Was ist Proteinabbau?

Zellen bauen Proteine ​​aus einer Vielzahl von Gründen ab, von der Inaktivierung nach der Verwendung bis zur Unterstützung der Zellsignalisierung. Dieser Prozess, der als Proteinabbau oder Proteolyse bekannt ist, findet ständig innerhalb der Zellen statt. Der Proteingehalt muss innerhalb bestimmter Werte bleiben, damit die Zellen ordnungsgemäß funktionieren. Zellen können diese Moleküle also auf verschiedene Weise verdauen.

Verschiedene Proteine ​​werden unterschiedlich schnell abgebaut. Strukturelle Proteine ​​und Enzyme halten in der Regel länger als regulatorische Proteine ​​und können Halbwertszeiten von ein bis drei Tagen aufweisen. Je nach Protein können stündlich weniger als 10% der verfügbaren Moleküle bis zu 100% abgebaut werden.

Der Proteinabbau erfordert Energie in Form von Adenosintriphosphat (ATP). ATP wird von speziellen zellulären Enzymen, sogenannten Proteasen, verbraucht, deren Aufgabe es ist, Proteine ​​in ihre Aminosäurekomponenten aufzuspalten. Aufgrund des Energiebedarfs der Proteolyse geschieht dies nicht einfach zufällig. Bestimmte Verbindungen können stattdessen Proteine ​​zur Zerstörung markieren.

Bei regulatorischen Proteinen, die erst 5 bis 120 Minuten vor dem Abbau existieren, spielt das kleine Protein Ubiquitin eine Rolle. Langlebigere Proteine ​​können mit Ubiquitin markiert werden, um sie für die Zerstörung zu markieren. Dadurch werden größere Proteasekomplexe, sogenannte Proteasome, darauf aufmerksam gemacht, dass ein Protein abgebaut werden sollte. Das Protein wird innerhalb des Proteasoms aufgenommen und verdaut, eine Struktur, die sowohl im Zellkern als auch im Zellkörper vorhanden ist.

Die Proteasen, die den Proteinabbau fördern und das Proteasom umfassen, werden nicht in ihrer aktiven Form hergestellt. Sie entstehen als Vorproteine, die größer sind. Die Aktivierung dieser Proteine ​​erfordert normalerweise die Entfernung eines inhibitorischen Proteins oder die Spaltung eines bestimmten Bereichs auf dem Protein.

Es gibt mehrere Enzyme, die zum Proteinabbau befähigt sind. Jeder spaltet Kohlenstoff-Stickstoff-Peptidbindungen, die zwischen Aminosäuren bestehen. Serinproteasen haben Enzyme wie Trypsin und Elastase, die einen Rest der Aminosäure Serin verwenden, um die Peptidbindung anzugreifen. Andere Proteasen verwenden Zink, Aspartatreste oder andere Moleküle, um das Aufbrechen der Peptidbindung zu fördern.

Strukturen, die Lysosomen genannt werden, können Proteine ​​auch unspezifisch abbauen. Diese existieren als versiegelte Kompartimente innerhalb der Zellwand. Sie sind in der Lage, Proteine ​​aufzunehmen und schnell zu verdauen.

Genaue Verdauungsraten hängen von bestimmten Bedingungen ab. Ein Mangel an Nährstoffen beispielsweise beschleunigt diese Raten. Weniger essentielle Moleküle unterliegen zunächst einem Proteinabbau, da ihre Proteolyse Aminosäuren freisetzen würde, um notwendigere Proteine ​​zu bilden.