Hvad er ubiquitination af proteiner?

Ubiquitinationen af ​​proteiner er en regulatorisk proces, der forekommer i en celle for at nedbryde proteinmolekyler. Under processen binder små proteiner, der kaldes ubiquitiner, sig til de proteinmolekyler, der skal nedbrydes. Disse ubiquitin-molekyler signaliserer effektivt proteinet til nedbrydning af et proteosom eller proteindedbryder. Der er flere trin i ubiquitinering af proteiner, som alle er vigtige for normale cellulære processer, da celler konstant skaber og nedbryder nye proteiner som reaktion på miljøændringer.

Først skal ubiquitinmolekylet aktiveres for at mærke andre proteiner, et trin, der udføres af det ubiquitin-aktiverende enzym, E1. Dette trin i ubiquitineringen af ​​proteiner er energiafhængig, hvilket betyder, at det kræver, at cellen bruger energi gennem adenosintriphosphat (ATP). E2, eller ubiquitin-konjugerende enzym, bruges i det andet trin i processen, hvor en anden kemisk reaktion kendt som en transthioesterificering forekommer.

Når ubiquitin er passeret disse to trin, binder det sig til E3, eller ubiquitin-protein ligase. Der er over 100 E3-enzymer i humane celler, som hver er specifik for et protein, kendt som substratet eller målproteinet. Da der også er mange E2-molekyler, tillader de forskellige kombinationer af de tre hovedenzymer et højt specificitetsniveau for hvert substrat. Dette hjælper en celle nøje med at overvåge intracellulære forhold og strømline processen med at vælge proteiner til nedbrydning. Det aktiverede E3-enzym vil binde til både substratet og ubiquitinmolekylet og sammenføje de to molekyler og bære ubiquitinering af proteiner i hele cellen.

Mindst tre eller fire ubiquitinmolekyler er normalt nødvendige for at signalere, at proteinsubstratet skal nedbrydes af proteosomet. Yderligere ubiquitination af proteiner kan ofte udføres med den samme E3, der initierer den første tilsætning af et ubiquitin-molekyle. Når underlaget har en tilstrækkelig lang ubiquitin-kæde, vil proteosomet indhylle det og nedbryde det tilbage til aminosyrer, byggestenene til større proteiner.

Ubiquitinering af proteiner signaliserer ikke altid et molekyle for nedbrydning. Ubiquitin-molekyler dirigerer undertiden et substrat til at bevæge sig til en anden del af cellen, mens andre gange blot ændrer dets funktion. Når ubiquitin bruges til disse signalformål, er det generelt kun en tilsluttet enhed, selvom der er et par sjældne tilfælde, hvor mere end et ubiquitinmolekyle stadig vil fungere til at modificere, i modsætning til at nedbrydes. Celler indeholder også specielle enzymer kendt som deubiquitinaser, der kan fjerne ubiquitinmolekyler fra mærkede proteiner og vende processen.