proteolisis atau protein degradasi adalah proses dimana protein sel dapat terdegradasi sepenuhnya (sampai penyusunnya amino asam) atau sebagian (memproduksi peptida). Artinya, ini terdiri dari hidrolisis satu atau lebih ikatan peptida yang menyatukan asam amino mereka.
Proses ini dapat terjadi berkat partisipasi protein lain dengan aktivitas enzimatik, di mana situs aktifnya terjadi hidrolisis ikatan. Ini juga dapat terjadi dengan “metode” non-enzimatik, seperti aksi panas atau zat dengan pH ekstrem (sangat asam atau sangat basa).
Skema dasar proteolisis protein (Sumber: Fdardel [CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)] melalui Wikimedia Commons)
Degradasi protein terjadi pada bakteri serta pada hewan dan tumbuhan , tetapi sangat umum pada hewan, terutama pada tingkat sistem pencernaan, karena pencernaan dan penyerapan usus dari protein yang dicerna dengan makanan bergantung padanya.
Selain itu, proteolisis sangat penting untuk pemeliharaan fungsional dan regulasi berbagai proses seluler dan juga berkaitan dengan penghapusan protein yang menimbulkan kesalahan dalam terjemahan, pelipatan, pengemasan, impor, operasi, dll.
Penting untuk dicatat bahwa ini adalah proses yang sangat efektif dan ireversibel yang juga bekerja dalam “pengaturan regulator”, karena tidak hanya menghilangkan protein yang memiliki aktivitas biologis “langsung”, tetapi juga yang mengatur protein lain atau ekspresi. dari gen yang sesuai.
Indeks artikel
Jenis-jenis proteolisis
Protein internal sel dapat didegradasi secara acak atau selektif atau, sama saja, dengan cara yang terkontrol atau tidak. Pada gilirannya, seperti yang disebutkan sebelumnya, proses ini dapat terjadi melalui enzim khusus atau karena kondisi lingkungan yang ditentukan seperti pH asam dan / atau basa.
Penting untuk disebutkan bahwa setiap protein yang diterjemahkan, dilipat, atau dikemas dengan benar menyembunyikan satu atau lebih urutan sinyal degradasi yang “samar” dan yang dapat diekspos ketika protein secara struktural terganggu oleh suhu, pH, dll.
Proteolisis ubiquitinasi
Ubiquitinasi (sistem ubiquitin-proteasome) adalah sistem di mana protein dapat dihidrolisis secara selektif setelah ditandai secara khusus untuk degradasi, suatu proses yang dapat terjadi baik di sitosol maupun di dalam inti sel.
Sistem ini memiliki kemampuan untuk mengenali dan menghancurkan protein berlabel dalam nukleus dan sitosol, serta mendegradasi protein yang tidak terlipat dengan benar selama translokasinya dari sitosol ke retikulum endoplasma.
Proses pelabelan Ubiquitin (Ubiquitination) (Sumber: Rogerdodd [CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)] melalui Wikimedia Commons)
Ia bekerja terutama dengan menambahkan atau mengkonjugasikan protein “target” ke protein kecil atau peptida dari 76 residu asam amino, lebih dikenal sebagai ubiquitin. Protein tersebut “ditandai” oleh ubiquitination yang terdegradasi menjadi fragmen kecil oleh proteasome 26S, protease multi-subunit.
Proteolisis oleh autophagy
Autophagy juga dianggap oleh beberapa penulis sebagai bentuk proteolisis, dengan perbedaan bahwa itu terjadi dalam kompartemen membran tertutup yang diarahkan ke lisosom (dalam sel hewan), di mana protein yang terkandung di dalamnya didegradasi oleh protease lisosom.
Proteolisis non-enzimatik
Suhu, pH, dan bahkan konsentrasi garam dari suatu media dapat menyebabkan hidrolisis ikatan peptida yang menahan asam amino dari berbagai jenis protein bersama-sama, yang terjadi melalui destabilisasi dan pemutusan ikatan.
Fitur
Proteolisis memiliki banyak fungsi dalam organisme hidup. Secara khusus, ini berkaitan dengan pergantian protein, di mana beberapa molekul protein spesifik yang diterjemahkan dari satu atau lebih ribosom akhirnya terdegradasi pada tingkat yang berbeda.
Protein memiliki waktu paruh yang bervariasi dari beberapa detik hingga beberapa bulan dan produk degradasinya, apakah diatur atau tidak, dimediasi oleh enzim atau tidak, umumnya digunakan kembali untuk sintesis protein baru, yang mungkin memenuhi fungsi yang berbeda.
Inilah yang terjadi dengan protein yang dikonsumsi bersama makanan, yang didegradasi di saluran cerna oleh protease, termasuk tripsin dan pepsin; serta beberapa protein seluler ketika sel kekurangan makanan untuk bertahan hidup.
Sistem proteolitik intraseluler mendeteksi dan menghilangkan protein “abnormal” yang berpotensi menjadi racun bagi sel, karena mereka dapat berinteraksi dengan ligan yang “tidak sesuai secara fisiologis”, selain menghasilkan agregat yang menyebabkan hambatan mekanis dan fisik pada proses seluler normal.
Akumulasi protein abnormal di dalam sel, baik karena cacat pada sistem proteolitik internal atau karena alasan lain, adalah apa yang oleh banyak ilmuwan dianggap sebagai salah satu penyebab utama penuaan pada makhluk hidup multiseluler.
Dalam sistem kekebalan tubuh
Proteolisis parsial dari banyak protein dari sumber eksogen atau asing seperti mikroorganisme yang menyerang, misalnya, adalah proses mendasar untuk sistem respons imun, karena limfosit T mengenali fragmen pendek, produk proteolisis (peptida) yang disajikan kepada mereka. dalam hubungannya dengan satu set protein permukaan.
Peptida tersebut dapat berasal dari sistem ubiquitination, proses autophagic atau peristiwa proteolisis yang tidak terkontrol.
Fungsi lainnya
Fungsi lain dari proteolisis terbatas atau parsial adalah modifikasi protein yang baru terbentuk, yang berfungsi sebagai “persiapan” untuk fungsi intra atau ekstraselulernya. Ini benar, misalnya, untuk hormon-hormon tertentu dan untuk protein-protein yang terlibat dalam berbagai proses metabolisme.
Kematian sel terprogram (apoptosis) juga sangat bergantung pada proteolisis protein intraseluler terbatas atau parsial “khusus lokasi”, yang dimediasi oleh kaskade protease spesifik yang disebut caspases.
Sistem regulasi ekstraseluler juga bergantung pada proteolisis spesifik lokasi, dan contoh yang paling menonjol adalah koagulasi darah.
Proteolisis umum atau lengkap juga memenuhi fungsi penting untuk degradasi selektif protein yang konsentrasinya harus dikontrol dengan hati-hati tergantung pada keadaan fisiologis, metabolisme atau perkembangan sel.
Pada tumbuhan
Tumbuhan juga menggunakan proses proteolitik untuk mengontrol banyak aspek fisiologis dan perkembangannya. Ini bekerja, misalnya, dalam pemeliharaan kondisi intraseluler dan dalam mekanisme respons terhadap kondisi stres seperti kekeringan, salinitas, suhu, antara lain.
Seperti pada hewan, proteolisis pada tumbuhan bekerja sama dalam aktivasi dan pematangan zimogen (protein tidak aktif), mengontrol metabolisme, homeostasis, proses kematian sel terprogram, perkembangan jaringan dan organ, dll. Dalam organisme ini jalur proteolisis oleh ubiquitination adalah salah satu yang paling penting.
Referensi
- Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Biologi sel esensial. Ilmu Garland.
- Maurizi, MR (1992). Protease dan degradasi protein pada Escherichia coli. Pengalaman, 48 (2), 178-201.
- Varshavsky, A. (2005). Degradasi protein yang diatur. Tren dalam ilmu biokimia, 30 (6), 283-286.
- Vierstra, RD (1996). Proteolisis pada tumbuhan: mekanisme dan fungsi. Dalam Kontrol Pasca Transkripsi Ekspresi Gen pada Tanaman (hlm. 275-302). Springer, Dordrecht.
- Wolf, DH, & Menssen, R. (2018). Mekanisme regulasi sel – proteolisis, kejutan besar. Surat FEBS, 592 (15), 2515-2524.
