PROTEOLYSIS: CÁC LOẠI VÀ CHỨC NĂNG - SINH HỌC

Sự phân giải protein hay sự phân hủy protein là một quá trình mà các protein của tế bào có thể bị phân hủy hoàn toàn (cho đến khi tạo thành các axit amin) hoặc một phần (tạo ra các peptit). Đó là, nó bao gồm sự thủy phân của một hoặc nhiều liên kết peptit giữ các axit amin của chúng lại với nhau.

Quá trình này có thể xảy ra nhờ sự tham gia của các protein khác có hoạt tính enzym, ở vị trí hoạt động của chúng xảy ra sự thủy phân các liên kết. Nó cũng có thể xảy ra bằng các “phương pháp” không dùng enzym, chẳng hạn như tác dụng của nhiệt hoặc các chất có độ pH cực cao (rất axit hoặc rất bazơ).

Sơ đồ cơ bản của quá trình phân giải protein của một loại protein (Nguồn: Fdardel qua Wikimedia Commons)

Sự thoái hóa protein xảy ra ở cả vi khuẩn, động vật và thực vật, nhưng nó đặc biệt phổ biến ở động vật, đặc biệt là ở cấp độ hệ tiêu hóa, vì quá trình tiêu hóa và hấp thu ở ruột của protein ăn vào trong chế độ ăn phụ thuộc vào nó.

Ngoài ra, phân giải protein có tầm quan trọng hàng đầu đối với việc duy trì và điều chỉnh chức năng của nhiều quá trình tế bào và cũng liên quan đến việc loại bỏ những protein gây ra lỗi trong quá trình dịch mã, gấp, đóng gói, nhập khẩu, hoạt động, v.v.

Điều quan trọng cần lưu ý rằng đây là một quá trình không thể đảo ngược, có hiệu quả cao và cũng hoạt động trong "cơ chế điều hòa", vì nó không chỉ loại bỏ những protein có hoạt động sinh học "trực tiếp", mà còn cả những protein điều hòa các protein khác hoặc sự biểu hiện của các gen tương ứng.

Các loại phân giải protein

Các protein bên trong của tế bào có thể bị phân hủy một cách ngẫu nhiên hoặc chọn lọc hoặc giống nhau, theo cách có kiểm soát hoặc không. Đổi lại, như đã nhận xét trước đây, quá trình này có thể xảy ra thông qua các enzym đặc biệt hoặc do các điều kiện môi trường xác định như pH có tính axit và / hoặc kiềm.

Điều quan trọng cần đề cập là bất kỳ protein nào được dịch mã, gấp lại hoặc đóng gói chính xác đều ẩn một hoặc nhiều chuỗi tín hiệu suy thoái "khó hiểu" và có thể bị lộ ra khi protein bị xáo trộn cấu trúc bởi nhiệt độ, pH, v.v.

Quá trình phân giải protein vô hiệu hóa

Ubiquitination (hệ thống ubiquitin-proteasome) là một hệ thống mà các protein có thể bị thủy phân một cách chọn lọc sau khi được đánh dấu đặc biệt để phân hủy, một quá trình có thể xảy ra cả trong tế bào và trong nhân tế bào.

Hệ thống này có khả năng nhận biết và phá hủy các protein được đánh dấu trong nhân và trong tế bào chất, cũng như phân hủy các protein không gấp nếp đúng cách trong quá trình chuyển vị của chúng từ tế bào chất sang lưới nội chất.

Quy trình dán nhãn Ubiquitin (Ubiquitination) (Nguồn: Rogerdodd qua Wikimedia Commons)

Nó hoạt động chủ yếu bằng cách thêm hoặc liên hợp các protein “đích” với một protein hoặc peptit nhỏ 76 axit amin, hay còn được gọi là ubiquitin. Những protein đó được "gắn thẻ" bằng cách phổ biến bị phân hủy thành các mảnh nhỏ bởi proteasome 26S, một protease đa tiểu đơn vị.

Sự phân giải protein bằng autophagy

Autophagy cũng được một số tác giả coi là một dạng phân giải protein, với sự khác biệt là nó xảy ra trong một ngăn màng kín hướng về các lysosome (trong tế bào động vật), nơi các protein chứa bên trong bị phân hủy bởi protease lysosome.

Sự phân giải protein không phải enzym

Nhiệt độ, độ pH và thậm chí cả nồng độ muối của môi trường có thể gây ra sự thủy phân các liên kết peptit giữ các axit amin của các loại protein khác nhau lại với nhau, xảy ra do sự mất ổn định và gián đoạn các liên kết.

Đặc trưng

Sự phân giải protein có nhiều chức năng trong cơ thể sống. Đặc biệt, nó liên quan đến sự luân chuyển protein, theo đó một số phân tử protein cụ thể đã được dịch mã từ một hoặc nhiều ribosome cuối cùng bị phân hủy ở các tốc độ khác nhau.

Protein có chu kỳ bán rã thay đổi từ vài giây đến vài tháng và các sản phẩm thoái hóa của chúng, dù được điều chỉnh hay không, qua trung gian của enzym hay không, thường được sử dụng lại để tổng hợp các protein mới, có thể thực hiện các chức năng khác nhau.

Đây là những gì xảy ra với các protein được tiêu thụ cùng với thức ăn, chúng bị phân hủy trong đường tiêu hóa bởi các protease, bao gồm trypsin và pepsin; cũng như với một số protein tế bào khi tế bào thiếu đủ thức ăn để tồn tại.

Hệ thống phân giải protein nội bào phát hiện và loại bỏ các protein "bất thường" có khả năng gây độc cho tế bào, vì chúng có thể tương tác với các phối tử "không phù hợp về mặt sinh lý", ngoài việc tạo ra các tập hợp gây trở ngại cơ học và vật lý cho các quá trình tế bào bình thường.

Sự tích tụ của các protein bất thường bên trong tế bào, hoặc do khiếm khuyết trong hệ thống phân giải protein bên trong hoặc vì các lý do khác, là điều mà nhiều nhà khoa học coi là một trong những nguyên nhân chính gây lão hóa ở các sinh vật đa bào.

Trong hệ thống miễn dịch

Sự phân giải một phần protein của nhiều protein từ các nguồn ngoại sinh hoặc ngoại lai chẳng hạn như vi sinh vật xâm nhập, là một quá trình cơ bản đối với hệ thống đáp ứng miễn dịch, vì tế bào lympho T nhận ra các đoạn ngắn, sản phẩm của quá trình phân giải protein (peptit) được trình bày với chúng. liên kết với một tập hợp các protein bề mặt.

Các peptit đã nói có thể đến từ hệ thống tự giải quyết, các quá trình tự thực hoặc các sự kiện phân giải protein không được kiểm soát.

Cac chưc năng khac

Một chức năng khác của quá trình phân giải protein hạn chế hoặc một phần là biến đổi các protein mới được hình thành, có chức năng như một "sự chuẩn bị" cho các chức năng nội hoặc ngoại bào của chúng. Điều này đúng, ví dụ, đối với một số hormone nhất định và đối với các protein tham gia vào các quá trình trao đổi chất khác nhau.

Quá trình chết theo chương trình của tế bào (apoptosis) cũng phụ thuộc phần lớn vào sự phân giải protein “cụ thể theo vị trí” có giới hạn hoặc một phần của các protein nội bào, được trung gian bởi một loạt các protease cụ thể gọi là caspase.

Các hệ thống điều hòa ngoại bào cũng phụ thuộc vào sự phân giải protein cụ thể tại vị trí và ví dụ nổi bật nhất là quá trình đông máu.

Sự phân giải protein nói chung hoặc hoàn toàn cũng đáp ứng các chức năng cần thiết cho sự phân hủy có chọn lọc của những protein mà nồng độ của chúng phải được kiểm soát cẩn thận tùy thuộc vào sinh lý, chuyển hóa hoặc sự phát triển của tế bào.

Trong thực vật

Thực vật cũng sử dụng quá trình phân giải protein để kiểm soát nhiều khía cạnh sinh lý và phát triển của chúng. Ví dụ, nó hoạt động trong việc duy trì các điều kiện nội bào và trong các cơ chế phản ứng với các điều kiện căng thẳng như hạn hán, độ mặn, nhiệt độ, v.v.

Giống như ở động vật, quá trình phân giải protein ở thực vật hợp tác trong việc kích hoạt và trưởng thành các hợp tử (protein không hoạt động), kiểm soát sự trao đổi chất, cân bằng nội môi, quá trình chết tế bào theo chương trình, sự phát triển của các mô và cơ quan, v.v. Ở những sinh vật này, con đường phân giải protein bằng cách phổ biến là một trong những con đường quan trọng nhất.

Người giới thiệu

Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Sinh học tế bào cần thiết. Khoa học Garland.
Maurizi, MR (1992). Protein và sự phân hủy protein ở Escherichia coli. Experientia, 48 (2), 178-201.
Varshavsky, A. (2005). Sự phân huỷ protein điều hoà. Xu hướng trong khoa học hóa sinh, 30 (6), 283-286.
Vierstra, RD (1996). Sự phân giải protein ở thực vật: cơ chế và chức năng. Trong kiểm soát sau phiên mã của sự biểu hiện gen ở thực vật (trang 275-302). Springer, Dordrecht.
Wolf, DH & Menssen, R. (2018). Cơ chế điều hòa tế bào - sự phân giải protein, điều bất ngờ lớn. Thư FEBS, 592 (15), 2515-2524.

PROTEOLYSIS: CÁC LOẠI VÀ CHỨC NĂNG - SINH HỌC - 2026