Ein Überblick über die Proteolyse

Von Sarah Moore, M.Sc.Überprüft von Michael Greenwood, M.Sc.

Proteolyse beschreibt die Aufspaltung von Proteinen in kleinere Einheiten, wie Polypeptide oder Aminosäuren.

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Es handelt sich um einen lebenswichtigen Prozess bei Mensch und Tier, der in der Regel dazu dient, ein zelluläres Protein zu aktivieren oder es durch Beeinträchtigung seiner Funktionalität abzuschalten.

Dies hilft dem Körper bei der Aufrechterhaltung mehrerer wichtiger Funktionen, die von der Zellstruktur über die Regulierung verschiedener Körperprozesse und den Transport von Stoffen durch die Membranen im Körper bis hin zum Zugang der Zellen zu Energiequellen und der Aktivierung des Immunsystems reichen.

Neben der Unterstützung zahlreicher lebenswichtiger Körperfunktionen und der Regulierung des Proteinabbaus hat man festgestellt, dass die Proteolyse bei einigen Krankheiten eine Schlüsselrolle spielt. Sie hat sich auch in der Chemie der Lebensmittelverarbeitung und bei der Fleckenentfernung als nützlich erwiesen.

Im Folgenden wird der Prozess der Proteolyse ausführlich beschrieben. Anschließend werden die Funktionen der Proteolyse erforscht, und schließlich wird darauf eingegangen, wie abnormale proteolytische Aktivität zu Krankheiten führen kann.

Wie die Proteolyse funktioniert

Die Proteolyse ist ein reguliertes System, das irreversible Veränderungen in der Struktur eines Proteins einleitet, deren Funktion vom Protein und dem Kontext abhängt. Der Prozess beruht auf der Spaltung des Proteins in Polypeptide oder Aminosäuren.

Ohne den aktiven Prozess der Proteolyse kann die Hydrolyse von Peptidbindungen Hunderte von Jahren dauern. Der Körper hat jedoch ein effizientes System zum Abbau von Proteinen entwickelt, bei dem hauptsächlich zelluläre Enzyme, die Proteasen, als Katalysatoren eingesetzt werden.

Die Proteolyse umfasst mehrere Phasen, die nacheinander ablaufen. In der ersten Stufe zerlegen die spezifischen Proteasegruppen der Calpains und Cathepsine die myofibrillären Proteine in kleinere Proteinfragmente und Polypeptide.

In der nächsten Stufe werden diese Polypeptide und Proteinfragmente durch Di- und Tri-Peptidylpeptidasen hydrolysiert, wodurch noch kleinere Peptide entstehen. In der letzten Stufe entstehen freie Aminosäuren als Produkte der Wirkung von Aminopeptidasen, Dipeptidasen und Carboxypeptidasen auf die kleinen Peptide.

Funktionen der Proteolyse

Die Veränderungen, die die Proteine während der Proteolyse durchlaufen, sind irreversibel und wirken sich auf die Funktionalität des Proteins aus, indem sie seine Struktur verändern.

Diese Veränderungen wirken sich auf die intrazelluläre und extrazelluläre Signalgebung aus und bewirken, dass je nach abgebautem Protein bestimmte Körperprozesse in Gang gesetzt werden. Die Proteolyse ist unter anderem an der Verdauung, der Regulierung des Zellzyklus und der Apoptose (regulierter Zelltod) beteiligt.

Neuere Studien haben die Rolle der Proteolyse bei komplexeren Prozessen wie Lernen und Gedächtnis durch die Steuerung der synaptischen Plastizität aufgezeigt.

Die wichtigste, übergreifende Funktion der Proteolyse besteht darin, die Eiweißmoleküle aus der Nahrung, die wir zu uns nehmen, in kleinere Aminosäuren aufzuspalten, die vom Körper verwendet werden können. Der Prozess ist auch für die Produktion aktiver Proteine aus synthetisierten Polypeptidketten erforderlich.

Meistens fällt die Rolle der Proteolyse in eine von drei Kategorien: die erste ist die Regulierung eines physiologischen Prozesses, die zweite die Überwachung eines zellulären Prozesses und die letzte Rolle der Proteolyse ist der Abbau von angesammelten oder abnormalen Proteinen innerhalb einer Zelle.

Die Untersuchung der Proteolyse ist nützlich, um zu verstehen, wie diese Prozesse funktionieren und wie sich eine Fehlfunktion in irgendeinem Stadium auf den Wirt auswirken kann. Die Proteolyse ist auch für Chemiker in der Lebensmittelindustrie und für Chemiker, die Fleckenentfernungsprodukte entwickeln, wichtig geworden.

Das liegt daran, dass der Abbau von Proteinen für beide Branchen von zentraler Bedeutung ist, und das Verständnis des Prozesses des Abbaus bestimmter Proteine kann zur Entwicklung neuer Produkte führen, die bestimmte gewünschte Kriterien erfüllen.

Schließlich hat sich die Proteolyse als nützliches Werkzeug für die Analyse und Untersuchung von Proteinen im Labor etabliert und trägt dazu bei, unser Wissen über die biologische Funktion bestimmter Proteine zu erweitern, was die Türen zu neuen Anwendungen in verschiedenen Branchen öffnet.

Krankheit und Proteolyse

Die Störung der Proteolyse spielt bei der Entstehung einiger Krankheiten eine Rolle. Sie ist auch eine Technik, die von einigen Giften genutzt wird.

Neurodegenerative Krankheiten wie die Alzheimer- und die Parkinson-Krankheit hängen mit der Proteinaggregation zusammen, bei der sich falsch gefaltete Proteine aufbauen und entweder intra- oder extrazellulär verklumpen. Es überrascht nicht, dass dieser Prozess mit einer abnormalen Proteolysefunktion zusammenhängt.

Auch chronische Entzündungskrankheiten sind mit einer abnormalen Proteolyse verbunden. Es wird angenommen, dass Krankheiten wie rheumatoide Arthritis mit der abnormalen Freisetzung von Enzymen in den extrazellulären Raum zusammenhängen, die das das Lysosom umgebende Gewebe abbauen.

Forschungen haben gezeigt, dass mehrere andere Krankheiten ebenfalls mit abnormaler proteolytischer Aktivität in Verbindung stehen, wie z. B. Pankreatitis, die mit der vorzeitigen Freisetzung von Proteasen in der Bauchspeicheldrüse zusammenhängt, und Diabetes mellitus, von dem angenommen wird, dass er zum Teil mit einem abnormal hohen Abbau bestimmter Proteine zusammenhängt.

Zusammenfassung

Proteolyse ist der Abbau von Proteinen in kleinere Polypeptide oder Aminosäuren. Die Forschung hat gezeigt, dass dieser Prozess für viele lebenswichtige Funktionen des menschlichen Körpers von entscheidender Bedeutung ist.

Darüber hinaus wurde die Proteolyse mit verschiedenen Krankheiten in Verbindung gebracht, so dass die zunehmende Kenntnis der Funktionsweise der Proteolyse für künftige Entwicklungen in der Diagnose und Behandlung von wesentlicher Bedeutung ist.

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Geschrieben von

Sarah Moore

Nach ihrem Studium der Psychologie und dann der Neurowissenschaften entdeckte Sarah schnell ihre Freude an der Forschung und am Verfassen von Forschungsarbeiten und entwickelte eine Leidenschaft dafür, Ideen durch das Schreiben mit Menschen zu verbinden.

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