ПРОТЕОЛИЗА: ВРСТЕ И ФУНКЦИЈЕ - БИОЛОГИЈА - 2026

Протеолиза или протеин деградација је процес којим протеини ћелије може разградити у потпуности (до његовог саставног амино киселина) или делимично (продукцију пептида). Односно, састоји се од хидролизе једне или више пептидних веза које своје аминокиселине држе заједно.

Овај процес се може догодити захваљујући учешћу других протеина с ензиматском активношћу, на чијим активним местима долази до хидролизе веза. Може се појавити и неензиматским „методама“, попут дејства топлоте или супстанци екстремних пХ (веома киселих или врло базних).

Основна шема протеолизе протеина (Извор: Фдардел виа Викимедиа Цоммонс)

Деградација протеина дешава се код бактерија, животиња и биљака, али је нарочито уобичајена код животиња, посебно на нивоу дигестивног система, јер од тога зависе пробава и цревна апсорпција протеина који се уносе у исхрану.

Поред тога, протеолиза је од највећег значаја за функционално одржавање и регулацију више ћелијских процеса, а такође има везе са елиминацијом оних протеина који представљају грешке у превођењу, савијању, паковању, увозу, функционисању итд.

Важно је напоменути да је реч о неповратном, веома делотворном процесу који делује и у „регулацији регулатора“, јер не уклања само оне протеине који имају „директне“ биолошке активности, већ и оне који регулишу друге протеине или експресија одговарајућих гена.

Врсте протеолизе

Унутрашњи протеини ћелије могу се разградити насумично или селективно или, на исти начин, на контролисан начин или не. Заузврат, као што је раније коментарисано, овај процес се може одвијати кроз посебне ензиме или услед дефинисаних услова животне средине, као што су кисели и / или алкални пХ.

Важно је напоменути да сваки правилно преведен, пресавијен или упакован протеин крије један или више сигналних низова разградње који су „криптични“ и који могу бити изложени када је протеин структурно поремећен температуром, пХ итд.

Свеприсутна протеолиза

Убиквитација (систем убиквитин-протеасома) је систем помоћу којег протеини могу селективно хидролизовати након што су посебно означени за разградњу, процес који се може догодити и у цитосолу и у ћелијском језгру.

Овај систем има способност препознавања и уништавања обележених протеина у језгру и у цитосолу, као и разградње протеина који се не пресађују правилно током њихове премештања из цитосола у ендоплазматски ретикулум.

Процес означавања убиквитина (убиквитинација) (Извор: Рогердодд путем Викимедиа Цоммонс)

Делује превасходно додавањем или коњуговањем „циљних“ протеина у мали 76 протеински остатак аминокиселине или пептид, познатији као убиквитин. Ти протеини „обележени“ убиквитацијом се разграђују у мале фрагменте протеасомом 26С, мулти-подјединицом протеазе.

Протеолиза аутофагијом

Аутопхагија такође неки аутори сматрају обликом протеолизе, с разликом што се јавља унутар затвореног мембранског одељка који је усмерен према лизосомима (у животињским ћелијама), где протеини садржани у њему разграђују лизосомске протеазе.

Неензимска протеолиза

Температура, пХ, па чак и концентрација соли у медијуму могу изазвати хидролизу пептидних веза које држе аминокиселине различитих врста протеина заједно, што се догађа дестабилизацијом и прекидом веза.

Карактеристике

Протеолиза има многе функције у живим организмима. Посебно има везе са прометом протеина, при чему се неки специфични протеински молекули преведени из једног или више рибосома на крају разграђују различитим брзинама.

Протеини имају полуживот који варира од неколико секунди до неколико месеци, а производи њихове разградње, било да су регулисани или не, посредовани ензимима или не, у правилу се поново користе за синтезу нових протеина који вероватно испуњавају различите функције.

То се дешава са протеинима који се конзумирају са храном, који се разградњом у гастроинтестиналном тракту протеазама, укључујући трипсин и пепсин; као и са неким ћелијским протеинима када ћелијама недостаје довољно хране да би преживеле.

Интрацелуларни протеолитички системи откривају и елиминишу „ненормалне“ протеине који су потенцијално токсични за ћелије, јер могу да ступају у интеракцију са „физиолошки неприкладним“ лигандима, поред тога што производе агрегате који узрокују механичке и физичке препреке нормалним ћелијским процесима.

Акумулација ненормалних протеина унутар ћелије, било због недостатака у унутрашњем протеолитичком систему или због других разлога, је оно што многи научници сматрају једним од главних узрока старења код вишећелијских живих бића.

У имунолошком систему

Делимична протеолиза многих протеина из егзогених или страних извора, као што је инвазија микроорганизама, на пример, је основни процес за имунолошки одговор, јер Т лимфоцити препознају кратке фрагменте, производ протеолизе (пептида) који су им представљени. заједно са скупином површинских протеина.

Наведени пептиди могу потицати из система убиквитације, аутофагичних процеса или неконтролисаних догађаја протеолизе.

Остале функције

Друга функција ограничене или делимичне протеолизе је модификација новоформираних протеина, која функционише као "препарат" за њихове унутар- или ванћелијске функције. То важи, на пример, за одређене хормоне и за протеине који учествују у различитим метаболичким процесима.

Програмирана ћелијска смрт (апоптоза) такође у великој мери зависи од ограничене или делимичне „сите-специфиц“ протеолизе унутарћелијских протеина, посредоване каскадом специфичних протеаза које се називају каспазе.

Изванстанични регулаторни системи такође зависе од места специфичне протеолизе и најистакнутији пример је коагулација крви.

Општа или потпуна протеолиза такође испуњава суштинске функције за селективну разградњу тих протеина чија концентрација мора бити пажљиво контролисана у зависности од физиолошке, метаболичке или развоја ћелија.

У биљкама

Биљке такође користе протеолитичке процесе за контролу многих њихових физиолошких и развојних аспеката. Делује, на пример, у одржавању међућелијских услова и у механизмима реакције на стресне услове као што су суша, сланост, температура, између осталог.

Као и код животиња, протеолиза у биљкама сарађује у активирању и сазревању зимогена (неактивних протеина), контролише метаболизам, хомеостазу, процесе програмиране ћелијске смрти, развој ткива и органа итд. У овим организмима пут протеолизе убиквитацијом је један од најважнијих.

Референце

1. Албертс, Б., Браи, Д., Хопкин, К., Јохнсон, АД, Левис, Ј., Рафф, М.,… и Валтер, П. (2013). Битна ћелијска биологија. Гарланд Сциенце.
2. Мауризи, МР (1992). Протеазе и разградња протеина у Есцхерицхиа цоли. Екпериентиа, 48 (2), 178-201.
3. Варшавски, А. (2005). Регулисана разградња протеина. Трендови у биохемијским наукама, 30 (6), 283-286.
4. Виерстра, РД (1996). Протеолиза у биљкама: механизми и функције. У пост-транскрипцијској контроли експресије гена у биљкама (стр. 275-302). Спрингер, Дордрецхт.
5. Волф, ДХ и Менссен, Р. (2018). Механизми ћелијске регулације - протеолиза, велико изненађење. ФЕБС писма, 592 (15), 2515-2524.