Wat is de ubiquitinatie van eiwitten?

De ubiquitinatie van eiwitten is een regulerend proces dat plaatsvindt in een cel om eiwitmoleculen af ​​te breken. Tijdens het proces hechten kleine eiwitten, bekend als ubiquitines, zich aan de eiwitmoleculen die moeten worden afgebroken. Deze ubiquitinemoleculen signaleren het eiwit effectief voor afbraak door een proteosoom of eiwitafbraak. Er zijn verschillende stappen in de ubiquitinatie van eiwitten, die allemaal belangrijk zijn voor normale cellulaire processen, omdat cellen voortdurend nieuwe eiwitten maken en afbreken als reactie op veranderingen in de omgeving.

Eerst moet het ubiquitinemolecuul worden geactiveerd om andere eiwitten te labelen, een stap die wordt uitgevoerd door het ubiquitine-activerende enzym, El. Deze stap in de ubiquitinatie van eiwitten is energie-afhankelijk, wat betekent dat de cel energie moet verbruiken via adenosinetrifosfaat (ATP). E2, of ubiquitine-conjugerend enzym, wordt gebruikt in de tweede stap in het proces, waar een andere chemische reactie bekend staat als een transthioesterificatie.

Nadat de ubiquitine deze twee stappen is gepasseerd, bindt deze aan E3 of ubiquitine-eiwitligase. Er zijn meer dan 100 E3-enzymen in menselijke cellen, die elk specifiek zijn voor één eiwit, bekend als het substraat- of doeleiwit. Omdat er ook veel E2-moleculen zijn, zorgen de verschillende combinaties van de drie hoofdenzymen voor een hoog niveau van specificiteit voor elk substraat. Dit helpt een cel om de intracellulaire omstandigheden zorgvuldig te volgen en het proces van het selecteren van eiwitten voor afbraak te stroomlijnen. Het geactiveerde E3-enzym zal binden aan zowel het substraat als het ubiquitinemolecuul, waarbij de twee moleculen worden samengevoegd en de ubiquitinatie van eiwitten door de cel wordt voortgezet.

Gewoonlijk zijn ten minste drie of vier ubiquitinemoleculen nodig om aan te geven dat het eiwitsubstraat door het proteosoom wordt afgebroken. Verdere ubiquitinatie van eiwitten kan vaak worden volbracht door dezelfde E3 die de eerste toevoeging van een ubiquitinemolecule initieert. Zodra het substraat een voldoende lange ubiquitineketen heeft, zal het proteosoom het omhullen en het weer afbreken in aminozuren, de bouwstenen voor grotere eiwitten.

De ubiquitinatie van eiwitten duidt niet altijd op een molecuul voor afbraak. Ubiquitinemoleculen sturen soms een substraat naar een ander deel van de cel, terwijl ze op andere momenten gewoon de functie ervan veranderen. Wanneer ubiquitine voor deze signaaldoeleinden wordt gebruikt, is het over het algemeen aanwezig als slechts één aangehechte eenheid, hoewel er een paar zeldzame gevallen zijn waarin meer dan één ubiquitinemolecuul nog steeds werkt om te modificeren, in tegenstelling tot degraderen. Cellen bevatten ook speciale enzymen die bekend staan ​​als deubiquitinasen die ubiquitinemoleculen uit gemerkte eiwitten kunnen verwijderen en het proces omkeren.