Proteolyse

Proteolyse ist der Abbau von Proteinen entweder durch spezifische Enzyme , sogenannte Peptidasen , oder durch intrazellulären Abbau. ]

Proteinabbau

Der Proteinabbau muss je nach Ort des Prozesses grundsätzlich auf zwei Ebenen untersucht werden:

• Verdauungstrakt:

Exogene oder aufgenommene Nahrungsproteine ​​werden verarbeitet; Dies wird als Proteinverdauung bezeichnet.

Dieser Verdauungsprozess ermöglicht die Gewinnung von Aminosäuren in freier Form, die für die Synthese ihrer eigenen Proteine ​​sowie anderer daraus gebildeter Biomoleküle erforderlich sind.

• innerhalb der Zelle:

Es werden körpereigene Proteine ​​verarbeitet, was oft als Proteinturnover bezeichnet wird.

Dieser Proteinumsatz ist sehr nützlich, um die Aminosäuren von Proteinen, die für den Organismus nicht mehr nützlich sind, zu recyceln und neue Proteine ​​oder andere Biomoleküle aus bereits vorhandenen Aminosäuren zu erzeugen.

Darüber hinaus dient es auch dem Abbau beschädigter Aminosäuren.

Proteinaustausch

Zellverdauung bezieht sich auf den intrazellulären Abbau von Proteinen, um ihre Aminosäuren zu recyceln oder abzubauen.

Diese Proteolyse kann im Lysosom (auf den Abbau von Molekülen spezialisiertes Zellorganell) oder im Zytoplasma stattfinden .

Lysosomale Proteolyse

Das Innere dieser Organellen hat einen pH-Wert von 5,5. und enthält Proteasen und Hydrolasen, hauptsächlich aus der Cathepsin-Familie, die für die Proteinverdauung verantwortlich sind.

Diese Verdauung kann sein:

• Autophag, wenn es intrazelluläre Proteine ​​wie Membranproteine, Hormonrezeptoren oder Ribosomen verarbeitet.
• Hetorofagisch, wenn es auf extrazelluläre Proteine ​​einwirkt, die durch Endozytose eingefangen werden, wie z. B. solche aus Lipoproteinen, insbesondere HDL.

Cytoplasmatische Proteolyse

Dieser Proteinabbau erfolgt entweder durch abhängige Proteasen (wie Calpain), die bei neutralem pH eine proteolytische Aktivität zeigen, oder durch eine spezialisierte Struktur namens Proteasom. ${\ce {Ca^2}}$

Das Proteasom ist ein Multienzymkomplex mit diversen katalytischen Aktivitäten; Es hat eine fassartige Struktur, in die nur Proteine ​​eintreten und verdaut werden, die zuvor durch die Vereinigung kleiner Ubiquitin-Moleküle markiert wurden.

Aminosäureabbau

Beim Prozess des Aminosäureabbaus gibt es zwei klar voneinander getrennte Teile:

Die erste wird durch die Aminogruppe bestimmt, die aus der Aminosäurestruktur entfernt und sicher transportiert werden muss, bis sie aus dem Körper ausgeschieden wird; und die zweite beinhaltet die Eliminierung oder Verwendung des Rests der Aminosäure, d. h. des Kohlenstoffskeletts.

Die korrekte Entfernung der Aminogruppe von Aminosäuren ist sehr wichtig, da diese Verbindung relativ leicht zur Bildung von Ammoniak im Körper führen kann.

Ammoniak ist ein potenziell sehr gefährliches Gift für Lebewesen, wenn es sich ansammelt und eine Hyperammonämie verursacht, wird es aus verschiedenen Gründen besonders toxisch für das Gehirn:

• Beeinträchtigt den Ionenaustausch über Membranen. Das Ammoniumion ist geladen und sehr klein, daher wirkt es durch Interferenz mit Membranpotentialen. Dies verursacht große Schäden im Gehirn, da Neuronen Zellen sind, die für ihre korrekte Funktion auf das Membranpotential angewiesen sind.

• Blockade des Krebszyklus. Ammonium produziert in Gegenwart von a-Ketoglutarat Glutamat (Glu), entfernt dieses Zwischenprodukt aus dem Krebszyklus und verursacht folglich ernsthafte Stoffwechselstörungen.
• Ammonium produziert in Gegenwart von Glutamat (erzeugt durch das gleiche Ammoniumion) Glutamin und seine Ansammlung kann ein Hirnödem hervorrufen
• Glutamin, das durch Ammonium erhöht wurde, entsteht durch bestimmte Transaminasen a-Ketoglutaminsäure, eine toxische Verbindung für das Gehirn.

Zur Trennung der Aminogruppe durchlaufen alle Aminosäuren eine Transaminierungsreaktion, die eine neue Aminosäure und eine neue Ketosäure bildet; Schließlich werden alle Aminogruppen auf a-Ketoglutarat übertragen, wodurch Glutamat entsteht, das einzige Molekül, das einer schnellen oxidativen Desaminierung unterzogen werden kann.

Beide unten diskutierten Reaktionen, Transaminierung und Desaminierung, sind für den Stoffwechsel von Aminosäuren wesentlich.

Transaminierung

Transaminasen oder Aminotransferasen sind sehr wichtige Enzyme beim Abbau und auch bei der Synthese von Aminosäuren. Es gibt eine große Vielfalt an Transaminasen, praktisch eine für jede Aminosäure. Transaminasen verwenden Pyrodoxalphosphat, ein Derivat von Vitamin C , als Cofaktor und wirken über den Ping-Pong-Mechanismus . Beim Abbau von Aminosäuren greifen diese Aminotransferasen koordiniert mit dem Enzym Glutamatdehydrogenase, dem Krebszyklus und dem Harnstoffzyklus ein. Sie übertragen die Aminogruppe von einer Aminosäure auf eine Ketosäure und wandeln die Ketosäure in eine Aminosäure um und umgekehrt. ${\ce{B6}}$

Die Reaktionen sind reversibel, so dass sie auch im Anabolismus verwendet werden.

Es gibt zwei Transaminasen von großer Bedeutung: GOT oder Glutamat-Oxalacetat-Transaminase (auch bekannt als AST-Aspartat-Aminotransferase).

und GPT oder Glutamat-Pyruvat-Transaminase (auch ALT, Alanin-Aminotransferase genannt), die die folgenden Transformationen durchführt:

GOT: Glutamat (aa) + Oxalacetataspartat (aa) + a-Ketoglutarat ${\displaystyle\rightleftarrows}$

GPT: Glutamat (aa) + Alaninpyruvat (aa) + a-Ketoglutarat ${\displaystyle\rightleftarrows}$

Beide Transaminasen spielen eine Schlüsselrolle beim Transport und der Eliminierung von Aminogruppen, wie später untersucht wird. Seine Messung im Blut dient der Diagnose von Lebererkrankungen.

Der letzte Akzeptor bei den meisten Aminosäuretransaminierungen ist a-Ketoglutarat, daher wird immer Glutamat produziert.

Deaminierung

Die meisten Aminosäuren werden durch Transaminierung desaminiert, wobei immer Glutamat entsteht. Der Verlust der Aminogruppe des so gebildeten Glutamats erfolgt dank der Wirkung von Glutamatdehydrogenase, einem sehr wichtigen Enzym in der Leber, das die folgende oxidative Desaminierungsreaktion katalysiert:

Glutamat + + NAD a-Ketoglutarat + NAD(P)H + +${\ce {H2O}}$${\ce {(P)^+}}$ ${\displaystyle\longrightarrow}$${\ce{H^+}}$${\ce{NH4^+}}$

Als Folge wird der von allen Aminogruppen aller Aminosäuren gesammelte Stickstoff in Form von Ammonium freigesetzt. Ammoniak wird hauptsächlich in der Leber erzeugt und beim Menschen normalerweise durch den Harnstoffzyklus ausgeschieden. Es gibt jedoch mehrere Strategien zur Eliminierung von Stickstoff bei Tieren, wodurch sie in drei Gruppen eingeteilt werden können:

• Ammoniotelicos: Wassertiere, bei denen Ammoniak aus dem Blut in das Ausscheidungssystem diffundiert, wie im Fall von Knochenfischen.
• Uricotélicos: Tiere, die ein oxidiertes Purin bilden, das Harnsäure ergibt, die ausgeschieden wird. Beispiele: Schnecken, Vögel, Reptilien und Insekten.
• Ureotélicos: Tiere, die Stickstoff in einer weniger sauren und gut löslichen Verbindung konzentrieren: Harnstoff. Das Gewebe, in dem die Umwandlung der Ammoniumgruppe in Harnstoff stattfindet, ist die Leber; von dort wird es zu den Nieren transportiert, um in Form von Urin ausgeschieden zu werden.

Dies ist der Fall bei Amphibien, Schildkröten und Säugetieren Elasmobranchier.

Abbauprozess

Werden sie während der Verdauung abgebaut , sind spezifische Peptidasen wie Trypsin , Chymotrypsin , Carboxypeptidasen und Elastase beteiligt.

Der intrazelluläre Abbau erfolgt durch einen Multi -Enzym- Komplex namens Proteasom , der im Cytosol wirkt . Es ist eine zylindrische Struktur, die aus Proteasen und zwei Enden von Proteinkomplexen besteht, die die innere Kammer des Zylinders speisen, indem sie Proteine ​​erkennen. Die abzubauenden Proteine ​​wurden zuvor mit einem kleinen Protein namens Ubiquitin markiert .

Die Proteolyse hat mehrere Funktionen für die Zelle, darunter:

• Entfernung von Methionin am N-Terminus nach Translation.
• Entfernung von Peptidsignalsequenzen nach ihrem Transport durch die Membran.
• Trennung viraler Proteine, die von einer monocistronischen Boten-RNA translatiert werden.
• Verdauung von Nahrungsproteinen als Aminosäurequelle.
• Umwandlung inaktiver Proteine ​​(Proenzyme, Zymogene, Prähormone) in ihre endgültige funktionelle Form.
• Abbau von Cyclinen und anderen Proteinen, die für das Fortschreiten des Zellzyklus erforderlich sind.

Die Proteolyse kann auch innerhalb von Organellen, den sogenannten Lysosomen , mittels spezifischer Proteasen, den Cathepsinen , durchgeführt werden, von denen es etwa 50 verschiedene Typen gibt. Der optimale pH-Wert für seine Wirkung liegt bei 5 und wird dank einer Protonenpumpe erreicht. Der lysosomale Abbau recycelt Aminosäuren aus Proteinen, die nicht anormal sind, beispielsweise solche, die sich in der Membran befinden oder durch Endozytose in die Zelle eingebaut wurden . Entfernt keine "falschen" Proteine. Sie sind sehr wichtig bei Prozessen wie der Rückbildung der Gebärmutter nach der Geburt, die in 9 Tagen von 2 kg auf 50 g wiegt, oder bei der Entfernung der Interdigitalmembranen während der fötalen Entwicklung.

Giften

Einige Gifte, wie sie von bestimmten Schlangenarten produziert werden, können ebenfalls eine Proteolyse hervorrufen. Diese Gifte sind in der Tat Verdauungsflüssigkeiten, die sich so entwickelt haben, dass sie beginnen, außerhalb des Körpers des Tieres zu wirken. Proteolytische Enzyme verdauen Proteingewebe und Peptide und verursachen bei ihrer Beute Blutungen, Muskellyse und Nekrose. Diese Enzyme kommen häufig bei Crotaliden vor und fehlen bei Elapiden . ]

Siehe auch

• Proteinbiosynthese
• Schlangenbiss
• Keratinolytisch

Referenzen

2. Canosa, Elena Feduchi. Biochemie: wesentliche Konzepte . Panamerikanischer medizinischer Verlag, 2015.