Протеолиз белков в клетке

Большая часть неспецифического белкового распада имеет место в лизосомах (Громакова, Коноваленкова, 2003).

Лизосомы человека активно изучаются, прежде всего, в медицинском аспекте. Этот интерес обусловлен двойственностью потенциала лизосом. В норме они выполняют разнообразные функции, но могут быть и «везикулами - самоубийцами», если в клетке происходит повреждение лизосомной мембраны, изолирующей лизосомные ферменты. Связь лабилизации лизосом с клеточным повреждением и гибелью установлена многочисленными исследованиями, однако в настоящее время уже на молекулярно-биологическом уровне демонстрируется их участие в процессах стимулируемого апоптоза (Guicciardi, 2004), панкреонекроза и другой патологии (Пупышев, 2006).

Известно, что активность лизосомальных ферментов, на долю которых приходится ~ 70% общей деградации белков, находится под гормональным контролем. Показано участие инсулина, глюкагона, адреналина, тиреоидных гормонов в регуляции лизосомного пути белковой деградации (Табукашвили и др., 1991).

В печени глюкагон вызывает метаболическую утилизацию некоторых аминокислот, а инсулин стимулирует их потребление. Это показывает, что оба гормона влияют на аутофагию изменением внутриклеточного пула аминокислот. Глюкокортикоиды стимулируют печеночный протеолиз, но, предполагается, что этот эффект осуществляется благодаря увеличению синтеза протеина, т.е. для аутофагии необходим синтез мембранных белков. Точно также, тироксин-вызванный белковый распад в печени может осуществляться благодаря увеличению концентрации лизосомных ферментов (Grinde, 1985).

Лизосомы - это органеллы, которые содержат огромное количество гидролаз, способных разрушать большинство внутриклеточных и внеклеточных макромолекул (Sahagian, Novikoff, 1994). Протеазы, способные к деградации белков внутри лизосом, называются катепсинами (Bohley, Seglen, 1992). В общем, лизосомы ответственны за непрерывное обновление большинства внутриклеточных белков (большей частью долгоживущих белков) в печени, почках и других тканях.

Лизосомы стабильны при рН=7, в то время как при рН=5 они становятся отчасти «рыхлыми». Время прохождения лизосомальных ферментов от эндоплазматического ретикулума до лизосом приблизительно 2 часа. Кроме того, лизосомальные ферменты имеют период полужизни в течение дня и могут быть достаточно стойкими к распаду другими лизосомальными ферментами (Ahlberg et al, 1985).

Лизосомные протеиназы участвуют в осуществлении внутриклеточного распада белков и регуляции их кругооборота, а также реализации сложнейших биологических процессов, таких, как рост и развитие организма, морфогенез, метаморфоз. Эти процессы, реализуемые кооперативным взаимодействием разных типов клеток, сопровождаются деструкцией ткани, которая происходит под действием освобождающихся внутриклеточных ферментов. Среди них присутствуют как лизосомные, так и другие протеиназы, которые секретируются в среду сразу после их биосинтеза (Покровский, Тутельян, 1976).

Лизосомные протеиназы большинства клеток представлены ферментами относящимися к аспартильным (катепсин Д), цистеиновым (катепсины В, Н, L и некоторые другие) и сериновым (катепсин G, эластаза) пептидгидролазам (Дин, 1981; Покровский, Тутельян, 1976). В лизосомах некоторых клеток обнаружены и металлопротеиназы (эластаза макрофагов).

Лизосомные протеиназы секретируются из клеток под влиянием ряда гормонов, витаминов, циклических нуклеотидов, иммунных комплексов, многих токсинов и ряда других факторов (Vaes, 1985). Часть этих ферментов (до 20%) секретируется в среду сразу после биосинтеза, не попадая в лизосомы.

Существует несколько механизмов, с помощью которых белки могут транспортироваться в лизосомы. Наиболее охарактеризованные из них: везикулярное слияние (эндоцитоз и кринография), макроаутофагия, микроаутофагия и направленный белковый транспорт через мембрану лизосом (Cuervo et al, 1997).

Первичные лизосомы способны полностью разрушать белковое содержимое некоторых видов внутриклеточных везикул после мембранного слияния. Везикулы, содержащие секреторные белки, отделяются от аппарата Гольджи и высвобождают свое белковое содержимое во внеклеточную среду после слияния везикул с мембраной плазмы (Покровский, Тутельян, 1976). При определенных условиях, когда требуется снижение белковой секреции, 20 - 70% этих везикул сразу сливаются с лизосомами в процессе, называемым кринографией, после которого секреторные белки полностью деградируются (Glaumann, 1989; Lenk et al, 1991). Таким способом переносятся к лизосомам короткоживущие белки (Ahlberg et al, 1985; Маянская, Панин, 1981).