PROTEOLIZ: TÜRLERI VE IŞLEVLERI - BIYOLOJI - 2025

Proteoliz veya protein yıkımı, bir hücrenin proteinleri (peptitleri üreten) kısmen (amino asitler kendi bileşen kadar) tamamen indirgendi ya da ulaşılabilen bir süreçtir. Yani, amino asitlerini bir arada tutan bir veya daha fazla peptit bağının hidrolizinden oluşur.

Bu süreç, bağların hidrolizinin aktif bölgelerinde meydana gelen enzimatik aktiviteye sahip diğer proteinlerin katılımı sayesinde gerçekleşebilir. Ayrıca, ısının veya aşırı pH'lı maddelerin (çok asidik veya çok bazik) etkisiyle enzimatik olmayan "yöntemler" ile de meydana gelebilir.

Bir proteinin proteolizinin temel şeması (Kaynak: Wikimedia Commons aracılığıyla Fdardel)

Protein yıkımı, bakterilerde olduğu kadar hayvanlarda ve bitkilerde de meydana gelir, ancak diyetle alınan proteinlerin sindirimi ve bağırsaktan emilimi buna bağlı olduğu için özellikle hayvanlarda özellikle sindirim sistemi seviyesinde yaygındır.

Ek olarak, proteoliz, birden fazla hücresel işlemin işlevsel bakımı ve düzenlenmesi için son derece önemlidir ve ayrıca dönüştürme, katlama, paketleme, içe aktarma, çalıştırma vb. Hatalar sunan proteinlerin ortadan kaldırılmasıyla da ilgilidir.

Bunun geri döndürülemez bir süreç olduğunu, oldukça etkili olduğunu ve aynı zamanda "düzenleyicilerin düzenlenmesinde" de çalıştığını belirtmek önemlidir, çünkü yalnızca "doğrudan" biyolojik aktiviteye sahip proteinleri değil, aynı zamanda diğer proteinleri veya diğer proteinleri düzenleyenleri de ortadan kaldırır. karşılık gelen genlerin ifadesi.

Proteoliz türleri

Bir hücrenin iç proteinleri rastgele veya seçici olarak veya aynı şekilde kontrollü bir şekilde veya olmayarak parçalanabilir. Buna karşılık, daha önce yorumlandığı gibi, bu işlem özel enzimler aracılığıyla veya asidik ve / veya alkali pH gibi tanımlanmış çevresel koşullar nedeniyle gerçekleşebilir.

Herhangi bir doğru çevrilmiş, katlanmış veya paketlenmiş proteinin, "kriptik" olan ve protein yapısal olarak sıcaklık, pH, vb. Tarafından bozulduğunda açığa çıkabilen bir veya daha fazla bozulma sinyali dizisini gizlediğini belirtmek önemlidir.

Ubikitin proteoliz

Ubikitinasyon (ubikitin-proteazom sistemi), proteinlerin, özellikle degradasyon için işaretlendikten sonra seçici olarak hidrolize edilebildiği bir sistemdir, hem sitozolde hem de hücre çekirdeğinde meydana gelebilen bir süreçtir.

Bu sistem, çekirdekte ve sitozoldeki etiketlenmiş proteinleri tanıma ve yok etme ve ayrıca sitozolden endoplazmik retikuluma translokasyonu sırasında düzgün şekilde katlanmayan proteinleri parçalama yeteneğine sahiptir.

Ubikitin etiketleme işlemi (Ubiquitination) (Kaynak: Rogerdodd, Wikimedia Commons aracılığıyla)

Öncelikle "hedef" proteinleri, daha iyi ubikitin olarak bilinen 76 amino asit kalıntılı küçük bir protein veya peptide ekleyerek veya birleştirerek çalışır. Ubikitinasyonla "etiketlenen" proteinler, çok alt birimli bir proteaz olan 26S proteazomu tarafından küçük parçalara indirgenir.

Otofaji ile proteoliz

Otofaji, bazı yazarlar tarafından, lizozomlara (hayvan hücrelerinde) yönelik kapalı bir membranöz bölme içinde meydana gelmesi ayrımı ile bir proteoliz formu olarak kabul edilir; lizozomal proteazlar.

Enzimatik olmayan proteoliz

Bir ortamın sıcaklığı, pH'ı ve hatta tuz konsantrasyonu, farklı protein türlerinin amino asitlerini bir arada tutan peptit bağlarının hidrolizine neden olabilir ve bu, bağların dengesizleşmesi ve kesintiye uğraması ile oluşur.

Özellikleri

Proteolizin canlı organizmalarda birçok işlevi vardır. Özellikle, bir veya daha fazla ribozomdan çevrilen bazı spesifik protein moleküllerinin sonunda farklı oranlarda bozunduğu protein dönüşümü ile ilgilidir.

Proteinlerin yarı ömürleri birkaç saniyeden birkaç aya kadar değişir ve bozunmalarının ürünleri, düzenlenmiş olsun ya da olmasın, enzimlerin aracılık ettiği ya da etmediği, genellikle muhtemelen farklı işlevleri yerine getiren yeni proteinlerin sentezi için yeniden kullanılır.

Tripsin ve pepsin de dahil olmak üzere proteazlar tarafından gastrointestinal kanalda bozunan gıda ile tüketilen proteinlerde olan budur; yanı sıra, hücrelerin hayatta kalmak için yeterli yiyeceğe sahip olmadığı bazı hücresel proteinlerle.

Hücre içi proteolitik sistemler, normal hücresel işlemlere mekanik ve fiziksel engellere neden olan agregatlar üretmenin yanı sıra "fizyolojik olarak uygun olmayan" ligandlarla etkileşime girebildiklerinden, hücreler için potansiyel olarak toksik olan "anormal" proteinleri tespit eder ve ortadan kaldırır.

İç proteolitik sistemdeki kusurlardan veya başka nedenlerden dolayı hücre içinde anormal protein birikimi, birçok bilim insanının çok hücreli canlılarda yaşlanmanın ana nedenlerinden biri olduğunu düşündüğü şeydir.

Bağışıklık sisteminde

Örneğin, istilacı mikroorganizmalar gibi eksojen veya yabancı kaynaklardan birçok proteinin kısmi proteolizi, bağışıklık yanıt sistemi için temel bir süreçtir, çünkü T lenfositleri, kendilerine sunulan proteoliz (peptidler) ürünü olan kısa parçaları tanır. bir dizi yüzey proteini ile bağlantılı olarak.

Söz konusu peptitler, her yerde bulunma sisteminden, otofajik süreçlerden veya kontrolsüz proteoliz olaylarından gelebilir.

Diğer fonksiyonlar

Sınırlı veya kısmi proteolizin başka bir işlevi, hücre içi veya hücre dışı işlevleri için bir "preparasyon" olarak işlev gören yeni oluşan proteinlerin modifikasyonudur. Bu, örneğin belirli hormonlar ve farklı metabolik süreçlerde yer alan proteinler için geçerlidir.

Programlanmış hücre ölümü (apoptoz) ayrıca büyük ölçüde, kaspazlar adı verilen bir dizi spesifik proteazın aracılık ettiği, hücre içi proteinlerin sınırlı veya kısmi "sahaya özgü" proteolizine bağlıdır.

Hücre dışı düzenleyici sistemler ayrıca bölgeye özgü proteolize bağlıdır ve en belirgin örnek kan pıhtılaşmasıdır.

Genel veya tam proteoliz ayrıca, konsantrasyonları hücrelerin fizyolojik, metabolik veya gelişimine bağlı olarak dikkatle kontrol edilmesi gereken proteinlerin seçici bozunması için gerekli işlevleri de yerine getirir.

Bitkilerde

Bitkiler ayrıca fizyolojik ve gelişimsel yönlerinin çoğunu kontrol etmek için proteolitik süreçler kullanırlar. Örneğin, hücre içi koşulların sürdürülmesinde ve diğerleri arasında kuraklık, tuzluluk, sıcaklık gibi stresli koşullara yanıt mekanizmalarında çalışır.

Hayvanlarda olduğu gibi, bitkilerde proteoliz, zimojenlerin (inaktif proteinler) aktivasyonu ve olgunlaşmasında işbirliği yapar, metabolizmayı, homeostazı, programlanmış hücre ölümü süreçlerini, doku ve organların gelişimini kontrol eder. Bu organizmalarda ubikitinasyon yoluyla proteoliz yolu en önemlilerinden biridir.

Referanslar

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Temel hücre biyolojisi. Garland Bilimi.
2. Maurizi, MR (1992). Escherichia coli'de proteazlar ve protein yıkımı. Experientia, 48 (2), 178-201.
3. Varshavsky, A. (2005). Düzenlenmiş protein yıkımı. Biyokimyasal bilimlerdeki eğilimler, 30 (6), 283-286.
4. Vierstra, RD (1996). Bitkilerde proteoliz: mekanizmalar ve işlevler. Bitkilerde Gen İfadesinin Transkripsiyon Sonrası Kontrolünde (sayfa 275-302). Springer, Dordrecht.
5. Wolf, DH ve Menssen, R. (2018). Hücre düzenleme mekanizmaları - proteoliz, büyük sürpriz. FEBS mektupları, 592 (15), 2515-2524.