Qual é o caminho da ubiquitinação?
Muitas das proteínas de uma célula são recicladas regularmente e servem como fonte de aminoácidos para a síntese de novas proteínas. A ubiquitina é uma proteína muito pequena, assim denominada porque é onipresente nas células eucarióticas e tem uma estrutura altamente semelhante entre organismos muito diferentes. Funciona como uma etiqueta que se liga às proteínas para direcioná-las, geralmente para degradação. O processo de adição desse marcador às proteínas alvo é conhecido como o caminho da ubiquitinação. Posteriormente, essas proteínas são quebradas em pequenos pedaços em uma estrutura conhecida como proteassoma.
As proteínas são moléculas compostas por unidades de aminoácidos unidas por ligações peptídicas. Eles podem sofrer muitas modificações, uma das quais é a de compostos ligados ao início ou ao final da molécula de proteína. Muitas proteínas são enzimas, que aceleram as reações. Um tipo de enzima é uma protease, que degrada outras proteínas em circunstâncias específicas e altamente reguladas. A via de ubiquitinação envolve a atividade de proteases.
A ubiquitina é uma molécula sempre presente em organismos superiores. Não é encontrado em bactérias. Esta pequena proteína é encontrada dentro das células. Possui um número incomumente alto de moléculas do aminoácido lisina e existem sete desses compostos presentes.
O trabalho original sobre a ubiquitina sugeria que as proteínas alvo, especialmente as que eram defeituosas, se ligavam a uma molécula de lisina específica nessa etiqueta de proteína. Agora, sabe-se que as proteínas a serem degradadas podem se ligar a vários grupos lisina ou mesmo ao grupo final dessa proteína sempre presente. O processo de ligação da proteína à ubiquitina para iniciar o processo de ubiquitinação consome muita energia. Normalmente, a clivagem de uma ligação peptídica libera energia. Neste caso, utiliza uma molécula da moeda de energia da célula adenosina trifosfato (ATP).
O caminho da ubiquitinação é complexo. Até a ligação da ubiquitina à proteína alvo envolve três enzimas diferentes. Um deles ativa a ubiquitina e é conhecido como E1. Existem dezenas de tipos diferentes de enzimas envolvidas na etapa dois, conhecidas como E2, nas quais a ubiquitina ativada é anexada a uma enzima conjugadora. O passo 3 utiliza um de centenas de tipos diferentes de enzimas que reconhecem diferentes proteínas a serem degradadas e liga a proteína alvo a um grupo lisina na molécula de ubiquitina.
A ubiquitinação ocorre dentro de um complexo chamado proteassoma. Esta é uma grande estrutura na qual as proteases degradam a proteína ubiquitinilada. É dividido em fragmentos menores de aminoácidos conhecidos como peptídeos. Essas peças podem ser facilmente degradadas em seus aminoácidos componentes por peptidases e usadas como fonte de aminoácidos para sintetizar novas proteínas. Em alguns casos, o processo produz peptídeos ativos envolvidos no metabolismo celular.
A descoberta de que o caminho da ubiquitinação levou à degradação das proteínas no proteassoma foi um trabalho inovador. Ganhou o Prêmio Nobel de Química pelos três cientistas envolvidos. À medida que mais pesquisas foram realizadas sobre esse processo, ele se tornou muito mais complicado do que se pensava inicialmente. As proteínas podem ter ubiquitina adicionada em uma variedade de modas, como em uma cadeia. Esse processo tem implicações em todo o espectro da fisiologia, doenças infecciosas e distúrbios genéticos.