En översikt över proteolys

av Sarah Moore, M.Sc.Recenserad av Michael Greenwood, M.Sc.

Proteolys beskriver nedbrytningen av proteiner till mindre enheter, såsom polypeptider eller aminosyror.

Image Credit: Juan Gaertner/.com

Det är en livsviktig process hos människor och djur som vanligtvis tjänar till att aktivera ett cellprotein eller stänga av det genom att försämra dess funktionalitet.

Detta hjälper kroppen att upprätthålla flera viktiga funktioner relaterade till allt från cellstruktur, reglering av olika kroppsliga processer, transport av ämnen över membran runt om i kroppen, till att göra det möjligt för cellerna att få tillgång till energikällor och aktivera immunförsvaret.

Förutom att stödja ett flertal vitala kroppsliga funktioner och reglera proteinnedbrytningen har proteolysen visat sig spela en nyckelroll vid vissa sjukdomar. Den har också visat sig vara användbar inom kemin vid livsmedelsbearbetning samt vid fläckborttagning.

Nedan beskrivs proteolysens process i detalj. Därefter utforskas proteolysens funktioner och slutligen dyker vi ner i hur onormal proteolytisk aktivitet kan leda till sjukdom och ohälsa.

Hur proteolysen fungerar

Proteolysen är ett reglerat system som initierar irreversibla förändringar i ett proteins struktur, vars funktion beror på proteinet och sammanhanget. Processen bygger på att proteinet klyvs till polypeptider eller aminosyror.

Och utan proteolysens aktiva process kan hydrolysen av peptidbindningar ta hundratals år. Kroppen har dock utvecklat ett effektivt system för proteinnedbrytning som huvudsakligen använder cellulära enzymer som kallas proteaser som katalysatorer.

Det finns flera olika steg som är involverade i proteolysen och som sker efter varandra. I steg ett bryter de specifika proteasgrupperna calpainer och kathepsiner ner myofibrillära proteiner till mindre proteinfragment och polypeptider.

I nästa steg hydrolyseras dessa polypeptider och proteinfragment av di- och tri-peptidylpeptidaser, vilket genererar ännu mindre peptider. I det sista steget skapas fria aminosyror som produkter av aminopeptidasers, dipeptidasers och karboxypeptidasers verkan på de små peptiderna.

Proteolysens funktioner

Förändringarna som proteinerna genomgår under proteolysen är oåterkalleliga och påverkar proteinets funktionalitet genom att ändra dess struktur.

Dessa förändringar påverkar den intracellulära och extracellulära signaleringen och har effekten att vissa kroppsliga processer initieras beroende på vilket protein som bryts ner. Proteolysen är inblandad i matsmältning, reglering av cellcykeln, apoptos (reglerad celldöd) med mera.

Nyare studier har involverat proteolysens roll i mer komplexa processer, t.ex. inlärning och minne genom styrning av synaptisk plasticitet.

Proteolysens huvudsakliga, övergripande funktion är att bryta ner proteinmolekylerna från den mat som vi äter till mindre aminosyror som kan användas av kroppen. Processen krävs också för att producera aktiva proteiner från syntetiserade polypeptidkedjor.

För det mesta faller proteolysens roll in i en av tre kategorier, där den första är att reglera en fysiologisk process, den andra är att övervaka en cellulär process och slutligen är proteolysens sista roll att bryta ned ackumulerade eller onormala proteiner i en cell.

Studier av proteolys är användbara för att öka vår förståelse för hur dessa processer fungerar och hur dysfunktion i något skede kan påverka värden. Proteolysen har också blivit viktig för kemister inom livsmedelsindustrin samt för kemister som utvecklar produkter för fläckborttagning.

Detta beror på att nedbrytningen av proteiner är nyckeln till båda dessa industrier, och att förstå processen för att bryta ner specifika proteiner kan leda till utveckling av nya produkter som uppfyller specifika önskade kriterier.

Finally, proteolysis has established itself as a useful tool for analyzing and stuying proteins in laboratory settings, helping to grow our knowledge of the biological function of specific proteins, opening the doors to new applications in various industries.

Sjukdom och proteolysis

Den oreglerade proteolysen är inflytelserik vid initiering av vissa sjukdomar. Det är också en teknik som används av vissa gifter.

Neurodegenerativa sjukdomar, som Alzheimers sjukdom och Parkinsons sjukdom, är relaterade till proteinaggregation, där felveckade proteiner byggs upp och klumpar ihop sig antingen intra- eller extracellulärt. Föga förvånande är denna process kopplad till onormal proteolysfunktion.

Också kroniska inflammatoriska sjukdomar är relaterade till onormal proteolys. Sjukdomar som reumatoid artrit tros vara relaterade till det onormala frisläppandet av enzymer i det extracellulära utrymmet, vilket har effekten att vävnaden som omger lysosomen bryts ner.

Forskning har visat att flera andra sjukdomar också är förknippade med onormal proteolytisk aktivitet, t.ex. bukspottkörtelinflammation, som är relaterad till en för tidig frisättning av proteaser i bukspottkörteln, och diabetes mellitus, som delvis misstänks vara relaterad till en onormalt hög nedbrytning av vissa proteiner.

Sammanfattning

Proteolys är nedbrytningen av proteiner till mindre polypeptider eller aminosyror. Forskning har visat att denna process är nyckeln till många vitala funktioner i människokroppen, vilket har gjort studiet av denna process otroligt betydelsefullt.

Fortfarande har proteolysen varit inblandad i olika sjukdomar, vilket gör att den ökande kunskapsbasen kring proteolysens funktionssätt är väsentlig för den framtida utvecklingen av diagnostik och behandling.

Fortsatt läsning

• Allt innehåll om proteinanalys
• Predicting Protein Function from DNA Sequences
• Structure-based Protein Function Prediction
• Ribosome Display: Applications in Research
• Computational-based Approaches to Protein Function Prediction

Skrivet av

Sarah Moore

Efter att ha studerat psykologi och sedan neurovetenskap upptäckte Sarah snabbt att hon tyckte om att forska och skriva forskningsartiklar.

Citat