Katsaus proteolyysiin

Tekijä: Sarah Moore, M.Sc.Reviewed by Michael Greenwood, M.Sc.

Proteolyysi kuvaa proteiinien hajoamista pienemmiksi yksiköiksi, kuten polypeptideiksi tai aminohapoiksi.

Image Credit: Juan Gaertner/.com

Se on ihmisissä ja eläimissä elintärkeä prosessi, jonka tehtävänä on tavallisesti aktivoida soluproteiini tai kytkeä se pois päältä heikentämällä sen toimintaa.

Tämä auttaa elimistöä ylläpitämään useita välttämättömiä toimintoja, jotka liittyvät mihin tahansa solujen rakenteesta, erilaisten kehon prosessien säätelystä, aineiden kuljettamisesta kalvojen läpi ympäri kehoa, siihen, että solut pääsevät käsiksi energialähteisiin, ja siihen, että ne voivat aktivoida immuunijärjestelmän.

Sen lisäksi, että proteolyysi tukee lukuisia elintärkeitä kehon toimintoja ja säätelee proteiinien hajoamista, sen on todettu olevan avainasemassa joissakin sairauksissa. Se on osoittautunut hyödylliseksi myös elintarvikkeiden jalostuksen kemiassa sekä tahrojen poistossa.

Alempana kuvataan yksityiskohtaisesti proteolyysin prosessi. Tämän jälkeen tutustutaan proteolyysin tehtäviin, ja lopuksi sukelletaan siihen, miten epänormaali proteolyyttinen toiminta voi johtaa sairauksiin ja tauteihin.

Miten proteolyysi toimii

Proteolyysi on säännelty järjestelmä, joka käynnistää proteiinin rakenteessa peruuttamattomia muutoksia, joiden toiminta riippuu proteiinista ja kontekstista. Prosessi perustuu proteiinin pilkkomiseen polypeptideiksi tai aminohapoiksi.

Ilman proteolyysin aktiivista prosessia peptidisidosten hydrolyysi voi kestää satoja vuosia. Elimistö on kuitenkin kehittänyt tehokkaan proteiinien purkamisjärjestelmän, jossa käytetään katalysaattoreina enimmäkseen proteaaseiksi kutsuttuja solun entsyymejä.

Proteolyysissä on useita eri vaiheita, jotka tapahtuvat peräkkäin. Ensimmäisessä vaiheessa erityiset proteaasiryhmät, kalpaiinit ja kathepsiinit, hajottavat myofibrillaariset proteiinit pienemmiksi proteiinifragmenteiksi ja polypeptideiksi.

Seuraavassa vaiheessa nämä polypeptidit ja proteiinifragmentit hydrolysoituvat di- ja tripeptidyylipeptidaasien toimesta, jolloin syntyy vielä pienempiä peptidejä. Viimeisessä vaiheessa syntyy vapaita aminohappoja aminopeptidaasien, dipeptidaasien ja karboksypeptidaasien pieniin peptideihin kohdistuvan vaikutuksen tuotteina.

Proteolyysin toiminnot

Muutokset, joita proteiinit käyvät läpi proteolyysin aikana, ovat peruuttamattomia, ja ne vaikuttavat proteiinin toiminnallisuuteen muuttamalla sen rakennetta.

Nämä muutokset vaikuttavat solunsisäiseen ja solunulkoiseen signalointiin, ja niiden vaikutuksesta käynnistyvät tietyt kehon prosessit riippuen hajonneesta proteiinista. Proteolyysi liittyy muun muassa ruoansulatukseen, solusyklin säätelyyn ja apoptoosiin (säännelty solukuolema).

Uudemmat tutkimukset ovat osoittaneet proteolyysin roolin monimutkaisemmissa prosesseissa, kuten oppimisessa ja muistissa synaptisen plastisuuden hallinnan kautta.

Proteolyysin pääasiallinen, yleinen tehtävä on pilkkoa syömämme ruoan proteiinimolekyylit pienemmiksi aminohapoiksi, joita elimistö voi käyttää. Prosessia tarvitaan myös aktiivisten proteiinien tuottamiseen syntetisoiduista polypeptidiketjuista.

Proteolyysin tehtävä kuuluu useimmiten johonkin kolmesta kategoriasta, joista ensimmäinen on fysiologisen prosessin sääteleminen, toinen on soluprosessin valvominen, ja viimeisenä proteolyysin tehtävänä on hajottaa solun sisälle kertyneet tai epänormaalit proteiinit.

Proteolyysin tutkiminen on hyödyllistä, koska se lisää ymmärrystämme siitä, miten nämä prosessit toimivat ja miten toimintahäiriö missä tahansa vaiheessa voi vaikuttaa isäntään. Proteolyysistä on tullut tärkeää myös elintarviketeollisuuden kemisteille sekä tahranpoistotuotteita kehittäville kemisteille.

Tämä johtuu siitä, että proteiinien hajottaminen on avainasemassa näillä molemmilla teollisuudenaloilla, ja tiettyjen proteiinien hajottamisprosessin ymmärtäminen voi johtaa sellaisten uusien tuotteiden kehittämiseen, jotka täyttävät tietyt halutut kriteerit.

Loppujen lopuksi proteolyysi on vakiinnuttanut asemansa hyödyllisenä välineenä analysoitaessa ja tutkittaessa proteiineja laboratorio-olosuhteissa, mikä auttaa kasvattamaan tietämystämme tiettyjen proteiinien biologisesta toiminnasta, mikä avaa ovia uusille sovelluksille eri teollisuudenaloilla.

Tauti ja proteolyysi

Proteolyysin säätelyhäiriö vaikuttaa joidenkin sairauksien käynnistymiseen. Se on myös joidenkin myrkkyjen käyttämä tekniikka.

Neurodegeneratiiviset sairaudet, kuten Alzheimerin tauti ja Parkinsonin tauti, liittyvät proteiinien aggregaatioon, jossa väärin taitetut proteiinit kerääntyvät ja kasaantuvat yhteen joko solunsisäisesti tai solunulkoisesti. Ei ole yllättävää, että tämä prosessi liittyy epänormaaliin proteolyysin toimintaan.

Krooniset tulehdussairaudet liittyvät myös epänormaaliin proteolyysiin. Nivelreuman kaltaisten sairauksien uskotaan liittyvän entsyymien epänormaaliin vapautumiseen solunulkoiseen tilaan, millä on vaikutusta lysosomia ympäröivän kudoksen hajoamiseen.

Tutkimukset ovat osoittaneet, että myös useat muut sairaudet liittyvät epänormaaliin proteolyyttiseen toimintaan, kuten haimatulehdus, joka liittyy proteaasien ennenaikaiseen vapautumiseen haimassa, ja diabetes mellitus, jonka epäillään osittain liittyvän tiettyjen proteiinien epänormaalin suureen hajoamiseen.

Yhteenveto

Proteolyysi on proteiinien hajoamista pienemmiksi polypeptideiksi tai aminohapoiksi. Tutkimukset ovat osoittaneet, että tämä prosessi on avainasemassa monien ihmiskehon elintärkeiden toimintojen kannalta, mikä on tehnyt tämän prosessin tutkimisesta uskomattoman merkittävää.

Proteolyysin on lisäksi todettu olevan osallisena useissa eri sairauksissa, minkä vuoksi proteolyysin toimintaa ympäröivän tietopohjan lisääntyminen on olennaista diagnosoinnin ja hoidon tulevalle kehitykselle.

Lisälukemista

• Kaikki proteiinianalyysin sisältö
• Proteiinien toiminnan ennustaminen DNA-jaksoista
• Rakenteeseen perustuva proteiinien toiminnan ennustaminen
• Ribosominäyttö: Applications in Research
• Computational-based Approaches to Protein Function Prediction

Kirjoittanut

Sarah Moore

Psykologian ja sen jälkeen neurotieteen opintojensa päätteeksi Sarah löysi nopeasti nautintonsa tutkimusten tekemisestä ja tutkimuspapereiden laatimisesta; intohimoksi muodostui intohimo liittää ajatuksia ihmisiin kirjoittamalla.

Sitaatit