Los proteasomas son complejos de proteínas que degradan las proteínas innecesarias o dañadas mediante la proteólisis , una reacción química que rompe los enlaces peptídicos . Las enzimas que ayudan a tales reacciones se llaman proteasas .
Los proteasomas son parte de un mecanismo principal por el cual las células regulan la concentración de proteínas particulares y degradan las proteínas mal plegadas . Las proteínas se etiquetan para su degradación con una pequeña proteína llamada ubiquitina . La reacción de marcado es catalizada por enzimas llamadas ubiquitina ligasas . Una vez que una proteína se etiqueta con una sola molécula de ubiquitina, esta es una señal para que otras ligasas se unan a moléculas de ubiquitina adicionales. El resultado es una cadena de poliubiquitina que está unida por el proteasoma, lo que le permite degradar la proteína marcada. [1] El proceso de degradación produce péptidos de aproximadamente siete a ocho aminoácidos.de largo, que luego pueden degradarse aún más en secuencias de aminoácidos más cortas y usarse para sintetizar nuevas proteínas. [1]
Los proteasomas se encuentran dentro de todos los eucariotas y arqueas , y en algunas bacterias . En eucariotas, los proteasomas se encuentran tanto en el núcleo como en el citoplasma . [2]
En estructura , el proteasoma es un complejo cilíndrico que contiene un "núcleo" de cuatro anillos apilados que forman un poro central. Cada anillo está compuesto por siete proteínas individuales. Los dos anillos internos están formados por siete subunidades β que contienen de tres a siete sitios activos de proteasa . Estos sitios están ubicados en la superficie interior de los anillos, por lo que la proteína objetivo debe ingresar al poro central antes de degradarse. Los dos anillos exteriores contienen cada uno siete subunidades α cuya función es mantener una "puerta" a través de la cual las proteínas ingresan al barril. Estas subunidades α se controlan mediante la unión a estructuras de "tapa" o partículas reguladoras.que reconocen las etiquetas de poliubiquitina unidas a sustratos de proteínas e inician el proceso de degradación. El sistema general de ubiquitinación y degradación proteasomal se conoce como sistema ubiquitina-proteasoma . [3]
La vía de degradación proteasomal es esencial para muchos procesos celulares, incluido el ciclo celular , la regulación de la expresión génica y las respuestas al estrés oxidativo . La importancia de la degradación proteolítica dentro de las células y el papel de la ubiquitina en las vías proteolíticas fue reconocida en la concesión del Premio Nobel de Química 2004 a Aaron Ciechanover , Avram Hershko e Irwin Rose . [4]
Antes del descubrimiento del sistema ubiquitina-proteasoma, se pensaba que la degradación de proteínas en las células dependía principalmente de lisosomas , orgánulos unidos a la membrana con interiores ácidos y llenos de proteasas que pueden degradar y luego reciclar proteínas exógenas y orgánulos envejecidos o dañados. [1] Sin embargo, el trabajo de Joseph Etlinger y Alfred L. Goldberg en 1977 sobre la degradación de proteínas dependiente de ATP en reticulocitos , que carecen de lisosomas, sugirió la presencia de un segundo mecanismo de degradación intracelular. [5] Esto se demostró en 1978 que se compone de varias cadenas de proteínas distintas, una novedad entre las proteasas en ese momento. [6]El trabajo posterior sobre la modificación de histonas condujo a la identificación de una modificación covalente inesperada de la proteína histona mediante un enlace entre una cadena lateral de lisina de la histona y el residuo de glicina C-terminal de ubiquitina , una proteína que no tenía ninguna función conocida. [7] Luego se descubrió que una proteína previamente identificada asociada con la degradación proteolítica, conocida como factor de proteólisis dependiente de ATP 1 (APF-1), era la misma proteína que la ubiquitina. [8] Las actividades proteolíticas de este sistema fueron aisladas por Sherwin Wilk y Marion Orlowski como un complejo de múltiples proteínas originalmente llamado complejo de proteinasa multi-catalítico.[9] Más tarde,se descubrió el complejo proteolítico dependiente de ATP que era responsable de la degradación de la proteína dependiente de ubiquitina y se denominó proteasoma 26S. [10] [11]