חלבון חלבון: סוגים ותפקודים - ביולוגיה - 2025

Proteolysis השפלה או חלבון הוא תהליך שבו חלבונים של התא יכול להיות מושפל לחלוטין (עד המרכיבות אמינו וחומצות) או חלקית (הפקת פפטידים). כלומר, זה מורכב מהידרוליזה של אחד או יותר מכבלי הפפטיד המחזיקים יחד את חומצות האמינו שלהם.

תהליך זה יכול להתרחש בזכות השתתפותם של חלבונים אחרים בעלי פעילות אנזימטית, אשר באתרים הפעילים שלהם מתרחשת הידרוליזה של הקשרים. זה יכול להתרחש גם על ידי "שיטות" לא אנזימטיות, כמו למשל על ידי פעולת חום או חומרים בעלי pH קיצוני (מאוד חומצי או בסיסי מאוד).

תוכנית בסיסית לפרוטאוליזה של חלבון (מקור: Fdardel באמצעות ויקימדיה Commons)

השפלת חלבונים מתרחשת בחיידקים, בבעלי חיים ובצמחים, אך שכיחה במיוחד אצל בעלי חיים, בעיקר ברמה של מערכת העיכול, מכיוון שהעיכול והספיגה במעי של החלבונים שנבלעו בתזונה תלויים בה.

בנוסף, פרוטאוליזה היא בעלת חשיבות עליונה לתחזוקה ופונקציה פונקציונאלית של תהליכים סלולריים מרובים והיא קשורה גם לחיסול אותם חלבונים המציגים שגיאות בתרגום, קיפול, אריזה, יבוא, תפקוד וכו '.

חשוב לציין שמדובר בתהליך בלתי הפיך ויעיל ביותר שפועל גם ב"הסדרת הרגולטורים ", מכיוון שהוא לא רק מבטל את אותם חלבונים שיש להם פעילויות ביולוגיות" ישירות ", אלא גם אלה המווסתים חלבונים אחרים או הביטוי של הגנים המקבילים.

סוגי הפרוטאוליזה

ניתן להשפיל את החלבונים הפנימיים של תא באופן אקראי או סלקטיבי, או מה זהה, באופן מבוקר או לא. בתורו, כאמור, תהליך זה יכול להתרחש באמצעות אנזימים מיוחדים או בגלל תנאים סביבתיים מוגדרים כמו pH חומצי ו / או בסיסי.

חשוב להזכיר שכל חלבון שתורגם, מקופל או ארוז נכון, מסתיר רצף של אות השפלה או יותר שהם "קריפטיים" וניתנים לחשיפה כאשר החלבון מופרע באופן מבני על ידי טמפרטורה, pH וכו '.

פרוטאוליזה לבדיקת Ubiquitination

Ubiquitination (מערכת ubiquitin-proteasome) היא מערכת שבאמצעותה ניתן לבצע הידרוליזה של חלבונים לאחר שסומנו באופן ספציפי לשפלות, תהליך שיכול להתרחש הן בציטוזול והן בגרעין התא.

למערכת זו יש את היכולת לזהות ולהשמיד חלבונים מסומנים בגרעין ובציטוזול, כמו גם להשפיל חלבונים שאינם מתקפלים כראוי במהלך הטרנסלוקציה שלהם מהציטוזול לתכנית האנדופלסמה.

תהליך תיוג Ubiquitin (Ubiquitination) (מקור: Rogerdodd דרך Wikimedia Commons)

זה עובד בעיקר על ידי הוספה או שיוך של חלבוני ה"מטרה "לחלבון קטן או 76 של שאריות חומצות אמיניות, הידוע יותר בשם ubiquitin. אותם חלבונים "המתויגים" על ידי ubiquitination מושברים לשברים קטנים על ידי הפרוטאזום 26S, פרוטאזה מרובת יחידות.

פרוטאוליזה על ידי אוטופאגיה

Autophagy נחשב גם על ידי חלק מהמחברים כצורה של פרוטאוליזה, מתוך הבחנה שהיא מתרחשת בתא קרומי סגור שמופנה לליזוזומים (בתאי בעלי חיים), שם החלבונים הכלולים בתוכם מושברים על ידי פרוטאזות ליזוזומליות.

פרוטליזה לא אנזימטית

הטמפרטורה, ה- pH ואפילו ריכוז המלח של מדיום יכולים לגרום להידרוליזה של קשרי הפפטיד המחזיקים את חומצות האמינו של סוגים שונים של חלבונים יחד, המתרחשת על ידי יציבות והפרעה של הקשרים.

מאפיינים

לפרוטאוליזה תפקידים רבים באורגניזמים חיים. בפרט, זה קשור למחזור החלבון, לפיו כמה מולקולות חלבון ספציפיות שתורגמו מריבוזום אחד או יותר, מושפעות בסופו של דבר בקצב שונה.

לחלבונים יש מחצית חיים המשתנה בין מספר שניות למספר חודשים, ותוצרי השפלה שלהם, בין אם מוסדרים ובין אם לא, מתווכים על ידי אנזימים ובין שלא, משמשים בדרך כלל לשימוש חוזר בסינתזה של חלבונים חדשים, אשר ככל הנראה ממלאים פונקציות שונות.

זה מה שקורה עם חלבונים הנצרכים במזון, אשר מושבעים בדרכי העיכול על ידי פרוטאזות, כולל טריפסין ופפסין; כמו גם עם כמה חלבונים תאיים כאשר התאים חסרים מספיק מזון בכדי לשרוד.

מערכות פרוטאוליטיות תוך-תאיות מגלות ומחסלות חלבונים "לא נורמליים" אשר עשויים להיות רעילים לתאים, מכיוון שהם יכולים לקיים אינטראקציה עם ליגנדים "לא נאותים מבחינה פיזיולוגית", בנוסף לייצור אגרגטים הגורמים מכשולים מכניים ופיזיים לתהליכים תאיים נורמליים.

הצטברותם של חלבונים חריגים בתא, בין אם בגלל פגמים במערכת הפרוטאוליטית הפנימית ובין אם מסיבות אחרות, היא מה שמדענים רבים רואים כאחד הגורמים העיקריים להזדקנות אצל יצורים חיים רב-תאיים.

במערכת החיסון

הפרוטוליזה החלקית של חלבונים רבים ממקורות אקסוגניים או זרים כמו מיקרו-אורגניזמים פולשים, למשל, היא תהליך בסיסי עבור מערכת התגובה החיסונית, שכן לימפוציטים מסוג T מכירים בשברים הקצרים, תוצר של פרוטאוליזה (פפטידים) המוצגים בפניהם. בשילוב עם קבוצה של חלבונים לפני השטח.

פפטידים אמריים יכולים להגיע ממערכת ה- ubiquitination, מתהליכים אוטופאגיים או מאירועי פרוטאוליזה בלתי מבוקרים.

פעולות אחרות

פונקציה נוספת של פרוטאוליזה מוגבלת או חלקית היא שינוי חלבונים שנוצרו זה עתה, אשר מתפקד כ"תכשיר "לתפקודים התוך- או חוץ-תאיים שלהם. זה נכון למשל להורמונים מסוימים ולחלבונים המעורבים בתהליכים מטבוליים שונים.

מוות תאים מתוכנת (אפופטוזיס) תלוי במידה רבה גם בפרוטוליזה מוגבלת או חלקית "ספציפית לאתר" של חלבונים תוך תאיים, המתווכת באמצעות מפל של פרוטאזות ספציפיות הנקראות caspases.

מערכות פיקוח חוץ תאיות תלויות גם בפרוטוליזה ספציפית לאתר והדוגמה הבולטת ביותר היא זו של קרישת דם.

פרוטאוליזה כללית או מלאה ממלאת גם היא פונקציות חיוניות להשפלות הסלקטיבית של אותם חלבונים אשר יש לשלוט בקפידה על ריכוזם בהתאם לתאים הפיזיולוגיים, המטבוליים או להתפתחותם.

בצמחים

צמחים משתמשים גם בתהליכים פרוטאוליטיים כדי לשלוט ברבים מההיבטים הפיזיולוגיים וההתפתחותיים שלהם. זה עובד למשל בשמירה על מצבים תוך תאיים ובמנגנוני התגובה לתנאים מלחיצים כמו בצורת, מליחות, טמפרטורה, בין היתר.

כמו אצל בעלי חיים, הפרוטאוליזה בצמחים משתפת פעולה בהפעלה והבשלה של זימוגנים (חלבונים לא פעילים), שולטת על מטבוליזם, הומאוסטזיס, תהליכי מוות מתוכנתים, התפתחות רקמות ואיברים וכו '. באורגניזמים אלה מסלול הפרוטאוליזה על ידי ubiquitination הוא אחד החשובים ביותר.

הפניות

1. אלברטס, ב., בריי, ד., הופקין, ק., ג'ונסון, א.ד., לואיס, ג'., רף, מ., … & וולטר, פ. (2013). ביולוגיה חיונית של תאים. גרלנד מדע.
2. מאוריצי, מר (1992). פרוטאזות והשפלת חלבון ב- Escherichia coli. Experientia, 48 (2), 178-201.
3. ורשבסקי, א '(2005). השפלת חלבון מוסדרת. מגמות במדעים ביוכימיים, 30 (6), 283-286.
4. Vierstra, RD (1996). פרוטוליזה בצמחים: מנגנונים ותפקודים. בבקרה שלאחר התמלול של ביטוי גנים בצמחים (עמ '275-302). שפרינגר, דורדרכט.
5. Wolf, DH, and Menssen, R. (2018). מנגנוני ויסות תאים - פרוטאוליזה, ההפתעה הגדולה. מכתבי FEBS, 592 (15), 2515-2524.