Degradación de Proteínas
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Degradación de Proteínas La degradación de las proteínas desempeña importantes funciones, ya sea por la modulación de los niveles intracelulares de proteínas específicas (proteólisis limitada), como por la eliminación de proteínas anormales. La degradación de las proteínas, y de los biopolímeros en general, no fue considerada por mucho tiempo como un mecanismo necesario en la homeostasis de células y tejidos. Actualmente se sabe que en la degradación de determinadas proteínas reside el control de diversos procesos biológicos. Algunos fundamentales, como la progresión del ciclo celular. Recambio Las proteínas de células y tejidos están sujetas a una biosíntesis y degradación continua. Muchos de los aminoácidos liberados durante ese recambio se reutilizan en la síntesis de nuevas proteínas. Una persona de 70 Kg de peso, consume 100 g de proteína al día y excreta una cantidad equivalente de productos nitrogenados. Sin embargo, estudios con marcadores radiactivos indican que se sintetizan 400 g y se degradan 400 g La degradación es ejecutada por proteasas, llamadas modernamente peptidasas Se podrían distinguir exopeptidasas y endopeptidasas Clases de proteasas o peptidasas LAS MÁS IMPORTANTES EN BIOCATÁLISIS SON: 1. SERINA PROTEASAS 2. ASPARTIL PROTEASAS 3. METALOPROTEASAS 4. CISTEIN PROTEASAS LAS SERINA PROTEASAS SON LAS MÁS UTILIZADAS: SE SUBDIVIDEN EN: GRUPO A: Tripsina; Quimotripsina; Elastasa; Trombina GRUPO B: Subtilisina y homólogos Los miembros de cada grupo tienen un ancestro común, Los grupos A y B se han hecho similares a través de un proceso de evolución convergente Peptidasas según su acción E.C.3.4.-.- Acting on peptide bonds (peptide hydrolases). There are 1582 PDB entries in enzyme class E.C.3.4.-.E.C.3.4.11.- Aminopeptidases. [ 46 PDB entries ] E.C.3.4.13.- Dipeptidases. [ 8 PDB entries ] E.C.3.4.14.- Dipeptidyl-peptidases and tripeptidyl-peptidases. [ 4 PDB entries ] E.C.3.4.15.- Peptidyl-dipeptidases. [ 3 PDB entries ] E.C.3.4.16.- Serine-type carboxypeptidases. [ 27 PDB entries ] E.C.3.4.17.- Metallocarboxypeptidases. [ 35 PDB entries ] E.C.3.4.18.- Cysteine-type carboxypeptidases. [ 1 PDB entry ] E.C.3.4.19.- Omega peptidases. [ 6 PDB entries ] E.C.3.4.21.- Serine endopeptidases. [ 780 PDB entries ] E.C.3.4.22.- Cysteine endopeptidases. [ 122 PDB entries ] E.C.3.4.23.- Aspartic endopeptidases. [ 338 PDB entries ] E.C.3.4.24.- Metalloendopeptidases. [ 196 PDB entries ] E.C.3.4.25.- Threonine endopeptidases. [ 2 PDB entries ] E.C.3.4.99.- Endopeptidases of unknown catalytic mechanism. [ 14 PDB entries ] Acción de serina proteasas Acción de Metalo Proteasas Sistemas Proteolíticos Existen evidencias de proteínas degradadas en las mitocondrias, en los cloroplastos, en el lumen del retículo endoplásmico y en endosomas. Sin embargo, los sistemas principales de proteolisis caracterizados se encuentran en los lisosomas o vacuolas en el citosol . Sistema lisosomal vacuolar Funciones del lisosoma Fagocitosis Modos de captación lisosomal Señal KFERQ para transferencia directa al lisosoma Lys-Phe-Glu-Arg-Gln KFERQ Sistema citoplasmático o neutro de CALPAÍNAS Calpaínas: son una familia de proteasas dependientes de calcio relacionadas con el procesamiento de numerosas enzimas y proteínas del citoesqueleto. El control de la actividad de estas proteasas está determinado por las concentraciones de calcio y por la presencia de calpastatina (su inhibidor endógeno). Cada calpaína completa es una molécula heterodimérica. El monómero mayor presenta el dominio que produce la proteolisis y es variable según su requerimiento de Ca. El monómero menor es la subunidad reguladora conservada en todas las calpaínas. La calpaína I actúa con baja concentración (µM) de Ca2+. La II requiere más Ca2+ (mM) . El nivel celular normal corresponde a Calpaína I. La II sería activa cuando el influjo de Ca aumenta, como en la apoptosis. Calpaínas micro Señal PEST para calpaína PEST y Calpaínas Sistema neutro de proteolisis Ubiquitina > Proteasoma AMP ATP Ub E1 Ubiquitina Ub E3 (1) (2) (7) Proteína (3) E2 Ub Ub Ub Ub E3 Ub Proteína (4) Ub E3 Proteína E2 Ub Péptidos (5) ADP (6) ATP Proteína Ub Ub Proteasoma 26S Ub Ub Ub Degradación Mediada por Ubiquitina Cuando son complejos proteicos, los E3 se denominan SCF, los cuales contienen una proteína tipo F-box, Culin-1 y una proteína con RING finger o HECT domain. Ubiquitina Unión isopeptídica Las proteínas E3 son capaces de transferir la Ubiquitina a un amino de Lys de la proteína a degradar, por lo cual realizan un enlace isopeptídico Poliubiquitinación Para que una proteína sea eficientemente degradada debe unir al menos cuatro ubiquitinas Proteasoma Regla del N- terminal Ubiquitina y N - terminal Fases del proteasoma La regla del N-terminal Reconocimiento del N-terminal Ubiquitinación Esquema del Proteasoma El Proteasoma Proteasoma 26S Sitios del proteasoma Degradación en Núcleo Lactacystin Utilidad de los Inhibidores del Proteasoma Ubiquitina y ATP Degradación Mediada por Ubiquitina Esquema del Proteasoma La progresión del ciclo celular depende de una proteínas denominadas ciclinas específicas de cada fase. Las distintas ciclinas se degradan por ubiquitinación Fase 1 CdK Fase 2 ciclina1 ciclina1 ubiquitinación proteasoma F-box protein ubiquitinización represor ciclina2 represor F-box protein F-box protein CdK ciclina2 División Celular Modelo de percepción de auxinas en plantas represor SCF complex Aux-IAA TIR-1 ARF Factor de transcripción SCF complex auxin TIR-1 Aux-IAA transcripción ARF proteasoma ubiquitinación Recambio Proteico Están sujetos a una biosíntesis y degradación continua. Muchos de los aminoácidos liberados durante el recambio son reutilizados en la síntesis de nuevas proteínas. En una persona de 70 Kg de peso, consume 100 g de proteína al día y excretará una cantidad equivalente de productos nitrogenados, sin embargo los estudios con marcaje radioactivo indican que se sintetizan 400 g y se degradan 400 g Recambio Las proteínas presentan una enorme variabilidad en cuanto a su vida media que va de pocos minutos a meses. Ej albúmina =21 días, Hb = 120 días Las que se segregan a un medio extracelular como las enzimas digestivas, las hormonas y los anticuerpos su recambio es rápido. En cambio las que son estructurales como el colágeno son más estables. Importancia del recambio Constituye un camino para la adaptación celular a las modificaciones del medio ambiente. Ej: esporulación Enzimas: Proteasas intracelulares: Ej. Calpaínas (Ca+2), proteasoma (ATP). P. Lisosómicas: Ej Catepsinas Señales químicas para la degradación de proteínas Ubiquitinación: la ubiquitina se une a los grupos de lisina formando complejos degradables por el proteasoma Oxidación de determinados residuos catalizada por metales. El Fe+2 y el OH- a los residuos de prolina y arginina Secuencias PEST. Regiones de 12 a 60 residuos ricas en Pro, Glu, Ser y Thr. Hay residuos N- terminales que determinan vidas medias cortas. Por ejemplo: Phe, Leu, Tyr, Trp, Lys, Arg.
