L’ubiquitinazione delle proteine ??è un processo regolatorio che si verifica all’interno di una cellula per degradare le molecole proteiche. Durante il processo, piccole proteine ??note come ubiquitine si attaccano alle molecole proteiche che devono essere degradate. Queste molecole di ubiquitina segnalano efficacemente la degradazione della proteina da parte di un proteosoma o degradatore proteico. Esistono diversi passaggi nell’ubiquitinazione delle proteine, tutte importanti per i normali processi cellulari, poiché le cellule creano e degradano costantemente nuove proteine ??in risposta ai cambiamenti ambientali.
Innanzitutto, la molecola di ubiquitina deve essere attivata per etichettare altre proteine, un passo compiuto dall’enzima di attivazione dell’ubiquitina, E1. Questo passaggio nell’ubiquitinazione delle proteine ??dipende dall’energia, il che significa che richiede alla cellula di consumare energia attraverso l’adenosina trifosfato (ATP). E2, o enzima coniugante l’ubiquitina, viene utilizzato nella seconda fase del processo, in cui si verifica un’altra reazione chimica nota come triostioesterificazione.
Una volta che l’ubiquitina ha superato questi due passaggi, si lega all’E3, o ubiquitina-proteina ligasi. Esistono oltre 100 E3enzimi nelle cellule umane, ognuna delle quali è specifica per una proteina, nota come substrato o proteina bersaglio. Poiché esistono anche molte molecole di E2, le varie combinazioni dei tre principali enzimi consentono un elevato livello di specificità per ciascun substrato. Questo aiuta una cellula a monitorare attentamente le condizioni intracellulari e a semplificare il processo di selezione delle proteine ??per la degradazione. L’enzima E3 attivato si legherà sia al substrato che alla molecola dell’ubiquitina, unendo le due molecole e portando avanti l’ubiquitinazione delle proteine ??in tutta la cellula.
Di solito sono necessarie almeno tre o quattro molecole di ubiquitina per segnalare che il proteosoma degrada il substrato proteico. Ulteriore ubiquitinazione delle proteine ??può essere spesso realizzata dalla stessa E3 che avvia la prima aggiunta di una molecola di ubiquitina. Una volta che il substrato ha una catena ubiquitina sufficientemente lunga, il proteosoma lo avvolgerà e lo degraderà in aminoacidi, i mattoni per proteine ??più grandi.
L’ubiquitinazione delle proteine ??non segnala sempre una molecola per il degrado. Le molecole di ubiquitina talvolta indirizzano un substrato a spostarsi in un’altra parte della cellula, mentre altre volte ne alterano semplicemente la funzione. Quando l’ubiquitina viene utilizzata per questi scopi di segnale, è generalmente presente come una sola unità collegata, anche se ci sono alcuni rari casi in cui più di una molecola di ubiquitina agirà comunque per modificarsi, invece di degradarsi. Le cellule contengono anche enzimi speciali noti come deubiquitinasi che possono rimuovere le molecole di ubiquitina dalle proteine ??marcate e invertire il processo.