Proteoliza sau degradarea proteinelor este un proces prin care proteinele unei celule pot fi degradate complet (pana la aminoacizii lor constituenti) sau partial (producand peptide). Adica, consta in hidroliza uneia sau mai multor legaturi peptidice care tin aminoacizii lor impreuna.
Acest proces poate avea loc datorita participarii altor proteine cu activitate enzimatica, in ale caror locuri active are loc hidroliza legaturilor. Poate aparea si prin „metode” neenzimatice, precum prin actiunea caldurii sau a unor substante cu pH extrem (foarte acid sau foarte bazic).
Degradarea proteinelor are loc atat la bacterii, cat si la animale si plante, dar este deosebit de frecventa la animale, mai ales la nivelul sistemului digestiv, intrucat de ea depind digestia si absorbtia intestinala a proteinelor ingerate odata cu alimentatia.
In plus, proteoliza este extrem de importanta pentru mentinerea si reglarea functionala a multiplelor procese celulare si este legata si de eliminarea acelor proteine care prezinta erori de traducere, pliere, ambalare, import, functionare etc.
Este important de subliniat ca este un proces ireversibil, de mare eficienta si ca functioneaza si in „reglarea regulatorilor”, deoarece nu numai ca elimina acele proteine care au activitati biologice „directe”, ci si pe cele care regleaza alte proteine sau expresia genelor corespunzatoare.
Tipuri de proteoliza
Proteinele interne ale unei celule pot fi degradate aleatoriu sau selectiv sau, ceea ce este acelasi lucru, intr-o maniera controlata sau necontrolata. La randul sau, asa cum sa mentionat anterior, acest proces poate avea loc prin intermediul unor enzime speciale sau datorita conditiilor de mediu definite ca pH acid si/sau alcalin.
Este important de mentionat ca orice proteina corect tradusa, pliata sau ambalata ascunde una sau mai multe secvente semnal de degradare care sunt „criptice” si care pot fi expuse atunci cand proteina este perturbata structural de temperatura, pH etc.
Proteoliza prin ubiquitinare
Ubiquitinatia (sistemul ubiquitin-proteazom) este un sistem prin care proteinele pot fi hidrolizate selectiv dupa ce au fost marcate in mod specific pentru degradare, proces care poate avea loc atat in citosol, cat si in nucleul celulei.
Acest sistem are capacitatea de a recunoaste si distruge proteinele marcate din nucleu si din citosol, precum si de a degrada proteinele care nu se pliaza corect in timpul translocatiei lor din citosol in reticulul endoplasmatic.
Functioneaza in principal prin adaugarea sau conjugarea proteinelor „tinta” la o mica proteina sau peptida cu 76 de reziduuri de aminoacizi, mai bine cunoscuta sub numele de ubiquitin. Acele proteine „etichetate” prin ubiquitinare sunt degradate in fragmente mici de proteazomul 26S, o proteaza cu mai multe subunitati.
Proteoliza prin autofagie
Autofagia este, de asemenea, considerata de unii autori ca o forma de proteoliza, cu distinctia ca are loc in interiorul unui compartiment membranos inchis care este indreptat catre lizozomi (in celulele animale), unde proteinele continute in interior sunt degradate de proteazele lizozomiale.
Proteoliza neenzimatica
Temperatura, pH-ul si chiar concentratia sarurilor intr-un mediu pot provoca hidroliza legaturilor peptidice care tin impreuna aminoacizii diferitelor tipuri de proteine, ceea ce are loc prin destabilizarea si intreruperea legaturilor.
Functii
Proteoliza are multe functii in organismele vii. In special, are legatura cu turnover-ul proteinelor, prin care moleculele specifice de proteine care au fost traduse din unul sau mai multi ribozomi sunt in cele din urma degradate la rate diferite.
Proteinele au un timp de injumatatire care variaza de la cateva secunde pana la cateva luni si produsele degradarii lor, reglate sau nu, mediate de enzime sau nu, sunt in general refolosite pentru sinteza de noi proteine, care probabil indeplinesc diferite functii.
Asa se intampla cu proteinele care sunt consumate cu alimente, care sunt degradate in tractul gastrointestinal de proteaze, inclusiv tripsina si pepsina; precum si cu unele proteine celulare cand celulele nu au suficienta hrana pentru a supravietui.
Sistemele proteolitice intracelulare detecteaza si elimina proteinele „anormale” care sunt potential toxice pentru celule, deoarece pot interactiona cu liganzi „nepotriviti din punct de vedere fiziologic”, in plus fata de producerea de agregate care provoaca impedimente mecanice si fizice in procesele celulare normale.
Acumularea de proteine anormale in interiorul celulelor, fie din cauza unor defecte ale sistemului proteolitic intern, fie din alte motive, este ceea ce multi oameni de stiinta considera a fi una dintre principalele cauze ale imbatranirii la fiintele vii multicelulare.
In sistemul imunitar
Proteoliza partiala a multor proteine din surse exogene sau straine, cum ar fi microorganismele invadatoare, de exemplu, este un proces fundamental pentru sistemul de raspuns imunitar, deoarece limfocitele T recunosc fragmentele scurte, produs al proteolizei (peptide) care le sunt prezentate in asociere. cu un set de proteine de suprafata.
Peptidele mentionate pot proveni din sistemul de ubiquitinare, din procese autofagice sau din evenimente de proteoliza necontrolate.
Alte functii
O alta functie a proteolizei limitate sau partiale este modificarea proteinelor nou formate, care functioneaza ca un „preparat” pentru functiile lor intra- sau extracelulare. Acest lucru este valabil, de exemplu, pentru anumiti hormoni si pentru proteine implicate in diferite procese metabolice.
Moartea celulara programata (apoptoza) depinde, de asemenea, in mare masura de proteoliza limitata sau partiala specifica locului a proteinelor intracelulare, care este mediata de o cascada de proteaze specifice numite caspaze.
Sistemele de reglare extracelulare depind, de asemenea, de proteoliza specifica locului, cel mai proeminent exemplu fiind coagularea sangelui.
Proteoliza generala sau completa indeplineste si functii esentiale pentru degradarea selectiva a acelor proteine a caror concentratie trebuie controlata cu atentie in functie de starea fiziologica, metabolica sau de dezvoltare a celulelor.
In plante
Plantele folosesc, de asemenea, procese proteolitice pentru a controla multe dintre aspectele lor fiziologice si de dezvoltare. Functioneaza, de exemplu, in mentinerea conditiilor intracelulare si in mecanismele de raspuns la conditii stresante precum seceta, salinitatea, temperatura, printre altele.
La fel ca la animale, proteoliza la plante colaboreaza la activarea si maturarea zimogenilor (proteine inactive), controleaza metabolismul, homeostazia, procesele de moarte celulara programata, dezvoltarea tesuturilor si organelor etc. In aceste organisme, calea de proteoliza a ubiquitinarii este una dintre cele mai importante.
