세포 내에서 단백질의 양은 합성되는 속도뿐만 아니라 분해되는 속도에 의해 결정됩니다. 세포 내 단백질의 반감기는 수 분부터 수일에 이르기까지 다양하며 다른 단백질 분해 속도는 세포 조절에 중요한 역할을 합니다. 빨리 분해되는 많은 단백질들은 전사인자와 같은 조절물질로 기능을 합니다. 이들 단백질의 빠른 전환(합성과 분해)은 외부 자극에 대응하여 단백질 양을 빠르게 조절하기 위해 필요합니다. 어떤 단백질은 특이적인 신호에 따라 빠르게 분해됨으로써 세포 내 효소 활성을 조절하는 또 다른 메커니즘이 되기도 합니다. 또한 결함이 있거나 손상을 입은 단백질들은 세포에서 인식되어 분해되므로 단백질 합성 과정 중에 일어나는 실수의 결과들을 제거하게 됩니다. 진핵세포에는 2개의 경로, 즉 ubiquitin-proteasome 경로와 lysosomal proteolysis 경로가 존재하여 단백질들의 분해를 촉매 합니다.
Ubiquitin-Proteasome 경로
진핵세포에서 선택적인 단백질 분해의 주요 경로는 세포질 및 핵단백질의 빠른 단백질 분해를 위해 ubiquitin을 표지로 사용하는 것입니다. Ubiquitin은 76개의 아미노산 잔기로 이루어진 폴리펩타이드로서 효모, 동물 및 식물 등의 모든 진핵세포에 널리 존재합니다. 단백질 분해를 위한 표지는 라이신 잔기의 기능기에 있는 아미노기에 ubiquitin이 첨가됨으로써 시작됩니다. 이어서 여러 ubiquitin이 계속 첨가되어 ubiquitin 사슬이 만들어집니다. Ubiquitin 사슬이 첨가된 단백질은 여러 단위의 단백질 분해효소 복합체인 proteasome에 의해 인식되어 분해됩니다. 이 과정에서 분해된 ubiquitin은 다음 과정에서 재사용됩니다. Ubiquitin의 결합과 단백질의 분해에는 ATP 에너지가 필요합니다.
Ubiquitin의 결합이 단백질의 빠른 분해를 위한 표식이 되므로 많은 단백질의 안정성은 ubiquitin과의 결합 여부에 좌우됩니다. Ubiquitin이 결합하는 과정은 여러 단계로 일어납니다. 먼저 ubiquitin은 ubiquitin을 활성화시키는 효소인 E1에 결합된 후 ubiquitin은 ubiquitin 중합효소인 E2에 전이됩니다. 목표 단백질에 ubiquitin을 최종적으로 전달해 주는 것은 ubiquitin ligase로 알려진 E3이며, 이 효소는 기질 단백질을 선택적으로 인식합니다. 많은 세포들의 경우 E1은 하나만 존재하나 E2는 여러개, 그리고 E3은 많은 수가 존재합니다. 각기 다른 E3은 다양한 기질단백질을 인식하며 이 효소의 특이성으로 인해 ubiquitin-proteasome 경로에 의해 분해되는 세포 단백질을 선택적으로 표지 합니다.
Ubiquitin의 결합이 단백질 분해를 위한 표식이지만 다른 단백질에서는 다른 기능을 하기도 합니다. 예를 들면 일부 단백질에 대한 단일 ubiquitin 분자의 결합은 DNA의 수선, 전사 및 세포 내로의 이동을 조절하기도 합니다. 또한 단백질들은 핵 안으로의 이동 및 핵의 소부위 이동의 표식 기능을 지닌 SUMO(small ubiquitin-related modifier)와 같은 ubiquitin과 관련된 폴리펩타이드와 결합됨으로 변형될 수도 있습니다. SUMO와 ubiquitin과 유사한 단백질들은 단백질을 분해시켜주는 기능보다도 단백질의 편재와 단백질 활성을 조절하는 기능을 지닙니다. SUMO에 의해 변형되는 많은 단백질에는 전사인자 및 chromatin 구조를 유지하고 DNA를 수선하는 핵단백질들이 포함됩니다.
'세포학' 카테고리의 다른 글
| 동물세포 배양 (0) | 2022.03.14 |
|---|---|
| 엽록체(chloroplast) 구조와 기능 (0) | 2022.03.13 |
| 감수분열(meiosis) (0) | 2022.03.04 |
| RNA 중합효소와 전사인자 (0) | 2022.03.02 |
| DNA 회복 (0) | 2022.03.01 |
