En oversigt over proteolyse

Af Sarah Moore, M.Sc.Reviewed by Michael Greenwood, M.Sc.

Proteolyse beskriver nedbrydningen af proteiner til mindre enheder, såsom polypeptider eller aminosyrer.

Image Credit: Juan Gaertner/.com

Det er en vital proces hos mennesker og dyr, der normalt tjener til at aktivere et cellulært protein eller slukke for det ved at forringe dets funktionalitet.

Dette hjælper kroppen med at opretholde adskillige vigtige funktioner relateret til alt fra cellestruktur, regulering af forskellige kropslige processer, transport af stoffer gennem membraner rundt om i kroppen, til at gøre det muligt for cellerne at få adgang til energikilder og aktivere immunsystemet.

Ud over at understøtte adskillige vigtige kropsfunktioner og regulere proteinnedbrydningen har proteolyse vist sig at spille en nøglerolle i nogle sygdomme. Den har også vist sig nyttig i kemien i forbindelse med fødevareforarbejdning samt i forbindelse med fjernelse af pletter.

Nedenfor er proteolyseprocessen beskrevet i detaljer. Herefter udforskes proteolysens funktioner, og til sidst dykker vi ned i, hvordan unormal proteolytisk aktivitet kan føre til sygdom og lidelse.

Hvordan proteolyse fungerer

Proteolyse er et reguleret system, der indleder irreversible ændringer i et proteins struktur, hvis funktion afhænger af proteinet og konteksten. Processen er afhængig af spaltning af proteinet i polypeptider eller aminosyrer.

Suden den aktive proces med proteolyse kan hydrolysen af peptidbindinger tage hundreder af år. Kroppen har imidlertid udviklet et effektivt system til nedbrydning af proteiner, der hovedsagelig anvender cellulære enzymer kaldet proteaser som katalysatorer.

Der er flere forskellige faser involveret i proteolyse, der sker efter hinanden. I første fase nedbryder de specifikke protease grupper af calpainer og cathepsiner myofibrillære proteiner til mindre proteinfragmenter og polypeptider.

I den næste fase hydrolyseres disse polypeptider og proteinfragmenter af di- og tri-peptidylpeptidaser, hvorved der dannes endnu mindre peptider. I det sidste trin dannes der frie aminosyrer som produkter af aminopeptidasers, dipeptidasers og carboxypeptidasers virkning på de små peptider.

Funktioner ved proteolyse

De ændringer, som proteinerne gennemgår under proteolyse, er irreversible og påvirker proteinets funktionalitet ved at ændre dets struktur.

Disse ændringer påvirker intracellulær og ekstracellulær signalering og har den virkning, at de igangsætter visse kropslige processer afhængigt af det protein, der blev nedbrudt. Proteolyse er involveret i fordøjelse, regulering af cellecyklus, apoptose (reguleret celledød) m.m.m.

Mere nyere undersøgelser har impliceret proteolysens rolle i mere komplekse processer, såsom indlæring og hukommelse gennem styring af synaptisk plasticitet.

Den vigtigste, overordnede funktion for proteolyse er at nedbryde proteinmolekylerne fra den mad, vi spiser, til mindre aminosyrer, der kan bruges af kroppen. Processen er også nødvendig for produktionen af aktive proteiner fra syntetiserede polypeptidkæder.

Mest falder proteolysens rolle i en af tre kategorier, hvor den første er at regulere en fysiologisk proces, den anden er at overvåge en cellulær proces, og endelig er den sidste rolle for proteolyse at nedbryde ophobede eller unormale proteiner i en celle.

Det er nyttigt at studere proteolyse for at øge vores forståelse af, hvordan disse processer fungerer, og hvordan dysfunktion på et hvilket som helst trin kan påvirke værten. Proteolyse er også blevet vigtig for kemikere i fødevareindustrien samt for kemikere, der udvikler produkter til fjernelse af pletter.

Dette skyldes, at nedbrydningen af proteiner er nøglen til begge disse industrier, og at forstå processen med nedbrydning af specifikke proteiner kan føre til udvikling af nye produkter, der opfylder specifikke ønskede kriterier.

Endeligt har proteolyse etableret sig som et nyttigt værktøj til analyse og undersøgelse af proteiner i laboratoriemiljøer, hvilket bidrager til at øge vores viden om specifikke proteiners biologiske funktion og åbner dørene for nye anvendelser i forskellige industrier.

Sygdom og proteolyse

Den manglende regulering af proteolyse har indflydelse på initieringen af nogle sygdomme. Det er også en teknik, der anvendes af nogle giftstoffer.

Neurodegenerative sygdomme, såsom Alzheimers sygdom og Parkinsons sygdom, er relateret til proteinaggregation, hvor fejlfoldede proteiner ophobes og klumper sammen enten intra- eller ekstracellulært. Ikke overraskende er denne proces forbundet med en unormal proteolysefunktion.

Også kroniske inflammatoriske sygdomme er forbundet med unormal proteolyse. Sygdomme som reumatoid arthritis menes at være relateret til den unormale frigivelse af enzymer i det ekstracellulære rum, hvilket har den virkning at nedbryde det væv, der omgiver lysosomet.

Forskning har vist, at flere andre sygdomme også er forbundet med unormal proteolytisk aktivitet, såsom pancreatitis, som er relateret til for tidlig frigivelse af proteaser i bugspytkirtlen, og diabetes mellitus, som formodes delvis at være relateret til unormalt høj nedbrydning af visse proteiner.

Summarum

Proteolyse er nedbrydning af proteiner til mindre polypeptider eller aminosyrer. Forskning har vist, at denne proces er afgørende for mange vitale funktioner i den menneskelige krop, hvilket har gjort studiet af denne proces utrolig betydningsfuldt.

Dertil kommer, at proteolyse er blevet impliceret i forskellige sygdomme, hvilket gør det stigende vidensgrundlag omkring proteolysens virkemåde afgørende for den fremtidige udvikling inden for diagnose og behandling.

Videre læsning

• Alt indhold af proteinanalyse
• Forudsigelse af proteinfunktion ud fra DNA-sekvenser
• Strukturbaseret proteinfunktionsforudsigelse
• Ribosomvisning: Applications in Research
• Computational-based Approaches to Protein Function Prediction

Written by

Sarah Moore

Efter at have studeret psykologi og derefter neurovidenskab, fandt Sarah hurtigt sin glæde ved at forske og skrive forskningsartikler; det blev til en passion for at forbinde idéer med mennesker gennem skrivning.

Citationer