Czym jest Ścieżka Ubiquitination?
Wiele białek w komórce jest regularnie poddawanych recyklingowi i służą jako źródło aminokwasów do syntezy nowych białek. Ubikwityna jest bardzo małym białkiem, które jest tak nazwane, ponieważ jest wszechobecne w komórkach eukariotycznych i ma bardzo podobną strukturę między bardzo różnymi organizmami. Działa jako znacznik, który przyczepia się do białek, aby je celować, ogólnie w celu degradacji. Proces dodawania tego znacznika do docelowych białek jest znany jako szlak ubikwitynacji. Następnie białka te są rozkładane na małe kawałki w strukturze zwanej proteasomem.
Białka to cząsteczki złożone z jednostek aminokwasów połączonych ze sobą wiązaniami peptydowymi. Mogą podlegać wielu modyfikacjom, z których jednym jest związanie związków z początkiem lub końcem cząsteczki białka. Wiele białek to enzymy, które przyspieszają reakcje. Jednym typem enzymu jest proteaza, która rozkłada inne białka w określonych i ściśle regulowanych warunkach. Ścieżka ubikwitynacji obejmuje aktywność proteaz.
Ubikwityna jest zawsze obecną cząsteczką w wyższych organizmach. Nie występuje w bakteriach. To małe białko znajduje się w komórkach. Ma niezwykle wysoką liczbę cząsteczek aminokwasu lizyny i jest ich siedem.
Oryginalna praca nad ubikwityną sugerowała, że białka docelowe, szczególnie te, które były wadliwe, wiązały się z określoną cząsteczką lizyny na tym znaczniku białka. Obecnie wiadomo, że degradowane białka mogą wiązać się z różnymi grupami lizyny lub nawet z końcową grupą tego zawsze obecnego białka. Proces wiązania białka z ubikwityną w celu rozpoczęcia procesu ubikwitynacji jest energochłonny. Zwykle rozszczepienie wiązania peptydowego uwalnia energię. W tym przypadku wykorzystuje cząsteczkę trójfosforanu adenozyny w walucie energetycznej komórki (ATP).
Ścieżka ubikwitynacji jest złożona. Nawet wiązanie ubikwityny z docelowym białkiem obejmuje trzy różne enzymy. Jeden aktywuje ubikwitynę i jest znany jako E1. Istnieją dziesiątki różnych rodzajów enzymów zaangażowanych w drugi etap, znany jako E2, w którym aktywowana ubikwityna jest przyłączona do enzymu sprzęgającego. Krok 3 wykorzystuje jeden z setek różnych rodzajów enzymów, które rozpoznają różne białka do degradacji i przyłącza białko docelowe do grupy lizyny na cząsteczce ubikwityny.
Ubiquitination odbywa się w kompleksie zwanym proteasomem. Jest to duża struktura, w której proteazy degradują ubikwitynylowane białko. Jest on podzielony na mniejsze fragmenty aminokwasów zwane peptydami. Kawałki te można łatwo rozłożyć na ich aminokwasy składowe za pomocą peptydaz i wykorzystać jako źródło aminokwasów do syntezy nowych białek. W niektórych przypadkach proces wytwarza aktywne peptydy zaangażowane w metabolizm komórkowy.
Odkrycie, że szlak ubikwitynacji doprowadził do degradacji białek w proteasomie, było przełomową pracą. Zdobył Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii dla trzech zaangażowanych naukowców. Ponieważ przeprowadzono więcej badań nad tym procesem, okazało się ono o wiele bardziej skomplikowane, niż początkowo sądzono. Białka mogą mieć ubikwitynę dodaną w wielu modach, na przykład w łańcuchu. Proces ten ma wpływ na spektrum fizjologii, chorób zakaźnych i zaburzeń genetycznych.