omgeving die in de maag wordt gevonden. De alvleesklier scheidt de voorlopers van een aantal proteasen zoals trypsine en chymotrypsine af. Het zymogeen van trypsine is trypsinogeen, dat wordt geactiveerd door een zeer specifiek protease, enterokinase, dat wordt uitgescheiden door het slijmvlies van de twaalfvingerige darm. Trypsine, zodra geactiveerd, kan ook splijten andere trypsinogenen evenals de voorlopers van andere proteasen zoals chymotrypsine en carboxypeptidase om hen te activeren.
bij bacteriën wordt een vergelijkbare strategie van het gebruik van inactieve zymogen of prezymogen gebruikt. Subtilisine, dat wordt geproduceerd door Bacillus subtilis, wordt geproduceerd als preprosubtilisine, en wordt alleen vrijgegeven als het signaalpeptide is gesplitst en autocatalytische proteolytische activering heeft plaatsgevonden.
cellulaire Regulatie edit
proteolyse is ook betrokken bij de regulatie van vele cellulaire processen door het activeren of deactiveren van enzymen, transcriptiefactoren en receptoren, bijvoorbeeld in de biosynthese van cholesterol, of de bemiddeling van trombinesignalering via protease-geactiveerde receptoren.
sommige enzymen op belangrijke metabole controlepunten, zoals ornithinedecarboxylase, worden volledig gereguleerd door de synthesesnelheid en de afbraaksnelheid. Andere snel afgebroken proteã nen omvatten de eiwitproducten van proto-oncogenes, die centrale rollen in de verordening van celgroei spelen.
cell cycle regulationEdit
Cyclinen zijn een groep eiwitten die kinasen activeren die betrokken zijn bij celdeling. De degradatie van cyclins is de belangrijkste stap die de uitgang van mitose en de vooruitgang in de volgende celcyclus regelt. Cyclins accumuleren in de cursus de celcyclus, dan plotseling verdwijnt vlak vóór de anaphase van mitose. Cyclins worden verwijderd via een ubiquitin-bemiddelde proteolytic weg.
ApoptosisEdit
Caspasen zijn een belangrijke groep proteasen die betrokken zijn bij apoptosis of geprogrammeerde celdood. De voorlopers van caspase, procaspase, kunnen door proteolyse door zijn associatie met een eiwitcomplex worden geactiveerd dat apoptosoom, of door granzyme B, of via de wegen van de doodreceptor vormt.