Was ist die Ubiquitinierung von Proteinen?
Die Ubiquitinierung von Proteinen ist ein Regulationsprozess, der innerhalb einer Zelle stattfindet, um Proteinmoleküle abzubauen. Während des Prozesses binden sich kleine Proteine, sogenannte Ubiquitine, an die Proteinmoleküle, die abgebaut werden sollen. Diese Ubiquitinmoleküle signalisieren dem Protein effektiv den Abbau durch ein Proteosom oder einen Protein-Degrader. Die Ubiquitinierung von Proteinen erfolgt in mehreren Schritten, die alle für normale zelluläre Prozesse wichtig sind, da Zellen in Reaktion auf Umweltveränderungen ständig neue Proteine bilden und abbauen.
Erstens muss das Ubiquitin-Molekül aktiviert werden, um andere Proteine zu markieren, ein Schritt, der vom Ubiquitin-aktivierenden Enzym E 1 ausgeführt wird . Dieser Schritt bei der Ubiquitinierung von Proteinen ist energieabhängig, was bedeutet, dass die Zelle Energie durch Adenosintriphosphat (ATP) verbrauchen muss. E 2 oder Ubiquitin-konjugierendes Enzym wird in der zweiten Stufe des Verfahrens verwendet, in der eine andere chemische Reaktion stattfindet, die als Transthioesterifizierung bekannt ist.
Sobald das Ubiquitin diese beiden Schritte bestanden hat, bindet es an E 3 oder Ubiquitin-Protein-Ligase. Es gibt über 100 E 3 -Enzyme in menschlichen Zellen, von denen jedes spezifisch für ein Protein ist, das als Substrat oder Zielprotein bekannt ist. Da es auch viele E 2 -Moleküle gibt, ermöglichen die verschiedenen Kombinationen der drei Hauptenzyme ein hohes Maß an Spezifität für jedes Substrat. Dies hilft einer Zelle dabei, die intrazellulären Bedingungen sorgfältig zu überwachen und den Prozess der Auswahl von Proteinen für den Abbau zu rationalisieren. Das aktivierte E 3 -Enzym bindet sowohl an das Substrat als auch an das Ubiquitinmolekül, verbindet die beiden Moleküle und setzt die Ubiquitinierung von Proteinen in der gesamten Zelle fort.
Mindestens drei oder vier Ubiquitinmoleküle werden normalerweise benötigt, um zu signalisieren, dass das Proteinsubstrat durch das Proteosom abgebaut wird. Eine weitere Ubiquitinierung von Proteinen kann häufig durch dasselbe E 3 erreicht werden , das die erste Addition eines Ubiquitinmoleküls initiiert. Sobald das Substrat eine ausreichend lange Ubiquitin-Kette aufweist, umhüllt das Proteosom es und baut es wieder in Aminosäuren ab, die Bausteine für größere Proteine.
Die Ubiquitinierung von Proteinen signalisiert nicht immer ein Molekül für den Abbau. Ubiquitinmoleküle lenken manchmal ein Substrat, sich zu einem anderen Teil der Zelle zu bewegen, während sie zu anderen Zeiten einfach ihre Funktion verändern. Wenn Ubiquitin für diese Signalzwecke verwendet wird, liegt es im Allgemeinen nur als eine angehängte Einheit vor, obwohl es einige seltene Fälle gibt, in denen mehr als ein Ubiquitinmolekül weiterhin die Modifikation bewirkt, anstatt sich abzubauen. Zellen enthalten auch spezielle Enzyme, sogenannte Deubiquitinasen, die Ubiquitinmoleküle aus markierten Proteinen entfernen und den Prozess umkehren können.