Qual è il percorso di Ubiquitination?
Molte delle proteine di una cellula vengono regolarmente riciclate e fungono da fonte di aminoacidi per la nuova sintesi proteica. L'ubiquitina è una proteina molto piccola che è così chiamata perché è onnipresente nelle cellule eucariotiche e ha una struttura molto simile tra organismi molto diversi. Funziona come un tag che si attacca alle proteine per indirizzarle, generalmente per degradazione. Il processo di aggiunta di questo tag alle proteine target è noto come percorso di ubiquitinazione. Successivamente, queste proteine vengono scomposte in piccoli pezzi in una struttura nota come proteasoma.
Le proteine sono molecole composte da unità di aminoacidi legate insieme da legami peptidici. Possono subire molte modifiche, una delle quali ha dei composti attaccati all'inizio o alla fine della molecola proteica. Molte proteine sono enzimi, che accelerano le reazioni. Un tipo di enzima è una proteasi, che degrada altre proteine in circostanze specifiche e altamente regolamentate. Il percorso dell'ubiquitinazione coinvolge l'attività delle proteasi.
L'ubiquitina è una molecola sempre presente negli organismi superiori. Non si trova nei batteri. Questa piccola proteina si trova all'interno delle cellule. Ha un numero insolitamente alto di molecole dell'amminoacido lisina e sono presenti sette di questi composti.
Un lavoro originale sull'ubiquitina ha suggerito che le proteine bersaglio, in particolare quelle difettose, si legano a una particolare molecola di lisina su questo tag proteico. Ora è noto che le proteine da degradare possono legarsi a vari gruppi di lisina o persino al gruppo finale di questa proteina sempre presente. Il processo di legame della proteina all'ubiquitina per avviare il processo di ubiquitinazione è ad alta intensità energetica. Normalmente, la scissione di un legame peptidico rilascia energia. In questo caso, utilizza una molecola della valuta energetica della cellula adenosina trifosfato (ATP).
Il percorso dell'ubiquitinazione è complesso. Anche il legame dell'ubiquitina alla proteina bersaglio coinvolge tre diversi enzimi. Uno attiva l'ubiquitina ed è noto come E1. Ci sono dozzine di diversi tipi di enzimi coinvolti nella fase due, noto come E2, in cui l'ubiquitina attivata è attaccata a un enzima coniugante. Il passaggio 3 utilizza uno dei centinaia di diversi tipi di enzimi che riconoscono il degrado di proteine diverse e collega la proteina bersaglio a un gruppo di lisina sulla molecola dell'ubiquitina.
L'ubiquitinazione avviene all'interno di un complesso chiamato proteasoma. Questa è una grande struttura in cui le proteasi degradano la proteina ubiquitinilata. È suddiviso in piccoli frammenti di aminoacidi noti come peptidi. Questi pezzi possono essere facilmente degradati nei loro aminoacidi componenti dalle peptidasi e usati come fonte di aminoacidi per sintetizzare nuove proteine. In alcuni casi, il processo produce peptidi attivi coinvolti nel metabolismo cellulare.
La scoperta che il percorso dell'ubiquitinazione ha portato al degrado delle proteine all'interno del proteasoma è stato un lavoro rivoluzionario. Ha ottenuto il premio Nobel per la chimica per i tre scienziati coinvolti. Poiché sono state condotte ulteriori ricerche su questo processo, si è rivelato molto più complicato di quanto si pensasse inizialmente. Alle proteine può essere aggiunta l'ubiquitina in una serie di mode, come in una catena. Questo processo ha implicazioni in tutto lo spettro della fisiologia, delle malattie infettive e dei disturbi genetici.