Bất hoạt và Phân hủy Enzyme

Bất hoạt và phân hủy enzyme là các quá trình mà một tế bào chấm dứt hoạt động của enzyme, bằng cách làm mất trạng thái chức năng hoặc phá hủy vật lý của enzyme. Cùng với quá trình tổng hợp, sự phân hủy được điều hòa thiết lập lượng enzyme ở trạng thái ổn định và cung cấp một lớp kiểm soát chậm hơn nhưng mang tính quyết định, vượt ra ngoài sự ức chế thuận nghịch.

Definition

Bất hoạt enzyme là sự mất chức năng xúc tác của enzyme thông qua biến tính, biến đổi cộng hóa trị hoặc tổn thương; phân hủy enzyme là sự phá hủy protein enzyme được điều hòa bằng cách phân giải protein, làm giảm nồng độ của nó trong tế bào.

Scope

Mục này đề cập đến sự mất hoạt động thông qua biến tính và biến đổi cộng hóa trị, cũng như sự luân chuyển được điều hòa của enzyme bởi các hệ thống phân giải protein nội bào, chủ yếu là con đường ubiquitin-proteasome. Đây là tài liệu tham khảo sinh hóa, không phải hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Điều gì phân biệt sự mất hoạt động (bất hoạt) với sự phá hủy vật lý (phân hủy)?
• Tế bào đánh dấu các enzyme cụ thể để phân hủy như thế nào?
• Sự luân chuyển được điều hòa thiết lập lượng enzyme hiện diện ở trạng thái ổn định như thế nào?

Key concepts

• Bất hoạt so với phân hủy
• Biến tính và tổn thương cộng hóa trị
• Gắn thẻ Ubiquitin
• Proteasome 26S
• Thời gian bán hủy và sự luân chuyển của enzyme
• Nồng độ enzyme ở trạng thái ổn định

Key theories

Hệ thống ubiquitin-proteasome để phân hủy chọn lọc

Các protein được định sẵn để phá hủy được gắn thẻ cộng hóa trị bằng các chuỗi ubiquitin bởi một chuỗi các enzyme hoạt hóa, liên hợp và ligase, sau đó được nhận diện và phân hủy bởi proteasome 26S; điều này cung cấp sự kiểm soát chọn lọc, được điều hòa đối với mức độ enzyme trong tế bào.

Mechanisms

Một enzyme có thể mất hoạt động mà không bị phá hủy, ví dụ thông qua biến tính, oxy hóa hoặc biến đổi cộng hóa trị tại vị trí hoạt động, trường hợp sau trùng lặp với sự ức chế không thuận nghịch (Kitz & Wilson, 1962). Khác với điều này, sự phân hủy được điều hòa loại bỏ chính protein enzyme: ở sinh vật nhân chuẩn, con đường chính là hệ thống ubiquitin-proteasome, trong đó một chuỗi các enzyme E1 hoạt hóa, E2 liên hợp và E3 ligase gắn các chuỗi ubiquitin vào một mục tiêu, đánh dấu nó để được nhận diện và thủy phân bởi proteasome 26S (Hershko & Ciechanover, 1998; Glickman & Ciechanover, 2002). Bởi vì mức độ ổn định của một enzyme phản ánh sự cân bằng giữa tổng hợp và phân hủy, việc kiểm soát thời gian bán hủy của nó là một phương tiện mạnh mẽ để điều hòa hoạt động trong khoảng thời gian từ vài phút đến vài giờ (Cornish-Bowden, 2012).

Clinical relevance

Sự phân hủy protein được điều hòa chi phối sự phong phú của nhiều enzyme và protein điều hòa, và con đường ubiquitin-proteasome là mục tiêu của các chiến lược điều trị đã được thiết lập và đang nổi lên; việc hiểu rõ sự luân chuyển làm rõ lý do tại sao lượng enzyme, không chỉ hoạt động, có thể là một điểm kiểm soát (Glickman & Ciechanover, 2002). Mục này mô tả sinh học để tham khảo và giáo dục và không cung cấp lời khuyên điều trị.

History

Trong khi sự mất hoạt động của enzyme thông qua biến tính và tổn thương cộng hóa trị đã được công nhận từ lâu, cơ sở phân tử của sự phân hủy protein có chọn lọc, được điều hòa đã nổi lên từ công trình nghiên cứu về hệ thống ubiquitin vào cuối thế kỷ XX, được Hershko và Ciechanover tổng quan toàn diện vào năm 1998 (Hershko & Ciechanover, 1998) và bởi Glickman và Ciechanover vào năm 2002 (Glickman & Ciechanover, 2002). Điều này đã thiết lập sự phân hủy như một quá trình điều hòa có chủ đích chứ không chỉ là sự loại bỏ đơn thuần.

Key figures

• Avram Hershko
• Aaron Ciechanover
• Michael H. Glickman
• Irwin B. Wilson

Seminal works

• hershko-ciechanover-1998
• glickman-ciechanover-2002

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa bất hoạt enzyme và phân hủy enzyme là gì?

Bất hoạt là sự mất chức năng xúc tác trong khi protein vẫn có thể hiện diện (ví dụ thông qua biến tính hoặc biến đổi cộng hóa trị); phân hủy là sự phân giải thực sự của protein enzyme, làm giảm lượng protein đó trong tế bào.

Tế bào chọn enzyme nào để phân hủy như thế nào?

Các protein mục tiêu được gắn thẻ chọn lọc bằng các chuỗi ubiquitin bởi các enzyme ligase đặc hiệu, và thẻ này được proteasome 26S nhận diện, sau đó proteasome này phân hủy protein đã được đánh dấu.