potranslacyjne przetwarzanie proteolityczne
ograniczona proteoliza polipeptydu podczas lub po translacji w syntezie białek często występuje dla wielu białek. Może to obejmować usunięcie N-końcowej metioniny, peptydu sygnałowego i / lub przekształcenie nieaktywnego lub niefunkcjonalnego białka w aktywne. Prekursor ostatecznej funkcjonalnej formy białka jest określany jako proproteina, a te proproteiny mogą być najpierw syntetyzowane jako preproproteina. Na przykład albumina jest najpierw syntetyzowana jako preproalbumina i zawiera peptyd sygnałowy nieskręcony. Tworzy to proalbuminę po rozcięciu peptydu sygnałowego, a dalsze przetwarzanie w celu usunięcia N-końcowego propeptydu 6-reszty daje dojrzałą postać białka.
usunięcie N-końcowej metioniny
inicjująca metionina (a u prokariotów fMet) może zostać usunięta podczas translacji powstającego białka. W przypadku E. coli fmet jest skutecznie usuwany, jeśli druga pozostałość jest mała i nie naładowana, ale nie, jeśli druga pozostałość jest nieporęczna i naładowana. Zarówno u prokariotów, jak i eukariotów, odsłonięta N-końcowa pozostałość może określać okres półtrwania białka zgodnie z regułą N-końca.
usuwanie sekwencji sygnałowejedytuj
białka, które mają być skierowane do konkretnego organelle lub do wydzielania, mają N-końcowy peptyd sygnałowy, który kieruje białko do jego ostatecznego miejsca przeznaczenia. Ten peptyd sygnałowy jest usuwany przez proteolizę po ich transporcie przez błonę.
rozszczepianie poliproteinedytuj
niektóre białka i większość eukariotycznych hormonów polipeptydowych są syntetyzowane jako duży polipeptyd prekursorowy znany jako poliproteina, która wymaga proteolitycznego rozszczepiania na pojedyncze mniejsze łańcuchy polipeptydowe. Poliproteina pro-opiomelanocortin (POMC) zawiera wiele hormonów polipeptydowych. Wzór rozszczepiania POMC może się jednak różnić w różnych tkankach, dając różne zestawy hormonów polipeptydowych z tej samej poliproteiny.
wiele wirusów produkuje również swoje białka początkowo jako pojedynczy łańcuch polipeptydowy, który został przetłumaczony z policistronicznego mRNA. Polipeptyd ten jest następnie rozszczepiany w poszczególne łańcuchy polipeptydowe. Wspólne nazwy poliproteiny obejmują gag (antygen specyficzny dla grupy) u retrowirusów i ORF1ab u Nidovirales. Ta ostatnia nazwa odnosi się do faktu, że śliska Sekwencja mRNA kodująca polipeptyd powoduje rybosomalne przesunięcie Ramki, prowadzące do dwóch różnych długości łańcuchów peptydowych (a i ab) w przybliżeniu stałym stosunku.
rozpad prekursorówedytuj
wiele białek i hormonów jest syntetyzowanych w postaci ich prekursorów – zymogenów, proenzymów i prehormonów. Białka te są rozszczepiane w celu utworzenia ich końcowych aktywnych struktur. Na przykład insulina jest syntetyzowana jako preproinsulina, która otrzymuje proinsulinę po odcięciu peptydu sygnałowego. Następnie proinsulina jest rozszczepiana w dwóch pozycjach w celu uzyskania dwóch łańcuchów polipeptydowych połączonych dwoma wiązaniami dwusiarczkowymi. Usunięcie dwóch reszt C-końcowych z łańcucha B powoduje wytworzenie dojrzałej insuliny. Fałdowanie białek występuje w jednołańcuchowej formie proinsuliny, co ułatwia tworzenie ostatecznie między-peptydowych wiązań dwusiarczkowych, a ostatecznie wewnątrz-peptydowych wiązań dwusiarczkowych, występujących w natywnej strukturze insuliny.
proteazy w szczególności są syntetyzowane w postaci nieaktywnej, tak aby mogły być bezpiecznie przechowywane w komórkach i gotowe do uwolnienia w wystarczającej ilości, gdy jest to wymagane. Ma to na celu zapewnienie, że proteaza jest aktywowana tylko we właściwym miejscu lub kontekście, ponieważ niewłaściwa aktywacja tych proteaz może być bardzo destrukcyjna dla organizmu. Proteoliza zymogenu daje aktywne białko; na przykład, gdy Trypsynogen jest rozszczepiany, tworząc trypsynę, następuje niewielka zmiana struktury białka, która uzupełnia aktywne miejsce proteazy, aktywując w ten sposób białko.
Proteoliza może więc być metodą regulacji procesów biologicznych poprzez przekształcenie nieaktywnych białek w aktywne. Dobrym przykładem jest kaskada krzepnięcia krwi, w której początkowe zdarzenie wyzwala kaskadę sekwencyjnej aktywacji proteolitycznej wielu specyficznych proteaz, co powoduje krzepnięcie krwi. Układ dopełniacza odpowiedzi immunologicznej obejmuje również złożoną sekwencyjną aktywację proteolityczną i interakcję, która prowadzi do ataku na inwazyjne patogeny.
degradacja Białkaedytuj
degradacja białek może następować wewnątrzkomórkowo lub pozakomórkowo. Podczas trawienia pokarmu enzymy trawienne mogą być uwalniane do środowiska w celu trawienia zewnątrzkomórkowego, przy czym rozszczepienie proteolityczne rozbija białka na mniejsze peptydy i aminokwasy, dzięki czemu mogą być wchłaniane i wykorzystywane. U zwierząt pokarm może być przetwarzany pozaustrojowo w wyspecjalizowanych organach lub jelitach, ale u wielu bakterii pokarm może być internalizowany poprzez fagocytozę. Drobnoustrojowa degradacja białka w środowisku może być regulowana przez dostępność składników odżywczych. Na przykład, ograniczenie dla głównych pierwiastków w białkach (węgiel, azot i siarka) indukuje aktywność proteolityczną w grzybie Neurosora crassa, jak również w społecznościach organizmów glebowych.
białka w komórkach są rozkładane na aminokwasy. Ta wewnątrzkomórkowa degradacja białka pełni wiele funkcji: Usuwa uszkodzone i nieprawidłowe białka i zapobiega ich gromadzeniu. Służy również do regulacji procesów komórkowych poprzez usuwanie enzymów i białek regulacyjnych, które nie są już potrzebne. Aminokwasy mogą być następnie ponownie wykorzystane do syntezy białek.
lizosom i proteasomedytuj
wewnątrzkomórkowa degradacja białka może być osiągnięta na dwa sposoby – proteoliza w lizosomie lub proces zależny od ubikwityny, który kieruje niepożądane białka do proteasomu. Szlak autofagii-lizosomalny jest zwykle procesem nieselektywnym, ale może stać się selektywny po zagłodzeniu, w którym białka o sekwencji peptydowej kferq lub podobnej są selektywnie rozkładane. Lizosom zawiera dużą liczbę proteaz, takich jak katepsyny.
proces za pośrednictwem ubikwityny jest selektywny. Białka oznaczone do degradacji są kowalencyjnie związane z ubikwityną. Wiele cząsteczek ubikwityny może być połączonych tandemowo z białkiem przeznaczonym do degradacji. Poliubiquinated proteina celuje ATP-zależny protease kompleks, proteasom. Ubikwityna jest uwalniana i ponownie wykorzystywana, podczas gdy docelowe białko ulega degradacji.
szybkość wewnątrzkomórkowej degradacjiedit
różne białka ulegają degradacji w różnym tempie. Nieprawidłowe białka są szybko degradowane, podczas gdy szybkość degradacji normalnych białek może się znacznie różnić w zależności od ich funkcji. Enzymy w ważnych punktach kontroli metabolicznej mogą ulegać degradacji znacznie szybciej niż enzymy, których aktywność jest w dużej mierze stała we wszystkich warunkach fizjologicznych. Jednym z najszybciej degradowanych białek jest dekarboksylaza ornitynowa, której okres półtrwania wynosi 11 minut. W przeciwieństwie do innych białek, takich jak aktyna i miozyna, okres półtrwania wynosi miesiąc lub więcej, podczas gdy w istocie hemoglobina utrzymuje się przez cały okres życia erytrocytów.
reguła N-końca może częściowo określać okres półtrwania białka, a białka z segmentami bogatymi w prolinę, kwas glutaminowy, serynę i treoninę (tak zwane białka szkodników) mają krótki okres półtrwania. Inne czynniki podejrzewane o wpływ na szybkość degradacji obejmują szybkość deaminacji glutaminy i asparaginy oraz utlenianie cysteiny, histydyny i metioniny, brak stabilizujących ligandów, obecność dołączonych grup węglowodanowych lub fosforanowych, obecność wolnej grupy α-aminowej, ujemny ładunek białka oraz elastyczność i stabilność białka. Białka o większym stopniu zaburzeń wewnętrznych mają również krótki okres półtrwania w komórce, a nieuporządkowane segmenty zostały zaproponowane w celu ułatwienia skutecznej inicjacji degradacji przez proteasom.
szybkość proteolizy może również zależeć od stanu fizjologicznego organizmu, takiego jak jego stan hormonalny, a także stan odżywienia. W czasie głodu wzrasta szybkość degradacji białek.
Strawieedit
w trawieniu człowieka białka w żywności są rozkładane na mniejsze łańcuchy peptydowe przez enzymy trawienne, takie jak pepsyna, trypsyna, chymotrypsyna i elastaza, oraz na aminokwasy przez różne enzymy, takie jak karboksypeptydaza, aminopeptydaza i dipeptydaza. Konieczne jest rozbicie białek na małe peptydy (tripeptydy i dipeptydy) i aminokwasy, aby mogły być wchłaniane przez jelita, a wchłonięte tripeptydy i dipeptydy są również dalej rozkładane na aminokwasy wewnątrzkomórkowo, zanim wejdą do krwiobiegu. Różne enzymy mają różną specyficzność dla ich substratu; na przykład trypsyna rozszczepia wiązanie peptydowe po dodatnio naładowanej resztce (arginina i lizyna); chymotrypsyna rozszczepia Wiązanie po aromatycznej resztce (fenyloalanina, tyrozyna i tryptofan); elastaza rozszczepia Wiązanie po małej niepolarnej resztce, takiej jak alanina lub glicyna.
aby zapobiec niewłaściwej lub przedwczesnej aktywacji enzymów trawiennych (mogą one na przykład powodować samoistne trawienie trzustki powodujące zapalenie trzustki), enzymy te są wydzielane jako nieaktywny zymogen. Prekursor pepsyny, pepsynogen, jest wydzielany przez żołądek i jest aktywowany tylko w kwaśnym środowisku znajdującym się w żołądku. Trzustka wydziela prekursory wielu proteaz, takich jak trypsyna i chymotrypsyna. Zymogenem trypsyny jest Trypsynogen, który jest aktywowany przez bardzo specyficzną proteazę, enterokinazę, wydzielaną przez błonę śluzową dwunastnicy. Trypsyna, po aktywacji, może również rozszczepiać inne trypsynogeny, a także prekursory innych proteaz, takich jak chymotrypsyna i karboksypeptydaza, aby je aktywować.
u bakterii stosuje się podobną strategię stosowania nieaktywnego zymogenu lub prezymogenu. Subtilizyna, która jest wytwarzana przez Bacillus subtilis, jest wytwarzana jako preprosubtylizyna i jest uwalniana tylko wtedy, gdy peptyd sygnałowy zostanie rozszczepiony i wystąpi autokatalityczna aktywacja proteolityczna.
Regulacja Komórkowaedytuj
Proteoliza bierze również udział w regulacji wielu procesów komórkowych poprzez aktywację lub dezaktywację enzymów, czynników transkrypcyjnych i receptorów, na przykład w biosyntezie cholesterolu lub mediacji sygnalizacji trombiny przez receptory aktywowane proteazą.
niektóre enzymy w ważnych punktach kontroli metabolicznej, takich jak dekarboksylaza ornitynowa, są całkowicie regulowane przez szybkość syntezy i szybkość degradacji. Inne szybko zdegradowane białka obejmują produkty białkowe proto-onkogenów, które odgrywają centralną rolę w regulacji wzrostu komórek.
regulacja cyklu komórkowego
cykliny to grupa białek, które aktywują kinazy zaangażowane w podział komórek. Degradacja cyklin jest kluczowym etapem, który reguluje wyjście z mitozy i przejście do następnego cyklu komórkowego. Cykliny gromadzą się w trakcie cyklu komórkowego, a następnie nagle znikają tuż przed anafazą mitozy. Cykliny są usuwane drogą proteolityczną za pośrednictwem ubikwityny.
Apoptozyedytuj
kaspazy są ważną grupą proteaz biorących udział w apoptozie lub programowanej śmierci komórki. Prekursory kaspazy, prokaspazy, mogą być aktywowane przez proteolizę poprzez jej związek z kompleksem białkowym, który tworzy apoptosom, lub przez granzyme B, lub przez szlaki receptora śmierci.