PROTEOLISI: TIPI E FUNZIONI - BIOLOGIA

La proteolisi o degradazione delle proteine è un processo mediante il quale le proteine di una cellula possono essere degradate completamente (fino ai suoi amminoacidi costituenti) o parzialmente (producendo peptidi). Cioè, consiste nell'idrolisi di uno o più legami peptidici che tengono insieme i loro amminoacidi.

Questo processo può avvenire grazie alla partecipazione di altre proteine ad attività enzimatica, nei cui siti attivi avviene l'idrolisi dei legami. Può verificarsi anche con "metodi" non enzimatici, come l'azione del calore o di sostanze con pH estremo (molto acido o molto basico).

Schema di base della proteolisi di una proteina (Fonte: Fdardel tramite Wikimedia Commons)

La degradazione delle proteine avviene in batteri, animali e piante, ma è particolarmente comune negli animali, soprattutto a livello del sistema digerente, poiché da essa dipendono la digestione e l'assorbimento intestinale delle proteine ingerite con la dieta.

Inoltre, la proteolisi è della massima importanza per il mantenimento funzionale e la regolazione di molteplici processi cellulari e ha anche a che fare con l'eliminazione di quelle proteine che presentano errori di traduzione, piegatura, confezionamento, importazione, funzionamento, ecc.

È importante notare che si tratta di un processo irreversibile, altamente efficace che funziona anche nella "regolazione dei regolatori", poiché elimina non solo quelle proteine che hanno attività biologiche "dirette", ma anche quelle che regolano altre proteine o l'espressione dei geni corrispondenti.

Tipi di proteolisi

Le proteine interne di una cellula possono essere degradate in modo casuale o selettivo o, che è lo stesso, in modo controllato o meno. A sua volta, come precedentemente commentato, questo processo può avvenire tramite enzimi speciali oppure a causa di condizioni ambientali definite come il pH acido e / o alcalino.

È importante ricordare che qualsiasi proteina correttamente tradotta, piegata o confezionata nasconde una o più sequenze di segnali di degradazione che sono "criptiche" e che possono essere esposte quando la proteina è strutturalmente disturbata da temperatura, pH, ecc.

Proteolisi dell'ubiquitinazione

L'ubiquitinazione (sistema ubiquitina-proteasoma) è un sistema mediante il quale le proteine possono essere idrolizzate selettivamente dopo essere state specificamente contrassegnate per la degradazione, un processo che può verificarsi sia nel citosol che nel nucleo cellulare.

Questo sistema ha la capacità di riconoscere e distruggere le proteine marcate nel nucleo e nel citosol, nonché di degradare le proteine che non si piegano correttamente durante la loro traslocazione dal citosol al reticolo endoplasmatico.

Processo di etichettatura Ubiquitin (Ubiquitination) (Fonte: Rogerdodd tramite Wikimedia Commons)

Funziona principalmente aggiungendo o coniugando proteine "bersaglio" a una piccola proteina o peptide residuo di 76 amminoacidi, meglio conosciuta come ubiquitina. Quelle proteine "contrassegnate" dall'ubiquitinazione vengono degradate in piccoli frammenti dal proteasoma 26S, una proteasi multi-subunità.

Proteolisi per autofagia

L'autofagia è anche considerata da alcuni autori come una forma di proteolisi, con la distinzione che avviene all'interno di un compartimento membranoso chiuso che è diretto verso i lisosomi (nelle cellule animali), dove le proteine contenute all'interno vengono degradate da proteasi lisosomiali.

Proteolisi non enzimatica

La temperatura, il pH e persino la concentrazione di sale di un mezzo possono causare l'idrolisi dei legami peptidici che tengono insieme gli amminoacidi di diversi tipi di proteine, che avviene per destabilizzazione e interruzione dei legami.

Caratteristiche

La proteolisi ha molte funzioni negli organismi viventi. In particolare, ha a che fare con il turnover proteico, per cui alcune molecole proteiche specifiche che sono state tradotte da uno o più ribosomi vengono infine degradate a velocità diverse.

Le proteine hanno un'emivita che varia da pochi secondi a pochi mesi ed i prodotti della loro degradazione, regolati o meno, mediati o meno da enzimi, vengono generalmente riutilizzati per la sintesi di nuove proteine, che probabilmente svolgono funzioni diverse.

Questo è ciò che accade con le proteine che vengono consumate con il cibo, che vengono degradate nel tratto gastrointestinale dalle proteasi, tra cui tripsina e pepsina; così come con alcune proteine cellulari quando le cellule non hanno abbastanza cibo per sopravvivere.

I sistemi proteolitici intracellulari rilevano ed eliminano proteine "anormali" potenzialmente tossiche per le cellule, in quanto possono interagire con ligandi "fisiologicamente inappropriati", oltre a produrre aggregati che causano impedimenti meccanici e fisici ai normali processi cellulari.

L'accumulo di proteine anomale all'interno della cellula, a causa di difetti nel sistema proteolitico interno o per altri motivi, è ciò che molti scienziati considerano una delle principali cause dell'invecchiamento negli esseri viventi multicellulari.

Nel sistema immunitario

La proteolisi parziale di molte proteine da fonti esogene o estranee come i microrganismi invasori, ad esempio, è un processo fondamentale per il sistema di risposta immunitaria, poiché i linfociti T riconoscono i brevi frammenti, prodotto della proteolisi (peptidi) che vengono loro presentati. in associazione con un insieme di proteine di superficie.

Detti peptidi possono provenire dal sistema di ubiquitinazione, processi autofagici o eventi di proteolisi incontrollati.

Altre funzioni

Un'altra funzione della proteolisi limitata o parziale è la modifica delle proteine neoformate, che funge da "preparazione" per le loro funzioni intra- o extracellulari. Questo è vero, ad esempio, per alcuni ormoni e per proteine coinvolte in diversi processi metabolici.

La morte cellulare programmata (apoptosi) dipende anche, in larga misura, dalla proteolisi “sito-specifica” limitata o parziale delle proteine intracellulari, mediata da una cascata di proteasi specifiche chiamate caspasi.

I sistemi di regolazione extracellulare dipendono anche dalla proteolisi sito-specifica e l'esempio più evidente è quello della coagulazione del sangue.

La proteolisi generale o completa svolge anche funzioni essenziali per la degradazione selettiva di quelle proteine la cui concentrazione deve essere attentamente controllata a seconda del fisiologico, metabolico o sviluppo delle cellule.

Nelle piante

Le piante utilizzano anche processi proteolitici per controllare molti dei loro aspetti fisiologici e di sviluppo. Funziona, ad esempio, nel mantenimento delle condizioni intracellulari e nei meccanismi di risposta a condizioni di stress come siccità, salinità, temperatura, tra gli altri.

Come negli animali, la proteolisi nelle piante collabora all'attivazione e alla maturazione degli zimogeni (proteine inattive), controlla il metabolismo, l'omeostasi, i processi di morte cellulare programmata, lo sviluppo di tessuti e organi, ecc. In questi organismi la via della proteolisi per ubiquitinazione è una delle più importanti.

Riferimenti

Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M., … e Walter, P. (2013). Biologia cellulare essenziale. Garland Science.
Maurizi, MR (1992). Proteasi e degradazione delle proteine in Escherichia coli. Experientia, 48 (2), 178-201.
Varshavsky, A. (2005). Degradazione delle proteine regolata. Trends in biochemical sciences, 30 (6), 283-286.
Vierstra, RD (1996). Proteolisi nelle piante: meccanismi e funzioni. In Post-Transcriptional Control of Gene Expression in Plants (pp. 275-302). Springer, Dordrecht.
Wolf, DH e Menssen, R. (2018). Meccanismi di regolazione cellulare - proteolisi, la grande sorpresa. Lettere FEBS, 592 (15), 2515-2524.

PROTEOLISI: TIPI E FUNZIONI - BIOLOGIA - 2025