משתמשת:שרעטל/טיוטה
פרוטאוליזה (באנגלית: Proteolysis; מיוונית: פרוטאין - חלבון, ליזיס - פירוק) הוא תהליך של פירוק חלבונים לפפטידים או חומצות אמינו. התהליך מסתכם בהידרוליזה של הקשר הפפטידי וללא תיווך של זרז (קָטָלִיזָטוֹר) הוא איטי ביותר ומתרחש במהלך מאות שנים. במערכות ביולוגיות התהליך מזורז בדרך כלל על ידי אנזימים תאיים שנקראים פרוטאזות אבל פרוטאוליזה יכולה להתרחש גם במנגנון של עיכול אינטרמולקולרי (Autoproteolysis).
הפרוטאוליזה באורגניזמים מתרחשת בתהליכם רבים ומגוונים למטרות שונות, למשל: אנזימי עיכול מפרקים חלבונים שנמצאים במזון כדי לספק חומצות אמינו עבור תהליכי סינטזה של חלבונים הנחוצים לאורגניזם, ואילו תהליך פרוטאוליטי של שרשרת פוליפפטידית אחרי סינתזה מתרחש לפעמים כדי ליצור חלבון פעיל. לתהליך חשיבות גם בויסות של מנגנונים פיזיולוגיים ותוך תאיים כמו אפופטוזה ומניעה של הצטברות של חלבונים לא נחוצים או לא פעילים בגלל שגיאות מבניות. לכן, פגם בוויסות התהליך יגרום למצב של מחלה.
התהליך משמש גם ככלי אנליטי למחקר של חלבונים במעבדה וגם בתעשיית המזון ותעשיית חמרי ניקוי.
פעילות ביולוגית[עריכת קוד מקור | עריכה]
פרוטאוליזה בתהליך הסינתזה של חלבונים[עריכת קוד מקור | עריכה]
סינתזה של חלבון מתרחשת בריבוזום וכוללת שלב של תרגום על פי המידע במולקולת RNA שליח. במהלך התרגום או בסופו יכולה להתרחש פרוטאוליזה של קשר פפטידי ספציפי (אחד או יותר). זהו תהליך נפוץ מאוד וכולל בין השאר הסרה של מתיונין N-טרמינלי, הסרה של פפטיד סימון וגם שיפעול חלבון לא פעיל כמו הפיכת פרואינסולין לאינסולין וזימוגן לאנזים. במינוח הביוכימי חלבון הנוצר כפרקורסור נקרא פרו-פרוטאין ולפעמים בתהליך תלת שלבי שכולל גם פרה-פרו-פרוטאין, וכך החלבון הנפוץ אלבומין נוצר כפרה-פרו-אלבומין ומכיל פפטיד סימון, לאחר הסרתו מתקבל הפרו-אלבומין שעובר תהליך הסרה של שייור עם 6 חומצות אמינו מהקצה האמיני (N-טרמינלי) והופך לאלבומין בשל.
הסרה של מתיונין N-טרמינלי[עריכת קוד מקור | עריכה]
חומצת האמינו מתיונין היא הראשונה כמעט בכל שרשרת פפטידית חדשה שנוצרת על ידי הריבוזומים בתא האיקריוטי, בתאים פרוקריוטיים משמשת לכך הנגזרת פורמילמתיונין (fMet, Formylmethionine). בחלק ניכר מהחלבונים מוסר המתיונין שבתחילת החלבון סמוך לאחר התרגום. בשני סוגי התאים המתיונין התחילי משפיע על זמן מחצית החיים של החלבון וקשור למנגנון זיהוי ופירוק של חלבונים פגומים.
הסרה של פפטיד סימון[עריכת קוד מקור | עריכה]
חלבונים שצריכים להגיע לאיבר ספציפי או למערכת ההפרשה הפנימית מצויידים בפפטיד סימון (signal peptide) בדרך כלל בקצה ה-N-טרמינלי. תפקידו לכוון את החלבון לאיבר המטרה ולאפשר מעבר דרך ממברנות בעת הצורך. בתום המעבר פפטיד הסימון מוסר.
שבירת פוליפרוטאינים[עריכת קוד מקור | עריכה]
חלבונים מסוימים בתאים איקריוטיים נוצרים תחילה כפוליפפטיד ענק שנקרא פוליפרוטאין אשר מפורק בהמשך בתהליך פרוטאוליזה לקטעים פונקציונליים קטנים יותר. התופעה קיימת בסינטזה של הורמונים פפטידיים.
סינטזה של חלבונים בנגיפים רבים מתחילה בסינטזה של שרשרת פוליפפטידות גדולה שמפורקת בהמשך למקטעים קצרים יותר. למשל gag במשפחת הרטרווירוסים ו- ORF1ab בסידרה Nidovirales.
שבירת פרקורסורים של חלבונים[עריכת קוד מקור | עריכה]
חלבונים רבים נוצרים כיחידה ראשונית - פרקורסור. מקובלים גם כינויים לקבוצות חלבונים פונקציונליות כמו פרו-אנזים (שם עדכני יותר זימוגן) או פרו-הורמון אשר בהמשך נשברים במקומות ספציפיים, בין השאר על ידי הידרוליזה של קשר פפטידי, ליצירת צורתם הסופית.
האינסולין, הורמון פפטידי אנאבולי מתורגם מה-mRNA שלו בריבוזום של תאי בטא שנמצאים באיי לנגרהנס בלבלב כפרה-פרו-אינסולין. אחרי הסרה של פפטיד סימון שמתרחש ברטיקולום האנדופלסמטי נוצר פרה-אינסולין. במהלך קיפול הפרה-אינסולין נוצרים בין קצוות נגדיות שלו שני קשרים דיסולפידיים. הפרה-אינסולין מועבר דרך גופיף גולג'י לבועיות הפרשה שם מתבצע חיתוך פרוטאוליטי בשתי נקודות ספציפיות ומוסר קטע ממרכז השרשרת כך ששני החלקים הנותרים (מסומנים A ו-B) מחוברים ביניהם בשני קשרים דיסולפידיים. אחרי הסרה של שני שיירים מהקצה הקרבוקסילי של אחת השרשראות (B) נוצר אינסולין בוגר שמופרש ממקום איחסונו בשעת הצורך.
הפרוטאזות הן דוגמה לחלבונים שנוצרים במבנה לא פעיל כדי לאפשר איחסון בטוח בתאים, מוכנים לשיפעול בכמות הנדרשת. מנגנון זה נחוץ כדי להבטיח פעילות במקום ובזמן המתאים כיוון שפעילות לא מבוקרת של חמרים אלה יכולה להיות הרסנית מאוד לאורגניזם. לדוגמה בזימוגן טריפסינוגן מתבצע שינוי מבמני באתר הפעיל כתוצאה משבירת קשר פפטידי ספציפי בעזרת אנטרוקינאז ובהמשך בתהליך אוטוקטליטי על ידי מולקולות הטריפסין שנוצרו. השינוי המבני מאפשר את פעילותו של הטריפסין כזרז של פירוק חלבונים מהמזון. בעוד שהטריפסינוגן נוצר בלבלב, האנזים המשפעל שלו, האנטרוקינאז נמצא בכמויות קטנות במעי הדק, שהוא המקום בו נחוץ השפעול כדי לאפשר לטריפסין לפרק חלבונים מהמזון. תהליך השפעול כולו מווסת על ידי חלבוני המזון.
דוגמה נוספת לשימוש בפרוטאוליזה לויסות תהליכים ביולוגיים על ידי הפעלה של חלבון לא פעיל מוצאים בקסקדה של תהליך קרישת הדם, שם אירוע התחלתי מהווה טריגר לשורה של ריאקציות עוקבות בהן מתרחש שפעול של פרוטאזות ספציפיות, שנגמר ביצירת קריש דם. התהליך נועד לעצור דימום במקום ובזמן הנחוץ ולמנוע מהדם להקרש בתוך כלי הדם.
מערכת המשלים האחראית על הגברת התגובה של מערכת החיסון מווסטת גם היא על ידי קסקדה מורכבת של שיפעולים פרוטאוליטיים ואינטראקציות שמטרתם תקיפה יעילה של פתוגנים פולשים.
דגרדציה של חלבונים[עריכת קוד מקור | עריכה]
המושג דגרדציה של חלבונים מתייחס למגוון גדול של תהליכים בהם חלבון מפורק למרכיבים בסיסיים. אבחנה כללית היא בין פירוק תוך תאי ופירוק חוץ תאי. בתהליך עיכול מזון, אנזימי עיכול מופרשים לחלל חוץ תאי בו נמצאים חלבונים, שם תתרחש שבירת קשרים פפטידיים עד לקבלת חומצות אמינו או פפטידים קצרים שיכולים לעבור לתוך התא ולשמש שם בתהליכי סינטזה לפי צרכי האורגניזם. בבעלי חיים תהליך כזה מתרחש בתוך חללם של איברים יעודיים, אבל בבקטריות רבות כניסת מזון לתא נעשית בפגוציטוזה, ופירוק לאבני יסוד נעשה בתוך התא.
בתוך התאים, שבירה של חלבונים לחומצות אמינו משמשת למטרות רבות כמו: פירוק של חלבונים שנוצרו פגומים או ניזוקו במהלך פעילותם כדי למנוע את הצטברותם, ויסות תהליכים תאיים בעזרת סילוק חלבונים שאין בהם צורך יותר, אנזימים למשל. חומצות האמינו משמשות לבניה של חלבונים חדשים.
Lysosome and proteasome[edit][עריכת קוד מקור | עריכה]
The intracellular degradation of protein may be achieved in two ways - proteolysis in lysosome, or a ubiquitin-dependent process that targets unwanted proteins to proteasome. The autophagy-lysosomal pathway is normally a non-selective process, but it may become selective upon starvation whereby proteins with peptide sequence KFERQ or similar are selectively broken down. The lysosome contains a large number of proteases such as cathepsins.
The ubiquitin-mediated process is selective. Proteins marked for degradation are covalently linked to ubiquitin. Many molecules of ubiquitin may be linked in tandem to a protein destined for degradation. The polyubiquinated protein is targeted to an ATP-dependent protease complex, the proteasome. The ubiquitin is released and reused, while the targeted protein is degraded.
Rate of intracellular protein degradation[edit][עריכת קוד מקור | עריכה]
Different proteins are degraded at different rates. Abnormal proteins are quickly degraded, whereas the rate of degradation of normal proteins may vary widely depending on their functions. Enzymes at important metabolic control points may be degraded much faster than those enzymes whose activity is largely constant under all physiological conditions. One of the most rapidly degraded proteins is ornithine decarboxylase, which has a half-life of 11 minutes. In contrast, other proteins like actin and myosin have a half-life of a month or more, while, in essence, haemoglobin lasts for the entire life-time of an erythrocyte.
The N-end rule may partially determine the half-life of a protein, and proteins with segments rich in proline, glutamic acid, serine, and threonine (the so-called PEST proteins) have short half-life. Other factors suspected to affect degradation rate include the rate deamination of glutamine and asparagine and oxidation of cystein, histidine, and methionine, the absence of stabilizing ligands, the presence of attached carbohydrate or phosphate groups, the presence of free α-amino group, the negative charge of protein, and the flexibility and stability of the protein. Proteins with larger degrees of intrinsic disorder also tend to have short cellular half-life, with disordered segments having been proposed to facilitate efficient initiation of degradation by the proteasome.
The rate of proteolysis may also depend on the physiological state of the organism, such as its hormonal state as well as nutritional status. In time of starvation, the rate of protein degradation increases.
Digestion[edit][עריכת קוד מקור | עריכה]
In human digestion, proteins in food are broken down into smaller peptide chains by digestive enzymes such as pepsin, trypsin, chymotrypsin, and elastase, and into amino acids by various enzymes such as carboxypeptidase, aminopeptidase, and dipeptidase. It is necessary to break down proteins into small peptides (tripeptides and dipeptides) and amino acids so they can be absorbed by the intestines, and the absorbed tripeptides and dipeptides are also further broken into amino acids intracellularly before they enter the bloodstream. Different enzymes have different specificity for their substrate; trypsin, for example, cleaves the peptide bond after a positively charged residue (arginine and lysine); chymotrypsin cleaves the bond after an aromatic residue (phenylalanine, tyrosine, and tryptophan); elastase cleaves the bond after a small non-polar residue such as alanine or glycine.
In order to prevent inappropriate or premature activation of the digestive enzymes (they may, for example, trigger pancreatic self-digestion causing pancreatitis), these enzymes are secreted as inactive zymogen. The precursor of pepsin, pepsinogen, is secreted by the stomach, and is activated only in the acidic environment found in stomach. The pancreas secretes the precursors of a number of proteases such as trypsin and chymotrypsin. The zymogen of trypsin is trypsinogen, which is activated by a very specific protease, enterokinase, secreted by the mucosa of the duodenum. The trypsin, once activated, can also cleave other trypsinogens as well as the precursors of other proteases such as chymotrypsin and carboxypeptidase to activate them.
In bacteria, a similar strategy of employing an inactive zymogen or prezymogen is used. Subtilisin, which is produced by Bacillus subtilis, is produced as preprosubtilisin, and is released only if the signal peptide is cleaved and autocatalytic proteolytic activation has occurred.
secretion - הפרשה פנימית