PROTEOLISIS: JENIS DAN FUNGSI - BIOLOGI

The proteolisis atau protein degradasi adalah proses dimana protein sel dapat terdegradasi sepenuhnya (sampai penyusunnya amino asam) atau sebagian (memproduksi peptida). Artinya, ini terdiri dari hidrolisis satu atau lebih ikatan peptida yang mengikat asam amino mereka.

Proses ini dapat terjadi berkat partisipasi protein lain dengan aktivitas enzimatik, yang terjadi hidrolisis situs aktif ikatan. Hal ini juga dapat terjadi dengan "metode" non-enzimatik, seperti dengan aksi panas atau zat dengan pH ekstrim (sangat asam atau sangat basa).

Skema dasar proteolisis suatu protein (Sumber: Fdardel via Wikimedia Commons)

Degradasi protein terjadi pada bakteri, hewan dan tumbuhan, tetapi sangat umum terjadi pada hewan, terutama pada tingkat sistem pencernaan, karena pencernaan dan penyerapan protein yang tertelan oleh makanan di usus bergantung padanya.

Selain itu, proteolisis sangat penting untuk pemeliharaan fungsional dan pengaturan beberapa proses seluler dan juga berkaitan dengan penghapusan protein yang menimbulkan kesalahan dalam penerjemahan, pelipatan, pengemasan, impor, fungsi, dll.

Penting untuk dicatat bahwa ini adalah proses yang sangat efektif dan tidak dapat diubah yang juga bekerja dalam "regulasi regulator", karena tidak hanya menghilangkan protein yang memiliki aktivitas biologis "langsung", tetapi juga yang mengatur protein lain atau ekspresi gen yang sesuai.

Jenis proteolisis

Protein internal sel dapat didegradasi secara acak atau selektif atau, apa yang sama, dengan cara yang terkontrol atau tidak. Pada gilirannya, seperti yang disebutkan sebelumnya, proses ini dapat terjadi melalui enzim khusus atau karena kondisi lingkungan yang ditentukan seperti pH asam dan / atau basa.

Penting untuk disebutkan bahwa setiap protein yang diterjemahkan, dilipat atau dikemas dengan benar menyembunyikan satu atau lebih urutan sinyal degradasi yang "samar" dan yang dapat terpapar ketika protein secara struktural terganggu oleh suhu, pH, dll.

Proteolisis Ubiquitination

Ubiquitination (ubiquitin-proteasome system) adalah sistem di mana protein dapat dihidrolisis secara selektif setelah secara khusus ditandai untuk degradasi, sebuah proses yang dapat terjadi baik di dalam sitosol maupun di dalam inti sel.

Sistem ini memiliki kemampuan untuk mengenali dan menghancurkan protein berlabel di dalam nukleus dan di dalam sitosol, serta untuk mendegradasi protein yang tidak terlipat dengan benar selama translokasi dari sitosol ke retikulum endoplasma.

Proses pelabelan Ubiquitin (Ubiquitination) (Sumber: Rogerdodd via Wikimedia Commons)

Ia bekerja terutama dengan menambahkan atau mengkonjugasikan protein "target" ke 76 protein residu asam amino atau peptida, yang lebih dikenal sebagai ubiquitin. Protein-protein yang "ditandai" oleh ubiquitination itu terdegradasi menjadi fragmen-fragmen kecil oleh proteasom 26S, sebuah protease multi-subunit.

Proteolisis oleh autophagy

Autophagy juga dianggap oleh beberapa penulis sebagai bentuk proteolisis, dengan perbedaan bahwa itu terjadi di dalam kompartemen membran tertutup yang diarahkan ke lisosom (dalam sel hewan), di mana protein yang terkandung di dalamnya didegradasi oleh protease lisosom.

Proteolisis non-enzimatik

Suhu, pH, dan bahkan konsentrasi garam suatu media dapat menyebabkan hidrolisis ikatan peptida yang mengikat asam amino dari berbagai jenis protein bersama-sama, yang terjadi dengan destabilisasi dan gangguan ikatan.

fitur

Proteolisis memiliki banyak fungsi dalam organisme hidup. Secara khusus, ini berkaitan dengan pergantian protein, di mana beberapa molekul protein spesifik yang diterjemahkan dari satu atau lebih ribosom akhirnya terdegradasi pada tingkat yang berbeda.

Protein memiliki waktu paruh yang bervariasi dari beberapa detik hingga beberapa bulan dan produk degradasinya, baik diatur atau tidak, dimediasi oleh enzim atau tidak, umumnya digunakan kembali untuk sintesis protein baru, yang mungkin memenuhi fungsi yang berbeda.

Inilah yang terjadi dengan protein yang dikonsumsi bersama makanan, yang terdegradasi di saluran pencernaan oleh protease, termasuk tripsin dan pepsin; serta dengan beberapa protein seluler ketika sel kekurangan makanan untuk bertahan hidup.

Sistem proteolitik intraseluler mendeteksi dan menghilangkan protein "abnormal" yang berpotensi toksik bagi sel, karena mereka dapat berinteraksi dengan ligan yang "secara fisiologis tidak sesuai", selain menghasilkan agregat yang menyebabkan hambatan mekanis dan fisik pada proses seluler normal.

Akumulasi protein abnormal di dalam sel, baik karena kerusakan pada sistem proteolitik internal atau karena alasan lain, adalah apa yang oleh banyak ilmuwan dianggap sebagai salah satu penyebab utama penuaan pada makhluk hidup multiseluler.

Dalam sistem kekebalan

Proteolisis parsial dari banyak protein dari sumber eksogen atau asing seperti mikroorganisme yang menyerang, misalnya, merupakan proses fundamental untuk sistem respons imun, karena limfosit T mengenali fragmen pendek, produk proteolisis (peptida) yang disajikan kepada mereka. dalam kaitannya dengan satu set protein permukaan.

Peptida tersebut dapat berasal dari sistem ubiquitination, proses autophagic atau kejadian proteolisis yang tidak terkontrol.

Fungsi lainnya

Fungsi lain dari proteolisis terbatas atau parsial adalah modifikasi protein yang baru terbentuk, yang berfungsi sebagai "persiapan" untuk fungsi intra atau ekstraselulernya. Ini benar, misalnya, untuk hormon tertentu dan protein yang terlibat dalam proses metabolisme yang berbeda.

Kematian sel terprogram (apoptosis) juga tergantung, sebagian besar, pada proteolisis "spesifik-lokasi" terbatas atau parsial dari protein intraseluler, yang dimediasi oleh serangkaian protease spesifik yang disebut caspases.

Sistem pengaturan ekstraseluler juga bergantung pada proteolisis spesifik lokasi dan contoh yang paling menonjol adalah koagulasi darah.

Proteolisis umum atau lengkap juga memenuhi fungsi penting untuk degradasi selektif protein yang konsentrasinya harus dikontrol dengan hati-hati tergantung pada keadaan fisiologis, metabolik, atau perkembangan sel.

Pada tumbuhan

Tanaman juga menggunakan proses proteolitik untuk mengontrol banyak aspek fisiologis dan perkembangannya. Ia bekerja, misalnya, dalam pemeliharaan kondisi intraseluler dan dalam mekanisme respons terhadap kondisi stres seperti kekeringan, salinitas, suhu, dan lain-lain.

Seperti pada hewan, proteolisis pada tumbuhan berkolaborasi dalam aktivasi dan pematangan zimogen (protein tidak aktif), mengontrol metabolisme, homeostasis, proses kematian sel terprogram, perkembangan jaringan dan organ, dll. Dalam organisme ini jalur proteolisis dengan ubiquitination adalah salah satu yang paling penting.

Referensi

Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Biologi sel esensial. Ilmu Garland.
Maurizi, MR (1992). Protease dan degradasi protein di Escherichia coli. Experientia, 48 (2), 178-201.
Varshavsky, A. (2005). Degradasi protein yang diatur. Tren dalam ilmu biokimia, 30 (6), 283-286.
Vierstra, RD (1996). Proteolisis pada tumbuhan: mekanisme dan fungsi. Dalam Kontrol Pasca-Transkripsional Ekspresi Gen di Tanaman (hlm. 275-302). Springer, Dordrecht.
Wolf, DH, & Menssen, R. (2018). Mekanisme regulasi sel - proteolisis, kejutan besar. Surat FEBS, 592 (15), 2515-2524.

PROTEOLISIS: JENIS DAN FUNGSI - BIOLOGI - 2025