Hva er Ubiquitination-banen?

Mange av proteinene i en celle resirkuleres regelmessig og fungerer som en kilde til aminosyrer for ny proteinsyntese. Ubiquitin er et veldig lite protein som heter det fordi det er allestedsnærværende i eukaryote celler og har en veldig lik struktur mellom veldig forskjellige organismer. Den fungerer som en kode som festes til proteiner for å målrette dem, generelt for nedbrytning. Prosessen med å legge denne taggen til de målrettede proteinene er kjent som ubiquitineringsveien. Deretter blir disse proteinene brutt ned i små biter i en struktur kjent som et proteasom.

Proteiner er molekyler sammensatt av enheter av aminosyrer som er sammensveiset av peptidbindinger. De kan gjennomgå en hel del modifikasjoner, hvorav den ene har forbindelser festet til begynnelsen eller slutten av proteinmolekylet. Mange proteiner er enzymer, som fremskynder reaksjoner. En type enzym er en protease, som nedbryter andre proteiner under spesifikke og sterkt regulerte omstendigheter. Den ubiquitineringsveien involverer aktiviteten til proteaser.

Ubiquitin er et alltid tilstede molekyl i høyere organismer. Det finnes ikke i bakterier. Dette lille proteinet finnes i celler. Det har et uvanlig høyt antall molekyler av aminosyrelysinet, og det er syv av disse forbindelsene til stede.

Opprinnelig arbeid med ubiquitin antydet at målproteiner, spesielt de som var mangelfulle, bundet til et bestemt lysinmolekyl på denne proteinlappen. Nå er det kjent at proteiner som skal nedbrytes kan binde seg til forskjellige lysingrupper eller til og med til sluttgruppen på dette stadig tilstedeværende proteinet. Prosessen med binding av proteinet til ubikvitin for å starte prosessen med ubikvitinering er energikrevende. Normalt frigjør spaltingen av en peptidbinding energi. I dette tilfellet bruker den et molekyl av cellens energivaluta adenosintrifosfat (ATP).

Ubiquitineringsveien er kompleks. Selv bindingen av ubikvitin til det målrettede proteinet involverer tre forskjellige enzymer. Man aktiverer ubiquitin og er kjent som E1. Det er dusinvis av forskjellige typer enzymer involvert i trinn to, kjent som E2, der det aktiverte ubikvitin er bundet til et konjugerende enzym. Trinn 3 benytter en av hundrevis av forskjellige typer enzymer som gjenkjenner forskjellige proteiner som skal nedbrytes og knytter målproteinet til en lysingruppe på ubiquitinmolekylet.

Ubiquitination foregår i et kompleks som kalles et proteasom. Dette er en stor struktur der proteaser bryter ned det ubiquitinylerte proteinet. Det brytes ned i mindre fragmenter av aminosyrer kjent som peptider. Disse stykkene kan lett brytes ned til komponentets aminosyrer av peptidaser og brukes som en aminosyrekilde for å syntetisere nye proteiner. I noen tilfeller produserer prosessen aktive peptider involvert i cellulær metabolisme.

Oppdagelsen av at ubiquitineringsveien førte til at proteinene ble nedbrutt i proteasomet var banebrytende arbeid. Den tjente Nobelprisen i kjemi for de tre involverte forskerne. Etter hvert som det er forsket mer på denne prosessen, har det vist seg å være mye mer komplisert enn opprinnelig trodd. Proteiner kan ha ubiquitin tilsatt i en rekke moter, for eksempel i en kjede. Denne prosessen har implikasjoner på tvers av spekteret av fysiologi, smittsomme sykdommer og genetiske lidelser.