Co je cesta ubikvitinace?

Mnoho proteinů v buňce je pravidelně recyklováno a slouží jako zdroj aminokyselin pro syntézu nových proteinů. Ubikvitin je velmi malý protein, který je tak pojmenován, protože je všudypřítomný v eukaryotických buňkách a má velmi podobnou strukturu mezi velmi odlišnými organismy. Funguje jako značka, která se váže na proteiny, aby je zaměřila, obecně pro degradaci. Proces přidání této značky k cíleným proteinům je znám jako ubikvitinační cesta. Následně jsou tyto proteiny rozděleny na malé kousky ve struktuře známé jako proteazom.

Proteiny jsou molekuly složené z jednotek aminokyselin navlečených peptidovými vazbami. Mohou podstoupit velké množství modifikací, z nichž jedna má sloučeniny připojené k začátku nebo ke konci molekuly proteinu. Mnoho proteinů jsou enzymy, které urychlují reakce. Jedním typem enzymu je proteáza, která za specifických a vysoce regulovaných okolností degraduje jiné proteiny. Cesta ubikvitinace zahrnuje aktivitu proteáz.

Ubiquitin je stále přítomnou molekulou ve vyšších organismech. U bakterií se nenachází. Tento malý protein se nachází v buňkách. Má neobvykle vysoký počet molekul aminokyseliny lysinu a je jich tam sedm.

Původní práce na ubikvitinu naznačovala, že cílové proteiny, zejména ty, které byly defektní, se navázaly na konkrétní molekulu lysinu na této proteinové značce. Nyní je známo, že proteiny, které mají být degradovány, se mohou vázat na různé lysinové skupiny nebo dokonce na koncovou skupinu tohoto vždy přítomného proteinu. Proces vazby proteinu na ubikvitin k zahájení procesu ubikvitinace je energeticky náročný. Obvykle štěpení peptidové vazby uvolňuje energii. V tomto případě využívá molekulu energetické měny buňky adenosintrifosfátu (ATP).

Cesta ubikvitinace je složitá. Dokonce i vazba ubikvitinu na cílený protein zahrnuje tři různé enzymy. Jeden aktivuje ubikvitin a je znám jako E1. Ve druhém kroku jsou zapojeny desítky různých typů enzymů, známých jako E2, ve kterých je aktivovaný ubikvitin navázán na konjugující enzym. Krok 3 využívá jeden ze stovek různých typů enzymů, které rozpoznávají různé proteiny, které mají být degradovány, a připojuje cílový protein k lysinové skupině na ubikvitinové molekule.

Ubikvitinace probíhá v komplexu zvaném proteazom. Toto je velká struktura, ve které proteázy degradují ubikvitinylovaný protein. Je rozdělena na menší fragmenty aminokyselin známých jako peptidy. Tyto kusy mohou být peptidázami snadno degradovány na jejich aminokyseliny, které jsou součástí, a použity jako zdroj aminokyselin pro syntézu nových proteinů. V některých případech tento proces produkuje aktivní peptidy zapojené do buněčného metabolismu.

Objev, že cesta ubikvitinace vedla k degradaci proteinů v proteazomu, byla průkopnickou prací. Získal Nobelovu cenu za chemii pro tři zúčastněné vědce. Vzhledem k tomu, že v tomto procesu bylo provedeno více výzkumu, ukázalo se, že je mnohem složitější, než se původně myslelo. Proteiny mohou mít ubiquitin přidán v řadě módů, například v řetězci. Tento proces má důsledky napříč spektrem fyziologie, infekčních chorob a genetických poruch.