PROTEOLYSIS: ประเภทและหน้าที่ - ชีววิทยา - 2025

การย่อยสลายโปรตีนหรือการย่อยสลายโปรตีนเป็นกระบวนการที่โปรตีนของเซลล์สามารถย่อยสลายได้อย่างสมบูรณ์ (จนกว่ากรดอะมิโนที่เป็นส่วนประกอบ) หรือบางส่วน (ผลิตเปปไทด์) นั่นคือประกอบด้วยการไฮโดรไลซิสของพันธะเปปไทด์หนึ่งหรือมากกว่าที่ยึดกรดอะมิโนไว้ด้วยกัน

กระบวนการนี้สามารถเกิดขึ้นได้เนื่องจากการมีส่วนร่วมของโปรตีนอื่น ๆ ที่มีกิจกรรมของเอนไซม์ซึ่งมีการย่อยสลายของพันธะในไซต์ที่ใช้งานอยู่ นอกจากนี้ยังสามารถเกิดขึ้นได้โดย "วิธีการ" ที่ไม่ใช้เอนไซม์เช่นการกระทำของความร้อนหรือสารที่มี pH สูง (เป็นกรดมากหรือเป็นพื้นฐานมาก)

โครงร่างพื้นฐานของการย่อยโปรตีนของโปรตีน (ที่มา: Fdardel ผ่าน Wikimedia Commons)

การย่อยสลายโปรตีนเกิดขึ้นในแบคทีเรียสัตว์และพืช แต่โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสัตว์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระดับของระบบย่อยอาหารเนื่องจากการย่อยอาหารและการดูดซึมในลำไส้ของโปรตีนที่กินเข้าไปในอาหารขึ้นอยู่กับมัน

นอกจากนี้โปรตีโอไลซิสยังมีความสำคัญสูงสุดสำหรับการบำรุงรักษาและการควบคุมกระบวนการทำงานของเซลล์หลายชนิดและยังเกี่ยวข้องกับการกำจัดโปรตีนเหล่านั้นที่ทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการแปลการพับบรรจุภัณฑ์การนำเข้าการทำงาน ฯลฯ

สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าเป็นกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้มีประสิทธิภาพสูงและยังทำงานใน "ระเบียบของหน่วยงานกำกับดูแล" เนื่องจากไม่เพียงกำจัดโปรตีนเหล่านั้นที่มีกิจกรรมทางชีวภาพ "โดยตรง" เท่านั้น แต่ยังรวมถึงโปรตีนที่ควบคุมโปรตีนอื่น ๆ หรือ การแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้อง

ประเภทของโปรตีโอไลซิส

โปรตีนภายในของเซลล์สามารถย่อยสลายแบบสุ่มหรือแบบเลือกได้หรืออะไรเหมือนกันโดยควบคุมได้หรือไม่ ในทางกลับกันตามความเห็นก่อนหน้านี้กระบวนการนี้สามารถเกิดขึ้นได้โดยใช้เอนไซม์พิเศษหรือเนื่องจากสภาพแวดล้อมที่กำหนดเช่น pH ที่เป็นกรดและ / หรือด่าง

สิ่งสำคัญคือต้องระบุว่าโปรตีนที่แปลพับหรือบรรจุหีบห่ออย่างถูกต้องจะซ่อนลำดับสัญญาณการย่อยสลายอย่างน้อยหนึ่งรายการที่ "คลุมเครือ" และสามารถสัมผัสได้เมื่อโปรตีนถูกรบกวนทางโครงสร้างจากอุณหภูมิ pH ฯลฯ

การย่อยสลายที่แพร่หลาย

Ubiquitination (ubiquitin-proteasome system) เป็นระบบที่โปรตีนสามารถถูกไฮโดรไลซ์แบบคัดเลือกได้หลังจากถูกทำเครื่องหมายเฉพาะสำหรับการย่อยสลายซึ่งเป็นกระบวนการที่สามารถเกิดขึ้นได้ทั้งในไซโตซอลและในนิวเคลียสของเซลล์

ระบบนี้มีความสามารถในการรับรู้และทำลายโปรตีนที่ติดฉลากในนิวเคลียสและในไซโตซอลรวมทั้งย่อยสลายโปรตีนที่ไม่พับอย่างเหมาะสมระหว่างการเคลื่อนย้ายจากไซโตซอลไปยังเรติคูลัมเอนโดพลาสมิก

กระบวนการติดฉลาก Ubiquitin (Ubiquitination) (ที่มา: Rogerdodd จาก Wikimedia Commons)

ทำงานโดยการเพิ่มหรือผันโปรตีน "เป้าหมาย" เป็นโปรตีนกากกรดอะมิโน 76 หรือเปปไทด์ที่รู้จักกันดีในชื่อ ubiquitin เป็นหลัก โปรตีนเหล่านั้น "ติดแท็ก" โดยการแพร่กระจายจะถูกย่อยสลายเป็นชิ้นเล็ก ๆ โดยโปรตีเอส 26S ซึ่งเป็นโปรตีเอสแบบหลายหน่วยย่อย

Proteolysis โดย autophagy

ผู้เขียนบางคนยังพิจารณา Autophagy ว่าเป็นรูปแบบของการสร้างโปรตีนด้วยความแตกต่างที่เกิดขึ้นภายในช่องเยื่อปิดซึ่งมุ่งตรงไปยังไลโซโซม (ในเซลล์สัตว์) ซึ่งโปรตีนที่อยู่ภายในจะถูกย่อยสลายโดย ไลโซโซมโปรตีเอส

โปรตีโอไลซิสแบบไม่ใช้เอนไซม์

อุณหภูมิ pH และความเข้มข้นของเกลือของตัวกลางอาจทำให้เกิดการไฮโดรไลซิสของพันธะเปปไทด์ที่ยึดกรดอะมิโนของโปรตีนประเภทต่างๆเข้าด้วยกันซึ่งเกิดขึ้นจากการทำให้เสถียรและการหยุดชะงักของพันธะ

คุณสมบัติ

โปรตีโอไลซิสมีหน้าที่หลายอย่างในสิ่งมีชีวิต โดยเฉพาะอย่างยิ่งมันเกี่ยวข้องกับการหมุนเวียนของโปรตีนโดยที่โมเลกุลของโปรตีนเฉพาะบางตัวที่แปลจากไรโบโซมหนึ่งตัวขึ้นไปจะถูกย่อยสลายในอัตราที่ต่างกัน

โปรตีนมีครึ่งชีวิตที่แตกต่างกันไปตั้งแต่ไม่กี่วินาทีถึงสองสามเดือนและผลิตภัณฑ์จากการย่อยสลายไม่ว่าจะได้รับการควบคุมหรือไม่เป็นสื่อกลางโดยเอนไซม์หรือไม่โดยทั่วไปจะถูกนำกลับมาใช้ใหม่เพื่อสังเคราะห์โปรตีนใหม่ซึ่งอาจตอบสนองการทำงานที่แตกต่างกัน

นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นกับโปรตีนที่บริโภคกับอาหารซึ่งถูกย่อยสลายในระบบทางเดินอาหารโดยโปรตีเอสรวมทั้งทริปซินและเปปซิน เช่นเดียวกับโปรตีนในเซลล์บางชนิดเมื่อเซลล์ขาดอาหารเพียงพอที่จะดำรงอยู่ได้

ระบบโปรตีโอไลติกภายในเซลล์จะตรวจจับและกำจัดโปรตีนที่ "ผิดปกติ" ซึ่งอาจเป็นพิษต่อเซลล์เนื่องจากสามารถโต้ตอบกับแกนด์ที่ "ไม่เหมาะสมทางสรีรวิทยา" ได้นอกเหนือจากการผลิตมวลรวมที่ก่อให้เกิดอุปสรรคทางกลและทางกายภาพต่อกระบวนการปกติของเซลล์

การสะสมของโปรตีนที่ผิดปกติภายในเซลล์ไม่ว่าจะเกิดจากความบกพร่องในระบบโปรตีโอไลติกภายในหรือด้วยเหตุผลอื่น ๆ เป็นสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์หลายคนคิดว่าเป็นสาเหตุหลักประการหนึ่งของความชราในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์

ในระบบภูมิคุ้มกัน

การย่อยโปรตีนบางส่วนของโปรตีนจำนวนมากจากแหล่งภายนอกหรือจากต่างประเทศเช่นจุลินทรีย์ที่บุกรุกเป็นกระบวนการพื้นฐานสำหรับระบบการตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกันเนื่องจาก T lymphocytes จะจดจำชิ้นส่วนสั้น ๆ ผลิตภัณฑ์ของโปรตีโอไลซิส (เปปไทด์) ที่นำเสนอต่อพวกมัน ร่วมกับชุดของโปรตีนพื้นผิว

กล่าวว่าเปปไทด์อาจมาจากระบบการแพร่กระจายกระบวนการ autophagic หรือเหตุการณ์โปรตีโอไลซิสที่ไม่มีการควบคุม

ฟังก์ชั่นอื่น ๆ

อีกหน้าที่หนึ่งของโปรตีโอไลซิสแบบ จำกัด หรือบางส่วนคือการปรับเปลี่ยนโปรตีนที่เกิดขึ้นใหม่ซึ่งทำหน้าที่เป็น "การเตรียม" สำหรับการทำงานภายในเซลล์หรือภายนอกเซลล์ ตัวอย่างเช่นสำหรับฮอร์โมนบางชนิดและโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการเผาผลาญที่แตกต่างกัน

การตายของเซลล์ตามโปรแกรม (apoptosis) ยังขึ้นอยู่กับการย่อยสลายโปรตีนภายในเซลล์แบบ "เฉพาะไซต์" ที่ จำกัด หรือเฉพาะบางส่วนซึ่งเป็นสื่อกลางโดยการเรียงซ้อนของโปรตีเอสเฉพาะที่เรียกว่าแคสเปส

ระบบการกำกับดูแลภายนอกเซลล์ยังขึ้นอยู่กับโปรตีโอไลซิสเฉพาะที่และตัวอย่างที่โดดเด่นที่สุดคือการแข็งตัวของเลือด

โปรตีโอไลซิสแบบทั่วไปหรือแบบสมบูรณ์ยังทำหน้าที่สำคัญสำหรับการย่อยสลายแบบคัดเลือกของโปรตีนเหล่านั้นซึ่งความเข้มข้นต้องได้รับการควบคุมอย่างรอบคอบโดยขึ้นอยู่กับสรีรวิทยาการเผาผลาญหรือการพัฒนาของเซลล์

ในพืช

พืชยังใช้กระบวนการย่อยโปรตีนเพื่อควบคุมลักษณะทางสรีรวิทยาและพัฒนาการหลายอย่าง ตัวอย่างเช่นในการบำรุงรักษาสภาพภายในเซลล์และในกลไกการตอบสนองต่อสภาวะเครียดเช่นความแห้งแล้งความเค็มอุณหภูมิและอื่น ๆ

เช่นเดียวกับในสัตว์โปรตีโอไลซิสในพืชทำงานร่วมกันในการกระตุ้นและการเจริญเติบโตของไซโมเจน (โปรตีนที่ไม่ใช้งาน) ควบคุมการเผาผลาญสภาวะสมดุลกระบวนการตายของเซลล์ที่ตั้งโปรแกรมไว้การพัฒนาเนื้อเยื่อและอวัยวะเป็นต้น ในสิ่งมีชีวิตเหล่านี้วิถีของโปรตีโอไลซิสโดยการแพร่หลายเป็นหนึ่งในสิ่งที่สำคัญที่สุด

อ้างอิง

1. Alberts, B. , Bray, D. , Hopkin, K. , Johnson, AD, Lewis, J. , Raff, M. , … & Walter, P. (2013) ชีววิทยาของเซลล์ที่จำเป็น การ์แลนด์วิทยาศาสตร์.
2. มอริซี, MR (1992). โปรตีเอสและการย่อยสลายโปรตีนในเอสเชอริเชียโคไล เอ็กซ์พีเรียนเทีย, 48 (2), 178-201.
3. วาร์ชาฟสกี, A. (2005). การย่อยสลายโปรตีนที่มีการควบคุม แนวโน้มด้านชีวเคมี, 30 (6), 283-286.
4. Vierstra, RD (1996). โปรตีโอไลซิสในพืช: กลไกและหน้าที่. ในการควบคุมการแสดงออกของยีนในพืชหลังการถอดเสียง (หน้า 275-302) สปริงเกอร์, Dordrecht.
5. Wolf, DH, & Menssen, R. (2018). กลไกการควบคุมเซลล์ - โปรตีโอไลซิสเป็นเรื่องน่าประหลาดใจมาก อักษร FEBS, 592 (15), 2515-2524