Akceptuję
W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczone w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów w naszej Polityce Prywatności

Zamknij X
BioSzkolenia
Strona główna Start
Dodatkowy na dole

Dodatkowy na dole

Proteoliza komórkowa, czyli trawienie komórki

Streszczenie

Homeostaza komórkowa zdrowych komórek jest utrzymywana dzięki mechanizmowi określanemu jako  proteoliza komórkowa. Spełnia ona wiele zadań, w tym degraduje i modyfikuje wszystkie powstające w komórce substraty. Proces ten może zachodzić trzema sposobami: (1) przez proteolizę lizosomową (nieselektywna) lub (2) przez proteolizę proteosomową (selektywna) oraz (3) przez degradację pod wpływem kalpain cytoplazmatycznych.

Słowa kluczowe: proteoliza komórkowa, lizosomy, proteasomy, kapaliny, degradacja białek

Wprowadzenie


W celu utrzymania prawidłowego funkcjonowania organizmu, w komórkach zachodzą jednocześnie dwa przeciwstawne procesy: proces syntezy nowych związków (anabolizm) i proces odwrotny, liza związków już istniejących (katabolizm). Ten ostatni proces stał się przedmiotem wzmożonego zainteresowania w ostatnich kilkunastu latach, zwłaszcza w zakresie proteolizy, czyli kontrolowanego rozpadu białek wewnątrzkomórkowych. Proteoliza komórkowa pełni wiele funkcji: uaktywnia bądź unieczynnia enzymy, moduluje wewnątrzkomórkowe przekazywanie sygnałów, usuwa nadmiar produktów syntezy, i co najważniejsze, rozkłada egzogenne i niepotrzebne endogenne, a także nieprawidłowo zsyntetyzowane białka i peptydy. Obecnie wiadomo, ze proces ten może zachodzić trzema drogami: przez układ lizosomalny, ubikwitynowy (proteasomowy) oraz cytoplazmatyczny (kalpainy).

Degradacja białek w lizosomach


Znaczna część białek i innych substancji wchodząca do komórki na drodze endocytozy  przechodzi przez układ endosomowy, a następnie trafia do układu lizosomalnego, w którym ulega degradacji.

Chociaż środowisko wewnątrz endosomów jest stosunkowo kwaśne, co umożliwia niespecyficzną hydrolizę wielu substancji, to jednak główną organellą odpowiadającą za degradacje białek jest lizosom. Lizosomy oprócz niskiego pH≈5 zawierają także specyficzne enzymy – hydrolazy, które umożliwiają degradację białek, lipidów, cukrów i kwasów nukleinowych. Budowa i funkcje lizosomów zostały opisane wiele lat temu przez noblistę C. de Duve’a [1]. Obecnie wiadomo, że są to pęcherzyki wielkości około 0,5 μm, wewnątrz których utrzymywane jest niskie pH [2]. Degradacja białek w lizosomach przebiega wieloetapowo, przez stopniowy rozpad struktury białk [3]. W lizosomach degradacji ulegają białka egzogenne i „długowieczne” białka endogenne, np. białka strukturalne. Degradacja tych białek w lizosomach była długo uważana za proces nieselektywny. Jednak w wyniku badań nad autofagią  zachodzącą z udziałem białek opiekuńczych stwierdzono, że część białek dostaje się do lizosomów przez rozpoznawanie konkretnych sekwencji.

Degradacja w proteasomach

Na początku lat siedemdziesiątych zaobserwowano, że również w komórkach, w których proteoliza w lizosomach została zahamowana, proces degradacji białek zachodzi z wydajnością porównywalną do komórek, które posiadają funkcjonalne lizosomy [4]. Stwierdzono, że w komórkach występują też inne struktury odpowiedzialne za degradację białek - proteasomy. Proteasom jest agregatem białek i kwasów nukleinowych występującym we wszystkich komórkach eukariotycznych i zlokalizowanym w cytoplazmie w okolicach jądra komórkowego [5]. Protasom jest strukturą cylindryczną, zbudowaną z czterech pierścieni białkowych tworzących dwie główne części: części korowej posiadającej aktywność katalityczną oraz części regulatorowej [6,7].

Proteasom rozkłada jedynie białka, które uległy „wyznakowaniu” w procesie ubikwitynacji. Proces ten polega na przyłączeniu do cząsteczki białka mającego ulec destrukcji, cząsteczki małego białka – ubikwityny, będącym swoistym znacznikiem molekularnym. Białka „wyznakowane” cząsteczką ubikwityny kierowane są bezposrednio do proteasomów. Taki mechanizm umożliwia wybiórczy rozkład białek, które nie są już potrzebne. W proteasomach degradowane są białka krótkożyjace, np. enzymy, zawierające na N-końcu określoną sekwencję aminokwasów, rozpoznawalną przez ubikwitynę lub białka, które zostały wadliwie zsyntetyzowane.

Kalpainy

Kalpainy są nielizosomowymi proteazami cysteinowymi występującymi w cytoplazmie komórek ssaków i niektórych innych organizmów. Aktywność proteolityczna kalpain jest zależna od poziomu jonów Ca2+. Znaczenie tej grupy proteaz nie jest do końca poznane. Wiadomo jednak, że wpływają one na ruchliwość komórki i przechodzenie przez cykl komórkowy, wzmacniają sygnały w neuronach, pomagają uregulować krzepnięcie krwi i średnicę naczyń krwionośnych, zaś zaburzenia aktywności kalpain prowadzą m.in. do dystrofii mięśni [8, 9] i choroby Alzheimera [10].
Kalpainy odgrywają też rolę w proteolizie komórkowej. Degradują one białka nieselektywnie. Obserwuje się raczej powinowactwo do trzeciorzędowej struktury białka niż jego sekwencji aminokwasowej (np. sekwencji sygnałowej na N-końcu) oraz do białek i peptydów zawierających aminokwasy hydrofobowe (leucyna, walina i izoleucyna) i aromatyczne (fenyloalanina i tyrozyna) [11].





Rys. 1 Potencjalne drogi rozkładu białek komórkowych.

Podsumowanie


Proteoliza białek przez komórki jest procesem warunkującym homeostazę wewnętrzną. Mimo, że proces ten znany jest od wieków, ciągle nastręcza nowych zagadnień związanych z metabolizmem komórki. Ciągły rozwój biologii molekularnej być może pozwoli poznać ten proces dokładniej.

Autor: Karolina Wójciuk

Literatura:


[1] De Duve C., Wattiaux R. 1966. Functions and lysosomes. Annu. Rev. Physiol. 28: 435-492
[2] Van Dyke R.W. 1996. Acidification of lysosomes and endosomes, in: J.B. Lloyd, R.W. Mason (Eds.), Biology of the Lysosome, Plenum Press, New York, s. 331–360.
[3] Bohley P., Seglen P.O. 1992. Proteases and proteolysis in the lysosome. Experientia 48: 151-157
[4] Goldknopf I.L., Busch H. 1977. Isopeptide linkage between nonhistone and histone 2A polypeptides of chromosomal conjugate-protein A24. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 74: 864–8.
[5] Peters J.M., Franke W.W., Kleinschmidt J.A. 1994. Distinct 19 S and 20 S subcomplexes of the 26 S proteasome and their distribution in the nucleus and the cytoplasm. J. Biol. Chem. 269: 7709–18.
[6] Wang J., Maldonado M.A. 2006. The Ubiquitin-Proteasome System and Its Role in Inflammatory and Autoimmune Diseases. Cell. Mol. Immunol. 3: 255-260
[7] Smith D.M., Chang S.C., Park S., Finley D., Cheng Y., Goldberg A.L. 2007. Docking of the proteasomal ATPases' carboxyl termini in the 20S proteasome's alpha ring opens the gate for substrate entry. Mol. Cell 27 (5): 731–44
[8] Richard I., Broux O., Allamand V. 1995. Mutations in the proteolytic enzyme calpain 3 cause limb-girdle muscular dystrophy type 2A. Cell 81: 27–40
[9] Ono Y., Shimada H., Sorimachi H. 1998. Functional defects of a muscle-specific calpain, p94, caused by mutations associated with limb-girdle muscular dystrophy type 2A.  J. Biol. Chem. 273: 17073–17078.
[10] Lenzlinger P.M., Saatman K.E., Raghupathi R., Mcintosh T.K. 2001. Overview of basic mechanisms underlying neuropathological consequences of head trauma. Chapter 1. In, Head trauma: Basic, preclinical, and clinical directions. Miller LP and Hayes RL, eds. Wiley Liss, New York.
[11] Cuerrier D., Moldoveanu T., Davies P.L. 2005. Determination of peptide substrate specificity for mu-calpain by a peptide library-based approach: the importance of primed side interactions. J. Biol. Chem. 280: 40632–40641






Tagi: proteoliza komórkowa, lizosomy, proteasomy, kapaliny, degradacja białek, lab, laboratoria, laboratorium
Drukuj PDF
wstecz Podziel się ze znajomymi

Informacje dnia: Słońce zabija bakterie żyjące w kurzu Regularne ćwiczenia fizyczne łagodzą objawy choroby nowotworowej Zdrowo się odżywiaj, twój mózg będzie chodził jak zegarek Smog - kilka zasad jak z nim walczyć Stres i ból głowy – jak się uporać? Aerozol z e-papierosów negatywnie wpływa na czynność płuc Słońce zabija bakterie żyjące w kurzu Regularne ćwiczenia fizyczne łagodzą objawy choroby nowotworowej Zdrowo się odżywiaj, twój mózg będzie chodził jak zegarek Smog - kilka zasad jak z nim walczyć Stres i ból głowy – jak się uporać? Aerozol z e-papierosów negatywnie wpływa na czynność płuc Słońce zabija bakterie żyjące w kurzu Regularne ćwiczenia fizyczne łagodzą objawy choroby nowotworowej Zdrowo się odżywiaj, twój mózg będzie chodził jak zegarek Smog - kilka zasad jak z nim walczyć Stres i ból głowy – jak się uporać? Aerozol z e-papierosów negatywnie wpływa na czynność płuc

Partnerzy

GoldenLine Fundacja Kobiety Nauki Job24 Obywatele Nauki NeuroSkoki Portal MaterialyInzynierskie.pl Uni Gdansk MULTITRAIN I MULTITRAIN II Nauki przyrodnicze KOŁO INZYNIERÓW PB ICHF PAN FUNDACJA JWP NEURONAUKA Mlodym Okiem Polski Instytut Rozwoju Biznesu Analityka Nauka w Polsce CITTRU - Centrum Innowacji, Transferu Technologii i Rozwoju Uniwersytetu Akademia PAN Chemia i Biznes Farmacom Świat Chemii Forum Akademickie Biotechnologia     Geodezja Instytut Lotnictwa EuroLab

Szanowny Czytelniku!

 
25 maja 2018 roku zacznie obowiązywać Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/679 z dnia 27 kwietnia 2016 r (RODO). Potrzebujemy Twojej zgody na przetwarzanie Twoich danych osobowych przechowywanych w plikach cookies. Poniżej znajdziesz pełny zakres informacji na ten temat.
 
Zgadzam się na przechowywanie na urządzeniu, z którego korzystam tzw. plików cookies oraz na przetwarzanie moich danych osobowych pozostawianych w czasie korzystania przeze mnie ze strony internetowej Laboratoria.net w celach marketingowych, w tym na profilowanie i w celach analitycznych.

Kto będzie administratorem Twoich danych?

Administratorami Twoich danych będziemy my: Portal Laboratoria.net z siedzibą w Krakowie (Grupa INTS ul. Czerwone Maki 55/25 30-392 Kraków).

O jakich danych mówimy?

Chodzi o dane osobowe, które są zbierane w ramach korzystania przez Ciebie z naszych usług w tym zapisywanych w plikach cookies.

Dlaczego chcemy przetwarzać Twoje dane?

Przetwarzamy te dane w celach opisanych w polityce prywatności, między innymi aby:

Komu możemy przekazać dane?

Zgodnie z obowiązującym prawem Twoje dane możemy przekazywać podmiotom przetwarzającym je na nasze zlecenie, np. agencjom marketingowym, podwykonawcom naszych usług oraz podmiotom uprawnionym do uzyskania danych na podstawie obowiązującego prawa np. sądom lub organom ścigania – oczywiście tylko gdy wystąpią z żądaniem w oparciu o stosowną podstawę prawną.

Jakie masz prawa w stosunku do Twoich danych?

Masz między innymi prawo do żądania dostępu do danych, sprostowania, usunięcia lub ograniczenia ich przetwarzania. Możesz także wycofać zgodę na przetwarzanie danych osobowych, zgłosić sprzeciw oraz skorzystać z innych praw.

Jakie są podstawy prawne przetwarzania Twoich danych?

Każde przetwarzanie Twoich danych musi być oparte na właściwej, zgodnej z obowiązującymi przepisami, podstawie prawnej. Podstawą prawną przetwarzania Twoich danych w celu świadczenia usług, w tym dopasowywania ich do Twoich zainteresowań, analizowania ich i udoskonalania oraz zapewniania ich bezpieczeństwa jest niezbędność do wykonania umów o ich świadczenie (tymi umowami są zazwyczaj regulaminy lub podobne dokumenty dostępne w usługach, z których korzystasz). Taką podstawą prawną dla pomiarów statystycznych i marketingu własnego administratorów jest tzw. uzasadniony interes administratora. Przetwarzanie Twoich danych w celach marketingowych podmiotów trzecich będzie odbywać się na podstawie Twojej dobrowolnej zgody.

Dlatego też proszę zaznacz przycisk "zgadzam się" jeżeli zgadzasz się na przetwarzanie Twoich danych osobowych zbieranych w ramach korzystania przez ze mnie z portalu *Laboratoria.net, udostępnianych zarówno w wersji "desktop", jak i "mobile", w tym także zbieranych w tzw. plikach cookies. Wyrażenie zgody jest dobrowolne i możesz ją w dowolnym momencie wycofać.
 
Więcej w naszej POLITYCE PRYWATNOŚCI
 

Newsletter

Zawsze aktualne informacje