Hva er proteinforringelse?

Celler bryter ned proteiner av mange forskjellige grunner, alt fra inaktivering av dem etter bruk til hjelp til cellesignalisering. Denne prosessen, kjent som proteinnedbrytning eller proteolyse, foregår konstant inne i celler. Proteinnivåer må holde seg innenfor spesifikke nivåer for at cellene skal fungere ordentlig, slik at celler har en rekke måter å fordøye disse molekylene på.

Ulike proteiner brytes ned i varierende hastighet. Strukturelle proteiner og enzymer har en tendens til å vare lenger enn regulatoriske proteiner, og kan ha halveringstid på en til tre dager. Avhengig av protein, kan hvor som helst fra mindre enn 10% av tilgjengelige molekyler til 100% brytes ned hver time.

Proteinnedbrytning krever energi i form av adenosintrifosfat (ATP). ATP konsumeres av spesielle cellulære enzymer, kalt proteaser, som har til oppgave å fordøye proteiner i komponentens aminosyrer. På grunn av energibehovet til proteolyse, skjer dette ikke bare tilfeldig. Visse forbindelser kan i stedet markere proteiner for ødeleggelse.

For regulatoriske proteiner som bare eksisterer i 5 til 120 minutter før nedbrytning, spiller det lille proteinet ubiquitin en rolle. Lengre levde proteiner kan være merket med ubiquitin for å markere dem for ødeleggelse. Dette varsler større protease-komplekser, kalt proteasomer, om at et protein skal brytes ned. Proteinet tas inn og fordøyes inne i proteasomet, en struktur som eksisterer både i cellekjernen og i cellekroppen.

Proteasene som fremmer nedbrytning av proteiner og omfatter proteasomet er ikke laget i deres aktive former. De er opprettet som pre-proteiner, som er større i størrelse. Aktivering av disse proteinene krever vanligvis fjerning av et hemmende protein, eller spaltning av et visst område på proteinet.

Flere enzymer finnes som er i stand til nedbrytning av proteiner. Hver av dem spalter karbon-nitrogen peptidbindinger som eksisterer mellom aminosyrer. Serinproteaser har enzymer som trypsin og elastase, som bruker en rest av aminosyren serin for å angripe peptidbindingen. Andre proteaser bruker sink, aspartatrester eller andre molekyler for å fremme brudd på peptidbindingen.

Strukturer kalt lysosomer kan også nedbryte proteiner på en uspesifikk måte. Disse eksisterer som forseglede rom i celleveggen. De er i stand til å ta opp proteiner og fordøye dem raskt.

Nøyaktige fordøyelseshastigheter avhenger av visse forhold. Mangel på næringsstoffer vil for eksempel øke hastigheten på disse hastighetene. Mindre essensielle molekyler blir først utsatt for nedbrytning av proteiner, siden deres proteolyse vil frigjøre aminosyrer for å danne mer nødvendige proteiner.