PROTEOLISIS: JENIS DAN FUNGSI - BIOLOGI

The proteolysis atau protein degradasi adalah satu proses yang mana protein sel boleh dihina sepenuhnya (sehingga konstituennya amino asid) atau sebahagiannya (menghasilkan peptida). Iaitu, ia terdiri daripada hidrolisis satu atau lebih ikatan peptida yang menyatukan asid amino mereka bersama.

Proses ini dapat berlaku berkat penyertaan protein lain dengan aktiviti enzimatik, di mana tapak aktif hidrolisis ikatan berlaku. Ia juga dapat terjadi dengan "kaedah" non-enzimatik, seperti dengan tindakan panas atau zat dengan pH yang melampau (sangat berasid atau sangat asas).

Skema asas proteolisis protein (Sumber: Fdardel melalui Wikimedia Commons)

Degradasi protein berlaku pada bakteria, haiwan dan tumbuhan, tetapi sangat umum terjadi pada haiwan, terutama pada tahap sistem pencernaan, kerana pencernaan dan penyerapan usus dari protein yang dimakan dengan diet bergantung padanya.

Sebagai tambahan, proteolisis sangat penting untuk penyelenggaraan fungsional dan pengawalan beberapa proses selular dan juga berkaitan dengan penghapusan protein yang menimbulkan kesalahan dalam terjemahan, lipatan, pembungkusan, pengimportan, fungsi, dll.

Penting untuk diperhatikan bahawa ia adalah proses yang tidak dapat dipulihkan, sangat berkesan dan juga berfungsi dalam "peraturan pengatur", kerana tidak hanya menghilangkan protein yang mempunyai aktiviti biologi "langsung", tetapi juga yang mengatur protein lain atau ungkapan gen yang sepadan.

Jenis-jenis proteolisis

Protein dalaman sel dapat dikurangkan secara rawak atau selektif atau, yang sama, dengan cara terkawal atau tidak. Sebaliknya, seperti yang telah dikomentari sebelumnya, proses ini boleh berlaku melalui enzim khas atau disebabkan oleh keadaan persekitaran yang ditentukan seperti pH berasid dan / atau alkali.

Penting untuk disebutkan bahawa mana-mana protein yang diterjemahkan, dilipat atau dibungkus dengan betul menyembunyikan satu atau lebih urutan isyarat degradasi yang "samar" dan boleh terdedah apabila protein secara struktural terganggu oleh suhu, pH, dll.

Proteolisis Ubiquitination

Ubiquitination (ubiquitin-proteasome system) adalah sistem di mana protein dapat dihidrolisis secara selektif setelah ditandai secara khusus untuk degradasi, suatu proses yang dapat terjadi baik di sitosol dan di dalam nukleus sel.

Sistem ini mempunyai kemampuan untuk mengenali dan memusnahkan protein berlabel di nukleus dan di sitosol, serta menurunkan protein yang tidak dapat dilipat dengan betul semasa translokasi dari sitosol ke retikulum endoplasma.

Proses pelabelan Ubiquitin (Ubiquitination) (Sumber: Rogerdodd via Wikimedia Commons)

Ia berfungsi terutamanya dengan menambahkan atau mengkonjugasi protein "sasaran" ke protein residu asid amino kecil atau peptida, yang lebih dikenali sebagai ubiquitin. Protein-protein yang "ditandai" oleh mana-mana terdegradasi menjadi serpihan kecil oleh proteasome 26S, protease multi-subunit.

Proteolisis oleh autophagy

Autophagy juga dianggap oleh beberapa penulis sebagai bentuk proteolisis, dengan perbezaan bahawa ia berlaku dalam petak membran tertutup yang diarahkan ke lisosom (dalam sel haiwan), di mana protein yang terdapat di dalamnya terdegradasi oleh protease lisosom.

Proteolisis bukan enzim

Suhu, pH, dan bahkan kepekatan garam medium dapat menyebabkan hidrolisis ikatan peptida yang menahan asid amino dari pelbagai jenis protein bersama-sama, yang berlaku oleh ketidakstabilan dan gangguan ikatan.

ciri-ciri

Proteolisis mempunyai banyak fungsi dalam organisma hidup. Khususnya, ini berkaitan dengan pergantian protein, di mana beberapa molekul protein tertentu yang diterjemahkan dari satu atau lebih ribosom akhirnya terdegradasi pada kadar yang berbeza.

Protein mempunyai masa paruh yang bervariasi dari beberapa saat hingga beberapa bulan dan produk penurunannya, sama ada diatur atau tidak, dimediasi oleh enzim atau tidak, umumnya digunakan semula untuk sintesis protein baru, yang mungkin memenuhi fungsi yang berbeza.

Inilah yang berlaku dengan protein yang dimakan bersama makanan, yang terdegradasi di saluran gastrointestinal oleh protease, termasuk trypsin dan pepsin; begitu juga dengan beberapa protein selular ketika sel kekurangan makanan yang cukup untuk bertahan hidup.

Sistem proteolitik intraselular mengesan dan menghilangkan protein "tidak normal" yang berpotensi toksik kepada sel, kerana mereka dapat berinteraksi dengan ligan "fisiologikal yang tidak sesuai", selain menghasilkan agregat yang menyebabkan gangguan mekanikal dan fizikal terhadap proses selular normal.

Pengumpulan protein yang tidak normal di dalam sel, sama ada disebabkan oleh kecacatan pada sistem proteolitik dalaman atau untuk alasan lain, inilah yang dianggap oleh banyak saintis sebagai salah satu penyebab utama penuaan pada makhluk hidup multisel.

Dalam sistem imun

Proteolisis separa dari banyak protein dari sumber eksogen atau asing seperti mikroorganisma menyerang, sebagai contoh, adalah proses asas untuk sistem tindak balas imun, kerana limfosit T mengenali serpihan pendek, produk proteolisis (peptida) yang disampaikan kepada mereka. bersekutu dengan sekumpulan protein permukaan.

Peptida tersebut boleh berasal dari sistem mana-mana, proses autofagik atau kejadian proteolisis yang tidak terkawal.

Fungsi lain

Fungsi lain dari proteolisis terhad atau separa adalah pengubahsuaian protein yang baru terbentuk, yang berfungsi sebagai "persiapan" untuk fungsi intra atau ekstraselular mereka. Ini benar, misalnya, untuk hormon tertentu dan protein yang terlibat dalam proses metabolik yang berbeza.

Kematian sel yang diprogramkan (apoptosis) juga bergantung pada sebagian besar pada protolisis protein intraselular yang terbatas atau sebahagian "spesifik-lokasi", yang dimediasi oleh lata protein spesifik yang disebut caspases.

Sistem pengawalan ekstraselular juga bergantung pada proteolisis khusus lokasi dan contoh yang paling menonjol adalah pembekuan darah.

Proteolisis umum atau lengkap juga memenuhi fungsi penting untuk degradasi selektif protein yang kepekatannya mesti dikawal dengan teliti bergantung pada fisiologi, metabolik atau perkembangan sel.

Di tumbuh-tumbuhan

Tumbuhan juga menggunakan proses proteolitik untuk mengawal banyak aspek fisiologi dan perkembangannya. Ia berfungsi, misalnya, dalam pemeliharaan keadaan intraselular dan mekanisme tindak balas terhadap keadaan tertekan seperti kekeringan, kemasinan, suhu, antara lain.

Seperti pada haiwan, proteolisis pada tumbuhan berkolaborasi dalam pengaktifan dan pematangan zimogen (protein tidak aktif), mengawal metabolisme, homeostasis, proses kematian sel yang diprogramkan, pengembangan tisu dan organ, dll. Dalam organisma ini, jalan proteolisis oleh ubiquitination adalah salah satu yang paling penting.

Rujukan

Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M., … & Walter, P. (2013). Biologi sel penting. Ilmu Garland.
Maurizi, MR (1992). Protease dan degradasi protein dalam Escherichia coli. Experientia, 48 (2), 178-201.
Varshavsky, A. (2005). Kerosakan protein yang terkawal. Trend sains biokimia, 30 (6), 283-286.
Vierstra, RD (1996). Proteolisis pada tumbuhan: mekanisme dan fungsi. Dalam Kawalan Pasca Transkripsional Ekspresi Gen dalam Tumbuhan (hlm. 275-302). Springer, Dordrecht.
Wolf, DH, & Menssen, R. (2018). Mekanisme peraturan sel - proteolisis, kejutan besar. Surat FEBS, 592 (15), 2515-2524.

PROTEOLISIS: JENIS DAN FUNGSI - BIOLOGI - 2025