El Proteasoma y sus Subunidades Reguladoras
El proteasoma 26S, el más común, está formado por una unidad catalítica 20S y la subunidad reguladora 19S. Además de la 19S, existen otras subunidades reguladoras:
- PA28: activador del 20S. Se une a modo de anillo.
- PA200: se encarga de la maduración de la subunidad 20S. También interviene en la reparación del DNA, degradando proteínas de la cromatina, histonas y no histonas.
- Ecm29: estabilizador del proteasoma 26S. Se encuentra en alta proporción en el pulmón y en el cerebro, y en menor proporción en el hígado y el riñón.
- PR39: inhibidor acompetitivo para la degradación proteica.
Proteínas víricas: algunas inactivan todo el sistema. Inactivan las peptidasas.
- PI31: inhibe al proteasoma 20S.
El proteasoma reconoce péptidos antigénicos y los degrada, dando lugar al inmunoproteasoma, que no degrada proteínas endógenas sino péptidos dañinos, estando implicado en la respuesta inmune.
Ubiquitina: Marcador de Proteínas
Ubiquitina: su función es marcar proteínas. Es una proteína pequeña. Estructuralmente, en su extremo carboxilo terminal siempre tiene una glicina, y 7 residuos de lisina en las posiciones 6, 11, 27, 29, 33, 48 y 63. Esto permite la formación de un enlace peptídico (isopeptídico) entre el grupo carboxilo de la glicina y el grupo amino de la cadena lateral de la lisina, a través del cual se unen distintas moléculas de ubiquitina.
Síntesis de Ubiquitina
Las moléculas de ubiquitina se sintetizan unidas a una proteína ribosomal, inactivas. Cuando se necesita que la ubiquitina marque proteínas, se rompe mediante una proteína proteosomal y queda activa. Otra forma de síntesis es en forma de tetrámero, lo que impide su activación. Las desubiquitinasas rompen el tetrámero, generando moléculas independientes y activas.
El Sistema Ubiquitina-Proteasoma
Este sistema, formado por ubiquitina, enzimas activadoras de ubiquitina, enzimas conjugadoras de ubiquitina, ubiquitín-ligasas, desubiquitinasas y el proteasoma, es responsable de la proteólisis regulada, marcando proteínas para su degradación. Este proceso incluye dos pasos: ubiquitinación y degradación por el proteasoma.
Ubiquitinación
La ubiquitinación se produce mediante cascadas enzimáticas:
- E1 (enzima activante de ubiquitina) agrega un grupo adenilo al extremo C-terminal de una glicina de la ubiquitina, usando ATP, obteniendo adenil-ubiquitina.
- El adenil-ubiquitina se transfiere al centro activo de E1, formándose un enlace tioéster entre el extremo C-terminal de la ubiquitina y un grupo tiol (-SH) de la cisteína de E1.
- E1 transfiere la ubiquitina activada a E2 (enzima conjugante de ubiquitina) por transtioesterificación.
- E2 transfiere la ubiquitina a E3 (ubiquitín ligasa), formando el complejo E2-UB-E3. E2 determina si la proteína será mono, multi o poliubiquitinizada.
- E3 transfiere la ubiquitina a un residuo de lisina de la proteína diana, formando un enlace amida (isopeptídico).
E3, formada por los dominios HECT y RING finger, regula el último paso. HECT contribuye a la catálisis, mientras que RING finger interactúa con E2 y lo activa alostéricamente, actuando como adaptador molecular.
Tras la primera ubiquitina, se pueden unir varias, formando una cadena. La monoubiquitinación interviene en la reparación del DNA, endocitosis, degradación lisosomal y regulación transcripcional. La poli-ubiquitinación, en la lisina 48 (K48) o K29, marca la proteína para su degradación por el proteasoma.
Poliubiquitinación
Requiere E4, factor de elongación. El destino depende del lugar de poliubiquitinación: K63 (reparación del DNA, activación de quinasas, endocitosis, transporte intracelular, respuesta a estrés oxidativo); K29 y K33 (activación de quinasas); K11 (degradación por proteasoma); K48 (degradación por proteasoma 26S).
Desubiquitinación
Hidrolasas, proteasas de ubiquitina y proteínas MJD rompen el enlace isopeptídico, liberando la ubiquitina para su reutilización y permitiendo la degradación de la proteína en el proteasoma.
Alteraciones Patológicas del Sistema Ubiquitina-Proteasoma
Alteraciones en este sistema se asocian con:
- Respuesta inmune e inflamatoria.
- Enfermedades genéticas: síndrome de Angelman, fibrosis quística, síndrome de Liddle.
- Desórdenes neurodegenerativos: Alzheimer, Parkinson.
- Procesos tumorales.
Digestión de Proteínas
Balance de Nitrógeno
Digestión de proteínas: El balance de N es la diferencia entre el N ingerido y el excretado. Un adulto sano debe tener un balance 0. Balance -: el N excretado excede al ingerido (malnutrición). Balance +: el N ingerido excede al excretado (crecimiento).
Digestión de Proteínas y Valor Biológico
Hay 9 aminoácidos esenciales que debemos obtener de la dieta. Un lactante necesita 2g de proteínas/kg al día, un adulto 0.8g/kg. El valor biológico de una proteína se relaciona con su composición de aminoácidos. La albúmina tiene un valor del 100%, la carne y leche un 99%, y cereales y verduras un 40%.
Etapas de la Digestión de Proteínas
- Estómago: se secreta pepsinógeno, forma inactiva de la pepsina.
- Páncreas exocrino: se produce tripsinógeno, quimotripsinógeno, proelastasa y procarboxipeptidasa, que se activan en el intestino.
- Intestino: se secretan aminopeptidasas.
La pepsina actúa a pH ácido (estómago), mientras que las demás enzimas se activan a pH más básico (intestino).