¿Cuál es el camino de ubiquitinación?
Muchas de las proteínas en una célula se reciclan regularmente y sirven como fuente de aminoácidos para la síntesis de nuevas proteínas. La ubiquitina es una proteína muy pequeña que se llama así porque es ubicua en las células eucariotas y tiene una estructura muy similar entre organismos muy diferentes. Funciona como una etiqueta que se adhiere a las proteínas para atacarlas, generalmente para la degradación. El proceso de agregar esta etiqueta a las proteínas objetivo se conoce como la vía de ubiquitinación. Posteriormente, estas proteínas se descomponen en pequeños trozos en una estructura conocida como proteasoma.
Las proteínas son moléculas compuestas de unidades de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos. Pueden sufrir una gran cantidad de modificaciones, una de las cuales es tener compuestos unidos al principio o al final de la molécula de proteína. Muchas proteínas son enzimas, que aceleran las reacciones. Un tipo de enzima es una proteasa, que degrada otras proteínas en circunstancias específicas y altamente reguladas. La vía de ubiquitinación implica la actividad de las proteasas.
La ubiquitina es una molécula siempre presente en organismos superiores. No se encuentra en bacterias. Esta pequeña proteína se encuentra dentro de las células. Tiene un número inusualmente alto de moléculas del aminoácido lisina, y hay siete de estos compuestos presentes.
El trabajo original sobre la ubiquitina sugirió que las proteínas objetivo, especialmente aquellas que eran defectuosas, se unían a una molécula de lisina particular en esta etiqueta de proteína. Ahora se sabe que las proteínas que se degradan pueden unirse a varios grupos de lisina o incluso al grupo final de esta proteína siempre presente. El proceso de unión de la proteína a la ubiquitina para comenzar el proceso de ubiquitinación requiere mucha energía. Normalmente, la escisión de un enlace peptídico libera energía. En este caso, utiliza una molécula de la energía de la célula, la adenosina trifosfato (ATP).
La vía de ubiquitinación es compleja. Incluso la unión de ubiquitina a la proteína objetivo implica tres enzimas diferentes. Uno activa la ubiquitina y se conoce como E1. Hay docenas de diferentes tipos de enzimas involucradas en el paso dos, conocido como E2, en el que la ubiquitina activada se une a una enzima conjugadora. El paso 3 utiliza uno de los cientos de diferentes tipos de enzimas que reconocen las diferentes proteínas que se degradan y une la proteína objetivo a un grupo de lisina en la molécula de ubiquitina.
La ubiquitinación se lleva a cabo dentro de un complejo llamado proteasoma. Esta es una estructura grande en la cual las proteasas degradan la proteína ubiquitinilada. Se divide en fragmentos más pequeños de aminoácidos conocidos como péptidos. Estas piezas pueden degradarse fácilmente en sus aminoácidos componentes por peptidasas y usarse como fuente de aminoácidos para sintetizar nuevas proteínas. En algunos casos, el proceso produce péptidos activos involucrados en el metabolismo celular.
El descubrimiento de que la vía de ubiquitinación condujo a la degradación de las proteínas dentro del proteasoma fue un trabajo innovador. Obtuvo el Premio Nobel de Química para los tres científicos involucrados. A medida que se realizó más investigación sobre este proceso, resultó ser mucho más complicado de lo que se pensaba originalmente. Las proteínas pueden tener ubiquitina agregada en una variedad de modas, como en una cadena. Este proceso tiene implicaciones en todo el espectro de la fisiología, las enfermedades infecciosas y los trastornos genéticos.