プロテアソーム

プロテアソームは 、古細菌として知られる特定の原始的な存在に加えて、真核細胞の細胞質と核、つまりこれまで研究されているすべての動物細胞と植物細胞に存在します。それらは細胞生理学、より正確には細胞分裂の調節において重要な役割を果たします。

それらは、内因性タンパク質、つまり細胞内で合成されたタンパク質を消化するいくつかのプロテアーゼの複合体として定義されます。この大きなタンパク質分解複合体は、タンパク質に存在するペプチド結合を加水分解して分解を促進し、細胞の組織を変化させることができます。

構造と活動

1942 年、シェーンハイマーは放射性同位体標識を使用して、タンパク質が細胞内で絶えず合成および分解されていることを発見しました。その後、プロテアソームの分子構造は、電子断層撮影法と X 線結晶構造解析を使用して、バウマイスターによって決定されました。この発見の後、細胞分裂の調節におけるこの酵素複合体の作用の重要性が確認されました。

プロテアソームの作用は、タンパク質を破壊するためにエネルギーを必要とするため、ATP に依存しており、これらのタンパク質には破壊のマークが付いているため特異的でもあります。これらのタンパク質の分解は、細胞内で過剰な酵素や他のタンパク質が発生しないようにするために重要です。また、このアクションは、新しいウイルスの製造に使用される可能性があるため、ウイルスによってコードされたタンパク質だけでなく、合成エラーや損傷のあるタンパク質を破壊することも目的としています。

小胞体 (ER) には、ミスフォールディングのあるタンパク質を監視するシステムがあります。タンパク質の生物学的機能は、タンパク質が正しく折りたたまれることによって決まります。つまり、タンパク質が折りたたまれてカールすると、特定の三次元形状になります。 ER は、このプロセスの失敗を検出し、これらのタンパク質を細胞質に輸送し、そこでプロテアソームによって分解されます。

プロテアソームの作用はいくつかの点でリソソームとは異なります。リソソームはタンパク質の分解にエネルギーを消費せず、プロテアソームの活性はタンパク質に対して個別に実行されますが、リソソームは細胞に導入されたすべての物質または細胞小器官に作用します。

プロテアソームは、4 つの重なり合ったリングで構成される大きな樽型のタンパク質構造です。中央の円筒は中空であり、20S 中央プロテアソームと呼ばれ、ここでいくつかのタンパク質サブユニットが会合し、4 つの七量体環の管を形成します。これらのサブユニットの一部は酵素であり、プロテアーゼの活性部位は円筒の内側に面して位置しており、プロテアソームが細胞上で制御されずに作用するのを防ぎます。このシリンダーの両端には、19S キャップと呼ばれる大きなタンパク質複合体があり、これにはタンパク質リングが含まれており、このリングを通って標的タンパク質が導入され、中央のプロテアソームに到達し、そこで分解されます。この複雑な構造により、基質はプロテアソームに一度結合すると、完全に分解されて小さなペプチドに変換されるまで結合したままになります。

ユビキチン-プロテアソームシステム

中央の 20S プロテアソームがタンパク質分解のコアである場合、19S キャップは核へのゲートとして機能し、破壊のマークが付けられたタンパク質のみが核に入ることができます。このマーキングは、76 個のアミノ酸で構成されるユビキチンと呼ばれる小さなタンパク質との共有結合によって行われます。

このメカニズムでは、ユビキチン分子は分解中のタンパク質内のアミノ酸リジンの残基に結合し、他のユビキチン分子は最終的に最初の残基に結合して、19S キャップによって認識できる複合体を形成します。その後、タンパク質分子はATPを消費しながらタンパク質分解核に取り込まれ、そこで活性部位に結合し、それぞれ約8 アミノ酸からなるペプチドに分解されて細胞質に戻されます。これらのペプチドは、細胞質に存在する酵素によって分解されたり、他の運命をたどったりすることがあります。このプロセスに関与したユビキチン分子は放出され、再び使用できるようになります。

ユビキチン – プロテアソームシステム。 2: タンパク質が分解中。 C: ユビキチン。 3: ユビキチンタグ付きタンパク質はプロテアソームによって認識されます。 4: 分解されたタンパク質はペプチドの形成とともに細胞質に戻されます。ユビキチン分子とプロテアソームは放出され、再利用されます。

参考文献:

アルバーツ、ブルースら。細胞の分子生物学。 6.編ポルトアレグレ：アルメッド、2017年。

WIDER, MC 遊離 20S プロテアソームの生理学的役割は批判的に検討中。 http://redoxoma.iq.usp.br/paginas_view.php?idPagina=935#.Xd7pXuhKjIU で入手できます。

シルバ、エリザベート・ロドリゲス・ド・モンテ。免疫プロテアソームを発現する細胞の細胞内ペプチドレパートリーの特徴付け。 2014 年。論文 (細胞生物学および組織生物学の修士号) – サンパウロ大学生物医科学研究所、サンパウロ、2014 年。doi:10.11606/D.42.2014.tde-26062014-184010。アクセス日: 2019-11-27。