Vad är Ubiquitination-vägen?

Många av proteinerna i en cell återvinns regelbundet och fungerar som en källa till aminosyror för ny proteinsyntes. Ubiquitin är ett mycket litet protein som heter så eftersom det är allestädes närvarande i eukaryota celler och har en mycket lik struktur mellan mycket olika organismer. Det fungerar som en tagg som fästs till proteiner för att rikta dem, vanligtvis för nedbrytning. Processen att lägga till denna tagg till de riktade proteinerna är känd som ubiquitineringsvägen. Därefter bryts dessa proteiner ner i små bitar i en struktur som kallas en proteasom.

Proteiner är molekyler som består av enheter av aminosyror som är sammankopplade med peptidbindningar. De kan genomgå en hel del modifieringar, varav en är att ha föreningar bundna till början eller slutet av proteinmolekylen. Många proteiner är enzymer som påskyndar reaktioner. En typ av enzym är ett proteas, som bryter ned andra proteiner under specifika och mycket reglerade omständigheter. Den ubiquitineringsvägen involverar aktiviteten hos proteaser.

Ubiquitin är en ständigt närvarande molekyl i högre organismer. Det finns inte i bakterier. Detta lilla protein finns i cellerna. Det har ett ovanligt stort antal molekyler av aminosyran lysin, och det finns sju av dessa föreningar närvarande.

Ursprungligt arbete med ubiquitin antydde att målproteiner, särskilt de som var defekta, bundna till en viss lysinmolekyl på denna proteintag. Nu är det känt att proteiner som ska brytas ned kan binda till olika lysingrupper eller till slutgruppen för detta ständigt närvarande protein. Processen för bindning av proteinet till ubiquitin för att starta processen för ubikvitering är energikrävande. Normalt frigör klyvningen av en peptidbindning energi. I detta fall använder den en molekyl i cellens energivaluta adenosintrifosfat (ATP).

Ubiquitineringsvägen är komplex. Till och med bindningen av ubiquitin till det målinriktade proteinet involverar tre olika enzymer. Man aktiverar ubikvitinet och kallas E1. Det finns dussintals olika typer av enzymer involverade i steg två, känt som E2, i vilket det aktiverade ubikvitinet är bundet till ett konjugerande enzym. Steg 3 använder ett av hundratals olika typer av enzymer som känner igen olika proteiner som ska brytas ned och fäster målproteinet till en lysingrupp på ubiquitinmolekylen.

Ubiquitination sker inom ett komplex som kallas en proteasom. Detta är en stor struktur i vilken proteaser bryter ner det ubiquitinylerade proteinet. Det bryts ned i mindre fragment av aminosyror som kallas peptider. Dessa bitar kan lätt nedbrytas till sina komponentaminosyror av peptidaser och användas som en aminosyrakälla för att syntetisera nya proteiner. I vissa fall producerar processen aktiva peptider involverade i cellulär metabolism.

Upptäckten att ubikvitationsvägen ledde till att proteinerna försämrades inom proteasomen var banbrytande arbete. Det fick Nobelpriset i kemi för de tre berörda forskarna. Eftersom mer forskning har gjorts om denna process har det visat sig vara mycket mer komplicerat än vad man ursprungligen trodde. Proteiner kan ha ubiquitin tillsatt i en mängd mode, till exempel i en kedja. Denna process har konsekvenser över hela spektrumet av fysiologi, infektionssjukdomar och genetiska störningar.