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.

RecambioLas 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 peptidasasLAS MÁS IMPORTANTES EN BIOCATÁLISIS SON:

1. SERINA PROTEASAS2. ASPARTIL PROTEASAS3. METALOPROTEASAS4. 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 acciónE.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.

micro

Calpaínas

Señal PEST para calpaína

PEST y Calpaínas

Sistema neutro de proteolisis Ubiquitina > Proteasoma

Ub

Ubiquitina

ATPAMP

UbE1

E3

E3

E3

E2 Ub

E2 UbProteína

Proteína

Proteína

Proteasoma 26S

Proteína

(1)

Ub

Ub

UbUbUb

Ub

Ub

(6)

Ub

Ub

UbUbUb

Ub

Ub

Péptidos

ADP

ATP

(2)

(3)

(4)

(5)

(7)

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

ciclina1

F-box protein

CdK

F-box protein

ciclina1 ubiquitinaciónproteasoma

ciclina2represor

F-box protein

represor

ubiquitinización

ciclina2

CdK

Fase 1 Fase 2

División Celular

TIR-1 Aux-IAA

ARF

SCF complex

TIR-1

Aux-IAA

ARF

proteasoma

auxin

SCF complex

represor

Factor de transcripción

transcripción

ubiquitinación

Modelo de percepción de auxinas en plantas

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

RecambioLas proteínas presentan una enorme variabilidad

en cuanto a su vida media que va de pocos minutos a meses. Ej albúmina =21 días, Hb =

120 díasLas 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 recambioConstituye 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.