PROTEÒLISI: TIPUS I FUNCIONS - BIOLOGIA - 2025

La proteòlisi o degradació de proteïnes és un procés pel qual les proteïnes d'una cèl·lula poden ser degradades de manera completa (fins als seus aminoàcids constituents) o parcialment (produint pèptids). És a dir, consisteix en la hidròlisi d'un o més dels enllaços peptídics que mantenen units als seus aminoàcids.

Aquest procés pot ocórrer gràcies a la participació d'altres proteïnes amb activitat enzimàtica, en els llocs actius es produeix la hidròlisi dels enllaços. També pot ocórrer per "mètodes" no enzimàtics, com per acció de la calor o de substàncies amb pH extrems (molt àcides o molt bàsiques).

Esquema bàsic de la proteòlisi d'una proteïna (Font: Fdardel via Wikimedia Commons)

La degradació de proteïnes es dóna tant en bacteris com en animals i en plantes, però és especialment comú en els animals, sobretot a nivell de l'aparell digestiu, ja que d'això depèn la digestió i absorció intestinal de les proteïnes ingerides amb la dieta.

A més, la proteòlisi és de summa importància per al manteniment funcional i la regulació de múltiples processos cel·lulars i té a veure també amb l'eliminació d'aquelles proteïnes que presenten errors de traducció, de plegament, d'empaquetament, d'importació, de funcionament, etc.

És important destacar que es tracta d'un procés irreversible, summament efectiu i que també funciona a la "regulació dels reguladors", ja que no només elimina aquelles proteïnes que tenen activitats biològiques "directes", sinó també a aquelles que regulen a altres proteïnes o l'expressió dels gens corresponents.

Tipus de proteòlisi

Les proteïnes internes d'una cèl·lula poden ser degradades aleatòria o selectivament o, el que és igual, de manera controlada o no. Al seu torn, com s'ha comentat prèviament, aquest procés pot ocórrer per mitjà d'enzims especials o causa de condicions ambientals definides com pH àcids i / o alcalins.

És important esmentar que qualsevol proteïna correctament traduïda, plegada o empaquetada amaga una o més seqüències senyals de degradació que són "críptiques" i que poden exposar-se quan la proteïna és pertorbada estructuralment per temperatura, pH, etc.

Proteòlisi per ubiquitinación

La ubiquitinación (sistema ubiquitina-proteosoma) és un sistema pel qual les proteïnes poden ser selectivament hidrolitzades després de ser marcades específicament per la seva degradació, procés que pot ocórrer tant en el citosol com al nucli cel·lular.

Aquest sistema té la capacitat de reconèixer i destruir proteïnes marcades en el nucli i al citosol, així com de degradar les proteïnes que no es pleguen correctament durant la seva translocació des del citosol cap al reticle endoplàsmic.

Procés de marcatge amb ubiquitinas (ubiquitinación) (Font: Rogerdodd via Wikimedia Commons)

Funciona principalment mitjançant l'addició o conjugació de les proteïnes "blanc" a una petita proteïna o pèptid de 76 residus aminoacídics, més coneguda com ubiquitina. Aquelles proteïnes "marcades" per ubiquitinación són degradades en petits fragments pel proteosoma 26S, una proteasa de diverses subunitats.

Proteòlisi per autofàgia

La autofàgia també és considerada per alguns autors com una forma de proteòlisi, amb la distinció que aquesta passa dins d'un compartiment membranós tancat que és dirigit cap als lisosomes (en les cèl·lules animals), on les proteïnes contingudes en el seu interior són degradades per les proteases lisosomals.

Proteòlisi no enzimàtica

La temperatura, el pH, i fins i tot la concentració de sals d'un mitjà pot provocar la hidròlisi dels enllaços peptídics que mantenen units els aminoàcids de diferents tipus de proteïnes, el que passa per desestabilització i interrupció dels enllaços.

funcions

La proteòlisi té moltes funcions en els organismes vius. Particularment, té a veure amb el recanvi de proteïnes, pel qual algunes molècules de proteïnes específiques que van ser traduïdes a partir d'un o més ribosomes, eventualment són degradades a diferents velocitats.

Les proteïnes tenen una vida mitjana que varia des de pocs segons fins a alguns mesos i els productes de la seva degradació, sigui reglada o no, intervinguda per enzims o no, generalment són reutilitzats per a la síntesi de noves proteïnes, que probablement compleixen funcions diferents.

Això és el que passa amb les proteïnes que són consumides amb els aliments, que són degradades en el tracte gastrointestinal per proteases entre les quals s'inclouen la tripsina i la pepsina; així com amb algunes proteïnes cel·lulars quan les cèl·lules no tenen prou aliments per sobreviure.

Els sistemes proteolítics intracel·lulars detecten i eliminen les proteïnes "anormals" que són potencialment tòxiques per a les cèl·lules, ja que poden interactuar amb lligands "fisiològicament inapropiats", a més de produir agregats que provoquen impediments mecànics i físics per als processos cel·lulars normals.

L'acumulació de proteïnes anormals a l'interior cel·lular, bé sigui per defectes en el sistema proteolític intern o per altres raons, és el que molts científics consideren com una de les causes principals de l'envelliment en els éssers vius multicel·lulars.

En el sistema immune

La proteòlisi parcial de moltes proteïnes provinents de fonts exògenes o foranes com microorganismes invasors, per exemple, és un procés fonamental per al sistema de resposta immune, ja que els limfòcits T reconeixen els fragments curts, producte de la proteòlisi (pèptids) que els són presentats en associació amb un conjunt de proteïnes de superfície.

Aquests pèptids poden provenir de el sistema de ubiquitinación, de processos autofágicos o d'esdeveniments de proteòlisi no controlada.

altres funcions

Una altra funció de la proteòlisi limitada o parcial és la modificació de proteïnes acabades de formar, el que funciona com una "preparació" per a les seves funcions intra- o extracel·lulars. Això és cert, per exemple, per a certes hormones i per a les proteïnes implicades en diferents processos metabòlics.

La mort cel·lular programada (apoptosi) també depèn, en gran mesura, de la proteòlisi "lloc-específica", limitada o parcial de les proteïnes intracel·lulars, el que és mediat per una cascada de proteases específiques anomenades caspases.

Els sistemes de regulació extracel·lulars també depenen de la proteòlisi lloc-específica i l'exemple més resaltante és el de la coagulació sanguínia.

La proteòlisi general o completa també compleix funcions primordials per a la degradació selectiva d'aquelles proteïnes la concentració ha de ser acuradament controlada depenent de l'estat fisiològic, metabòlic o de el desenvolupament de les cèl·lules.

en plantes

Les plantes també es valen dels processos proteolítics per al control de molts dels seus aspectes fisiològics i de desenvolupament. Funciona, per exemple, en el manteniment de les condicions intracel·lulars i en els mecanismes de resposta a condicions estressants com la sequera, la salinitat, la temperatura, entre d'altres.

Així com en els animals, la proteòlisi en els vegetals col·labora en l'activació i maduració de zimògens (proteïnes inactives), controla el metabolisme, l'homeòstasi, els processos de mort cel·lular programada, el desenvolupament de teixits i òrgans, etc. En aquests organismes la via de proteòlisi per ubiquitinación és una de les més importants.

referències

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Essential cell biology. Garland Science.
2. Maurizi, MR (1992). Proteases and protein Degradation in Escherichia coli. Experientia, 48 (2), 178-201.
3. Varshavsky, A. (2005). Regulated protein Degradation. Trends in biochemical sciences, 30 (6), 283-286.
4. Vierstra, RD (1996). Proteolysis in plants: mechanisms and functions. In Post-Transcriptional Control of Gene Expression in Plants (pp. 275-302). Springer, Dordrecht.
5. Wolf, DH, & Menssen, R. (2018). Mechanisms of cell regulation-proteolysis, the big surprise. FEBS letters, 592 (15), 2515-2524.