Proteolyse Definition
Proteolyse ist die Hydrolyse der Peptidbindungen, die Proteine zusammenhalten, was zum Abbau von Proteinen in ihre Hauptbestandteile, Peptide und Aminosäuren, führt. Die Proteolyse kann als Methode zur Regulierung zellulärer Prozesse dienen, indem sie die Konzentration eines Proteins verringert, ein Protein in eine aktive Form umwandelt oder Aminosäuren bereitstellt, die zur Synthese eines anderen Proteins benötigt werden. Die Proteolyse wird häufig von Proteasen durchgeführt, Enzymen, die den Abbau von Proteinen katalysieren. Sie kann auch durch ungünstige Zellbedingungen wie extreme Temperaturen, Säure oder Salzgehalt ausgelöst werden, wodurch die Moleküle in den Peptidbindungen gestört werden und die Bindungen brechen.
Diese Abbildung zeigt den Abbau einer Peptidbindung in die einzelnen Aminosäuren durch Hydrolyse der Amidbindung.
Diese Abbildung zeigt die Hydrolyse einer Peptidbindung durch Zugabe von Wasser.
Proteolyse Struktur
Proteolyse tritt auf, wenn die Peptidbindungen, die ein Protein zusammenhalten, hydrolysiert werden. Dies geschieht häufig durch die Katalyse von Proteasen, Enzymen, die an der Spaltung von Proteinen beteiligt sind. Die Enzyme interagieren mit den Proteinen mit einer Substratspezifität, die auf der Konformation der Proteine und dem Aminosäurerest, an den sie gebunden sind, beruht. Proteasen funktionieren auf zwei Arten: Sie können die Amidbindung zwischen zwei Aminosäuren am Amino- oder Carboxy-Ende spalten (Exopeptidasen), oder sie können das Protein innerhalb des Substrats spalten (Endopeptidasen). Proteasen lassen sich nach der Art und Weise, wie sie Proteine hydrolysieren, und nach dem beteiligten Rest in sechs Typen einteilen: Aspartat-, Cystein-, Glutamat-, Metallo-, Serin- und Threonin-Proteasen. Die verschiedenen Kategorien hydrolysieren die Amidbindung entweder durch eine Additions-/Eliminierungsreaktion, bei der ein Zwischenprodukt entsteht, oder durch direkte Hydrolyse der Bindung durch ein polarisiertes Wassermolekül. Proteasen und damit die Proteolyse können durch die Bindung von Inhibitoren an die aktiven Stellen der Protease oder durch räumliche Begrenzung, die sie von ihren Substraten trennt, gehemmt werden. Diese Hemmung spielt eine wichtige Rolle bei der Regulierung zellulärer Prozesse.
Proteolyse Funktion
Die Proteolyse spielt im Körper eine Reihe wichtiger, aber unterschiedlicher Rollen. Sie kann die Proteinfunktion steuern, indem sie entweder Proteine produziert oder entfernt. Die Proteolyse kann die Konzentration eines Proteins regulieren, indem sie überschüssiges Protein entfernt, so dass dessen Funktion vermindert oder beeinträchtigt wird. Die Proteolyse ist häufig für die vollständige Inaktivierung von Proteinen verantwortlich, was zu einer Unterbrechung von Protein-Protein-Wechselwirkungen und Signalkaskaden einschließlich Apoptose führen kann. Alternativ dazu können Proteasen aktive Proteine erzeugen, indem sie ein nicht funktionierendes oder Proto-Protein in kleinem Maßstab verändern oder seinen physikalischen Zustand oder seinen Ort verändern. Beispiele hierfür sind die Regulierung der Blutgerinnung durch die Beseitigung von Gerinnseln durch Plasmin und Fibrinolyse sowie die Aktivierung der Protease Trypsin durch Modifizierung des Präprotease-Zymogens.
Die Proteolyse wirkt auch als zellulärer Reinigungsprozess, indem sie beschädigte oder unnötige Proteine entfernt. Zu den geschädigten Proteinen gehören solche, die durch einen anderen Mechanismus zerbrochen wurden, so dass nur noch ein Proteinfragment übrig ist, und fehlgefaltete Proteine, die in ihrer Funktion beeinträchtigt sind. Die Proteasen recyceln die Aminosäuren, um neue oder besser geeignete Proteine herzustellen oder die Proteine in eine neue Region zu verlagern. Proteine, die intakt und korrekt gefaltet sind, werden nicht abgebaut und fungieren im Wesentlichen als zelluläre Qualitätskontrolle.
Die Proteolyse ist eine Schlüsselkomponente der Nährstoffverdauung, da sie jedes aufgenommene Protein abbaut, damit die Nährstoffe vom Organismus aufgenommen werden können. Bei diesem Prozess werden die Proteine vollständig in ihre Aminosäuren zerlegt. Die Proteolyse ist auch ein Bestandteil der Lebensmittelherstellung: Proteasen spalten Milchproteine bei der Käseherstellung auf, und ein niedriger pH-Wert treibt die Proteolyse von Aktin bei der Fermentation von Rohwurst voran.
Quiz
1. Wie wird ein Protein durch Proteolyse aufgespalten?
A. Hydrolyse
B. Dehydratisierung
C. Verbrennung
D. Säure-Base
2. Was ist eine wichtige Funktion der Proteolyse?
A. Organogenese
B. Bildung von Blutzellen
C. Entfernung von Toxinen
D. Regulierung von Proteinen
3. Was verursacht Proteolyse?
A. Enzyme
B. hohe Temperaturen
C. extreme Säure
D. alle oben genannten