Post-translationell proteolytisk processingEdit
begränsad proteolys av en polypeptid under eller efter translation i proteinsyntes förekommer ofta för många proteiner. Detta kan innebära avlägsnande av N-terminal metionin, signalpeptid och/eller omvandling av ett inaktivt eller icke-funktionellt protein till ett aktivt. Föregångaren till den slutliga funktionella formen av protein kallas proprotein, och dessa proproteiner kan först syntetiseras som preproprotein. Till exempel syntetiseras albumin först som preproalbumin och innehåller en obehandlad signalpeptid. Detta bildar proalbumin efter signalpeptiden klyvs, och en ytterligare bearbetning för att avlägsna den N-terminala 6-restpropeptiden ger den mogna formen av proteinet.
avlägsnande av N-terminal metioninedit
den initierande metionin (och, i prokaryoter, fMet) kan avlägsnas under translation av det framväxande proteinet. För E. coli avlägsnas fMet effektivt om den andra återstoden är liten och oladdad, men inte om den andra återstoden är skrymmande och laddad. I både prokaryoter och eukaryoter kan den exponerade N-terminala återstoden bestämma halveringstiden för proteinet enligt n-end-regeln.
avlägsnande av signalsekvensenedit
proteiner som ska riktas mot en viss organell eller för utsöndring har en N-terminal signalpeptid som leder proteinet till dess slutdestination. Denna signalpeptid avlägsnas genom proteolys efter deras transport genom ett membran.
klyvning av polyproteinsEdit
vissa proteiner och de flesta eukaryota polypeptidhormoner syntetiseras som en stor prekursorpolypeptid känd som ett polyprotein som kräver proteolytisk klyvning i enskilda mindre polypeptidkedjor. Polyproteinpro-opiomelanokortin (POMC) innehåller många polypeptidhormoner. Klyvningsmönstret för POMC kan emellertid variera mellan olika vävnader, vilket ger olika uppsättningar polypeptidhormoner från samma polyprotein.
många virus producerar också sina proteiner initialt som en enda polypeptidkedja som översattes från ett polycistroniskt mRNA. Denna polypeptid klyvs därefter i enskilda polypeptidkedjor. Vanliga namn för polyproteinet inkluderar gag (gruppspecifikt antigen) i Retrovirus och ORF1ab i Nidovirales. Det senare namnet hänvisar till det faktum att en hal sekvens i mRNA som kodar för polypeptiden orsakar ribosomal ramskiftning, vilket leder till två olika längder av peptidiska kedjor (a och ab) i ett ungefär fast förhållande.
klyvning av prekursorproteinsedit
många proteiner och hormoner syntetiseras i form av deras prekursorer – zymogener, proenzymer och prehormoner. Dessa proteiner klyvs för att bilda sina slutliga aktiva strukturer. Insulin syntetiseras till exempel som preproinsulin, vilket ger proinsulin efter att signalpeptiden har klyvts. Proinsulinet klyvs sedan i två positioner för att ge två polypeptidkedjor kopplade av två disulfidbindningar. Avlägsnande av två C-terminala rester från B-kedjan ger sedan det mogna insulinet. Proteinvikning sker i den Enkelkedjiga Proinsulinformen som underlättar bildandet av de slutligen interpeptiddisulfidbindningarna och den slutligen intra-peptiddisulfidbindningen, som finns i den ursprungliga strukturen av insulin.
proteaser i synnerhet syntetiseras i inaktiv form så att de kan lagras säkert i celler och redo för frisättning i tillräcklig mängd vid behov. Detta är för att säkerställa att proteaset endast aktiveras på rätt plats eller sammanhang, eftersom olämplig aktivering av dessa proteaser kan vara mycket destruktiv för en organism. Proteolys av zymogenen ger ett aktivt protein; till exempel, när trypsinogen klyvs för att bilda trypsin, uppträder en liten omläggning av proteinstrukturen som fullbordar proteasets aktiva plats och därigenom aktiverar proteinet.
proteolys kan därför vara en metod för att reglera biologiska processer genom att omvandla inaktiva proteiner till aktiva. Ett bra exempel är blodkoagulationskaskaden där en initial händelse utlöser en kaskad av sekventiell proteolytisk aktivering av många specifika proteaser, vilket resulterar i blodkoagulering. Komplementsystemet för immunsvaret innefattar också en komplex Sekventiell proteolytisk aktivering och interaktion som resulterar i en attack på invaderande patogener.
Proteinnedbrytningredigera
proteinnedbrytning kan ske intracellulärt eller extracellulärt. Vid matsmältning kan matsmältningsenzymer släppas ut i miljön för extracellulär matsmältning, varigenom proteolytisk klyvning bryter proteiner i mindre peptider och aminosyror så att de kan absorberas och användas. Hos djur kan maten bearbetas extracellulärt i specialiserade organ eller tarmar, men i många bakterier kan maten internaliseras via fagocytos. Mikrobiell nedbrytning av protein i miljön kan regleras av näringstillgänglighet. Till exempel inducerar begränsning för huvudelement i proteiner (kol, kväve och svavel) proteolytisk aktivitet i svampen Neurospora crassa såväl som i jordorganismsamhällen.
proteiner i celler är uppdelade i aminosyror. Denna intracellulära nedbrytning av protein tjänar flera funktioner: Det tar bort skadat och onormalt protein och förhindrar ackumulering. Det tjänar också till att reglera cellulära processer genom att ta bort enzymer och regulatoriska proteiner som inte längre behövs. Aminosyrorna kan sedan återanvändas för proteinsyntes.
lysosom och proteasomedit
den intracellulära nedbrytningen av protein kan uppnås på två sätt – proteolys i lysosom eller en ubiquitinberoende process som riktar sig mot oönskade proteiner mot proteasom. Den autofagi-lysosomala vägen är normalt en icke-selektiv process, men den kan bli selektiv vid svält där proteiner med peptidsekvens KFERQ eller liknande selektivt bryts ner. Lysosomen innehåller ett stort antal proteaser såsom katepsiner.
den ubiquitinmedierade processen är selektiv. Proteiner markerade för nedbrytning är kovalent kopplade till ubiquitin. Många molekyler av ubiquitin kan kopplas i tandem till ett protein som är avsett för nedbrytning. Det polyubikinerade proteinet riktas mot ett ATP-beroende proteaskomplex, proteasomen. Ubiquitinet frigörs och återanvänds, medan det riktade proteinet bryts ned.
hastighet för intracellulär proteinnedbrytning
olika proteiner bryts ned i olika takt. Onormala proteiner bryts snabbt ned, medan nedbrytningshastigheten för normala proteiner kan variera mycket beroende på deras funktioner. Enzymer vid viktiga metaboliska kontrollpunkter kan brytas ned mycket snabbare än de enzymer vars aktivitet i stort sett är konstant under alla fysiologiska förhållanden. Ett av de snabbast nedbrutna proteinerna är ornitindekarboxylas, som har en halveringstid på 11 minuter. Däremot har andra proteiner som aktin och myosin en halveringstid på en månad eller mer, medan hemoglobinet i huvudsak varar under hela livslängden för en erytrocyt.
n-end-regeln kan delvis bestämma halveringstiden för ett protein, och proteiner med segment rik på prolin, glutaminsyra, serin och treonin (de så kallade PEST-proteinerna) har kort halveringstid. Andra faktorer som misstänks påverka nedbrytningshastigheten inkluderar hastighetsdeaminering av glutamin och asparagin och oxidation av cystein, histidin och metionin, frånvaron av stabiliserande ligander, närvaron av bifogade kolhydrat-eller fosfatgrupper, närvaron av fri 6-aminogrupp, den negativa laddningen av protein och flexibiliteten och stabiliteten hos proteinet. Proteiner med större grader av inneboende störning tenderar också att ha kort cellulär halveringstid, med oordnade segment som har föreslagits för att underlätta effektiv initiering av nedbrytning av proteasomen.
proteolyshastigheten kan också bero på organismens fysiologiska tillstånd, såsom dess hormonella tillstånd samt näringsstatus. I tid av svält ökar graden av proteinnedbrytning.
DigestionEdit
vid mänsklig matsmältning bryts proteiner i mat ner i mindre peptidkedjor av matsmältningsenzymer såsom pepsin, trypsin, chymotrypsin och elastas och till aminosyror av olika enzymer såsom karboxipeptidas, aminopeptidas och dipeptidas. Det är nödvändigt att bryta ner proteiner i små peptider (tripeptider och dipeptider) och aminosyror så att de kan absorberas av tarmarna, och de absorberade tripeptiderna och dipeptiderna bryts också ytterligare in i aminosyror intracellulärt innan de kommer in i blodomloppet. Olika enzymer har olika specificitet för deras substrat; trypsin klyver till exempel peptidbindningen efter en positivt laddad Rest (arginin och lysin); chymotrypsin klyver bindningen efter en aromatisk Rest (fenylalanin, tyrosin och tryptofan); elastas klyver bindningen efter en liten icke-polär Rest såsom alanin eller glycin.
för att förhindra olämplig eller för tidig aktivering av matsmältningsenzymerna (de kan till exempel utlösa pankreatisk självförtunning som orsakar pankreatit) utsöndras dessa enzymer som inaktiv zymogen. Föregångaren till pepsin, pepsinogen, utsöndras av magen och aktiveras endast i den sura miljön som finns i magen. Bukspottkörteln utsöndrar föregångarna till ett antal proteaser såsom trypsin och chymotrypsin. Zymogen av trypsin är trypsinogen, som aktiveras av ett mycket specifikt proteas, enterokinas, utsöndrat av slemhinnan i duodenum. Trypsinet, som en gång aktiverats, kan också klyva andra trypsinogener såväl som föregångarna till andra proteaser såsom chymotrypsin och karboxipeptidas för att aktivera dem.
i bakterier används en liknande strategi för att använda en inaktiv zymogen eller prezymogen. Subtilisin, som produceras av Bacillus subtilis, produceras som preprosubtilisin och frigörs endast om signalpeptiden klyvs och autokatalytisk proteolytisk aktivering har inträffat.
cellulär regulationEdit
proteolys är också involverad i reglering av många cellulära processer genom att aktivera eller avaktivera enzymer, transkriptionsfaktorer och receptorer, till exempel i biosyntesen av kolesterol, eller förmedling av trombinsignalering genom proteasaktiverade receptorer.
vissa enzymer vid viktiga metaboliska kontrollpunkter såsom ornitindekarboxylas regleras helt av dess synteshastighet och dess nedbrytningshastighet. Andra snabbt nedbrutna proteiner inkluderar proteinprodukterna från proto-onkogener, som spelar centrala roller i regleringen av celltillväxt.
cellcycle regulationEdit
cykliner är en grupp proteiner som aktiverar kinaser som är involverade i celldelning. Nedbrytningen av cykliner är det viktigaste steget som styr utgången från mitos och framsteg till nästa cellcykel. Cykliner ackumuleras i kursen cellcykeln, sedan plötsligt försvinner strax före anafas av mitos. Cyklinerna avlägsnas via en ubiquitinmedierad proteolytisk väg.
ApoptosisEdit
caspaser är en viktig grupp proteaser som är involverade i apoptos eller programmerad celldöd. Prekursorerna av kaspas, prokaspas, kan aktiveras genom proteolys genom dess association med ett proteinkomplex som bildar apoptosom, eller genom granzyme B, eller via dödsreceptorvägarna.