Ubikvitin
![]() | |||||||||
Dijagram ubikvitina. Sedam lizinskih bočnih lanaca je obojeno narandžasto. | |||||||||
Identifikatori | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Simbol | ubiquitin | ||||||||
Pfam | PF00240 | ||||||||
InterPro | IPR000626 | ||||||||
PROSITE | PDOC00271 | ||||||||
SCOP | 1aar | ||||||||
Superfamilija | 1aar | ||||||||
|
Ubikvitin je mali regulatorni protein, koji je prisutan u skoro svim tkivima eukariota. Ubikvitinacija je proces posttranslacione modifikacije nekog proteina, koja nastaje njegovim vezivanjem za jedan ili više ubikvitinskih monomera kovalentnim vezama.[1] Najčešća svrha ubikvitinacije je označavanje proteina za razgradnju. Ubikvitinska etiketa usmerava proteine ka proteasomu, koji je veliki proteinski kompleks u ćelijama koji razlaže i reciklira nepotrebne proteine. Osim toga, ubikvitinacija kontroliše stabilnost, funkciju i unutrašnji ćelijski položaj velikog broja proteina. Proces ubikvitinacije započinje enzim E1.[2]
Identifikacija[uredi | uredi kod]

Ubikvitin (prvotno sveprisutni imunopotentni polipeptid) je bio identifikovan 1975. godine kao sveprisutni protein mase 8.5 kDa. Osnovne uloge ubikvitina otkrivene su u ranim 1980-im u istraživanjima Foks Čejs instituta za rak, a otkrila ga je ekipa naučnika koju su sačinjavali Aron Ciechanover, Avram Hershko i Irvin Rose, koji su za svoje otkriće dobili Nobelovu nagradu za hemiju 2004. godine.[3][4][5]
Ubikvitinski sistem je prvotno okarakterisan kao ATP-zavisni proteolitički sistem prisutan u ćelijskim ekstraktima. Za termostabilani polipeptid prisutan u ovim ekstraktima, ATP-zavisni proteolitički faktor 1 (APF-1), je utvrđeo da je povezan kovalentnom vezom za model supstrata lizozima, u ATP i Mg2+ zavisnim procesima. Višestruki APF-1 molekuli su bili povezani s jednim molekulom supstrata izopeptidnim vezama. Ustanovljeno je da se njihovi konjugovani proteini brzo razlažu uz oslobađanje slobodnih APF-1. Ubrzo nakon toga, razjašnjena je konjugacija APF-1 proteina, koji je nazvan ubikvitinom. Karboksilna grupa aminokiseline glicina (Gly76) je otkrivena kao mjesto spajanja sa lizinom supstrata.
Protein[uredi | uredi kod]
Broj aminokiselina | 76 |
Molekulska masa | 8564.47 Da |
Izoelektrično polje (pI) | 6.79 |
Nazivi gena | RPS27A (UBA80, UBCEP1), UBA52 (UBCEP2), UBB, UBC |
Ubikvitin je protein koji se sastoji od 76 aminokiselina i ima molekulsku masu od 8.5 kDa. Ključne karakteristike su C-terminalni rep i 7 lizina. Visoko je konzerviran među eukariotskim vrstama: ljudi i kvasci dele 96% sekvence. Sekvenca ljudskog ubikvitina, pri čemu svako slovo označava aminokiselinu, je:
MQIFVKTLTGKTITLEVEPSDTIENVKAKIQDKEGIPPDQQRLIFAGKQLEDGRTLSDYNIQKESTLHLVLRLRGG |
Ubikvitinacija[uredi | uredi kod]

Proces označavanja nekog proteina ubikvitinom (ubikvitinacija) se sastoji od serije koraka:
- Aktivacija ubikvitina: Ubikvitin aktivira E1 ubikvitin-aktivirajući enzim u procesu koji zahtijeva ATP kao izvor energije. Prvi korak uključuje proizvodnju ubikvitin-adenilata. Druga faza je prenos ubikvitina do aktivnog mjesta, cisteina na E1 enzimu, uz otpuštanje AMP-a. Ovaj korak rezultira u tioesterskoj vezi između C-terminalne karboksilne grupe ubikvitina i sulfihidrilnom grupom cisteina na enzimu E1.
- Prenos ubikvitina s E1 do aktivnog mesta cisteina ubikvitin-konjugujućeg enzima E2 putem tran(tio)esterifikacijske reakcije. Genomi sisara imaju 30 - 40 ubikvitin-konjugujućih enzima.
- Završni korak reakcije ubikvitinacije je stvaranje izopeptidne veze između lizina ciljanog proteina i C-terminalnog glicina ubikvitina. Ovaj korak u reakciji zahteva aktiviranje jednog od stotina E3 ubikvitin-protein ligaza (ili skraćeno, ubikvitin ligaza). E3 enzimi deluju kao supstrat za prepoznavanje i imaju sposobnost reagovanja sa E2 i sa supstratom.
U reakciji ubikvitinacije E1 se može povezati sa desetinama E2, koji se mogu povezati sa stotinama E3, hijerarhijski. Ostali ubikvitinu-slični proteini takođe reaguju preko E1-E2-E3 kaskade.
E3[uredi | uredi kod]
E3 enzimi poseduju jedan od dva moguća domena:
- HECT (engl. Homologous to the E6-AP Carboxyl Terminus) domen
- RING (engl. Really Interesting New Gene) domen
Prenos je moguć na dva načina:
- Direktno s E2, preko katalize RING domena E3 enzima
- Preko E3 enzima, katalizom HECT domena E3. U ovom slučaju, intermedijar kovalentnog E3-ubikvitina se stvara pre prebacivanja na supstrat.
Funkcije i načini vezivanja[uredi | uredi kod]
Osim da se samo jedan ubikvitin veže na supstrat, moguće je vezivanje niza molekula ubikvitina, pa tako nastaje poliubikvitinski lanac. Osim toga, neki supstrati su modifikovaani adicijom ubikvitinskih modula s lizinskim ostatkom, u procesu koji se naziva multiubikvitinacija. Kao što je već rečeno, ubikvitin ima 7 lizinskih ostataka. Istorijski, prvobitni tip prepoznatih ubikvitinskih lanaca su bili oni povezani preko lizina 48. Novija istraživanja su otkrila varijetet veza koji uključuje sve moguće lizinske nastavke, a osim toga i linearne lance povezane s N-terminalom ubikvitinskog molekula.[6][7] Radovi izdani 2007. godine pokazuju stvaranje razgranatih lanaca ubikvitina putem različitih veza.[8][9] "Atipični" (nelizinski vezani) lanci ubikvitina se spominju u radu naučnik Ikede i Đikića.[10]
Ubikvitinacijski sistem učestvuje u brojnim ćelijskim procesima, kao što su[11]:
- Razgradnja antigena
- Apoptoza
- Stvaranje organela
- Ćelijski ciklus i deoba
- Transkripciju DNK i njen popravak
- Diferencijacija i razvoj
- Imunski odgovor i upale
- Živčana i mišićna degeneracija
- Morfogeneza živčanih ćelija
- Modulacija receptora na površini ćelija i jonskih kanala
- Odgovor na stres i spoljašnje činioce
- Stvaranje ribozoma
- Virusne infekcije
Lanci povezani preko 48-og lizina[uredi | uredi kod]


Najistraživaniji poliubikvitinski lanci, oni povezani preko 48-og molekule lizina, označavaju proteine za razgradnju u procesu koji se zove proteoliza. Barem četiri ubikvitinska molekula moraju biti povezana za lizinske nastavke ciljanog proteina kako bi ga prepoznao 26S-proteasom.[12][13][14][15][16]. Proteasom je kompleksna, bačvasta struktura s dve komore, u kojima se odvija proteoliza. Proteini se brzo razgrađaju u manje peptide (obično duge od 3 - 24 aminokiseline). Ubikvitinski molekuli se odvajaju od proteina pre same razgradnje i recikliraju za dalju upotrebu. Iako je većina proteosomskih supstrata ubikvitinirana, postoje primeri neubikvitiniranih proteina za razgradnju u proteasomu.
Monoubikvitinacija[uredi | uredi kod]
Ubikvitin takođe može da označava membranske proteine (na primer, receptore) koje treba odstraniti s membrane, i vrši nekoliko signalnih uloga u ćeliji. Molekuli na ćelijskoj membrani označeni s ubikvitinom su često monoubikvitinizirani, i ove modifikacije često označavaju protein za razgradnju u lizosomu.
Povezanost s bolestima i poremećajima[uredi | uredi kod]
Genetički poremećaji[uredi | uredi kod]
Neki genetički poremećaji često povezani s ubikvitinom su:
- Gen čija disfunkcija uzrokuje Angelmanov sindrom, UBE3A, nosi na sebi kod za ubikvitin ligazu (E3) enzmin pod nazivom E6-AP.
- Gen poremećen Von Hipel-Lindauvim sindromom kodira ubikvitin E3 ligazu pod nazivom VHL tumorski supresor ili VHL gen.
- Gen poremećen Lidlovim sindromom dovodi do disregulacije epitelnog Na+ kanala (ENaC) i uzrokuje hipertenziju.
- Osam od trinaest identifikovanih gena čija disfunkcija uzrokuje Fanconijevu anemiju kodira proteina koji formira veliki ubikvitin ligaza (E3) kompleks.
- Mutacije Cullin7 E3 ubikvitin ligaze su povezane s 3-M sindromom, recesivnim poremećajem koji rezultira u retardaciji.[17]
Imunohistohemija[uredi | uredi kod]
Antitijela za ubikvitin se koriste u histologiji kako bi se identifikovale abnormalne nakupine proteina unutar ćelije, koje su markeri bolesti. Ove nakupine se nazivaju inkluzijska telešca. Primeri za takve nenormalne inkluzije su:
- Neufobrilarna klupka u Alzheimerovoj bolesti
- Levijeva telešca u Parkinskonovoj bolesti
- Pickova telešca u Pickovoj bolesti
- Inkluzije u bolesti motornih neurona i Huntingtonovoj bolesti
- Malorijeva telešca u alkoholnoj bolesti jetre
- Rosenthalska vlakna u astrocitima
Literatura[uredi | uredi kod]
- ↑ Kerscher O, Felberbaum R, Hochstrasser M (2006). „Modification of proteins by ubiquitin and ubiquitin-like proteins”. Annual Review of Cell and Developmental Biology 22: 159–80. DOI:10.1146/annurev.cellbio.22.010605.093503. PMID 16753028. Pristupljeno 2011-04-07.[mrtav link]
- ↑ Pickart CM (2001). „Mechanisms underlying ubiquitination”. Annual Review of Biochemistry 70: 503–33. DOI:10.1146/annurev.biochem.70.1.503. PMID 11395416. Pristupljeno 2011-04-07.[mrtav link]
- ↑ „The Nobel Prize in Chemistry 2004”. Nobelprize.org. Pristupljeno 2010-10-16.
- ↑ „The Nobel Prize in Chemistry 2004: Popular Information”. Nobelprize.org. Arhivirano iz originala na datum 2010-10-15. Pristupljeno 2010-10-16.
- ↑ „Official website of Nobel Prize Commitee, list of 2004 winners”. Pristupljeno 2008-04-30.
- ↑ Xu Ping, Junmin Peng (2008-05-01). „Characterization of polyubiquitin chain structure by middle-down mass spectrometry”. Analytical Chemistry 80 (9): 3438–44. DOI:10.1021/ac800016w.
- ↑ Peng Junmin, Daniel Schwartz, Joshua E Elias, Carson C Thoreen, Dongmei Cheng, Gerald Marsischky, Jeroen Roelofs, Daniel Finley, Steven P Gygi (2003). „A proteomics approach to understanding protein ubiquitination”. Nature Biotechnology 21 (8): 921–6. DOI:10.1038/nbt849.
- ↑ Kirisako Takayoshi, Kiyoko Kamei, Shigeo Murata, Michiko Kato, Hiromi Fukumoto, Masato Kanie, Soichi Sano, Fuminori Tokunaga, Keiji Tanaka, Kazuhiro Iwai (2006-10-18). „A ubiquitin ligase complex assembles linear polyubiquitin chains”. The EMBO Journal 25 (20): 4877–87. DOI:10.1038/sj.emboj.7601360.
- ↑ Kim Hyoung Tae, Kwang Pyo Kim, Fernando Lledias, Alexei F Kisselev, K Matthew Scaglione, Dorota Skowyra, Steven P Gygi, Alfred L Goldberg (2007-06-15). „Certain pairs of ubiquitin-conjugating enzymes (E2s) and ubiquitin-protein ligases (E3s) synthesize nondegradable forked ubiquitin chains containing all possible isopeptide linkages”. The Journal of Biological Chemistry 282 (24): 17375–86. DOI:10.1074/jbc.M609659200.
- ↑ Ikeda Fumiyo, Ivan Dikic (2008). „Atypical ubiquitin chains: new molecular signals. 'Protein Modifications: Beyond the Usual Suspects' review series”. EMBO Reports 9 (6): 536–42. DOI:10.1038/embor.2008.93.
- ↑ „Ubiquitin Proteasome Pathway Overview”. Arhivirano iz originala na datum 2008-03-30. Pristupljeno 2008-04-30.
- ↑ Komander D (2009). „The emerging complexity of protein ubiquitination”. Biochem. Soc. Trans. 37 (Pt 5): 937–53. DOI:10.1042/BST0370937. PMID 19754430.
- ↑ Ikeda F, Dikic I (2008). „Atypical ubiquitin chains: new molecular signals. 'Protein Modifications: Beyond the Usual Suspects' review series”. EMBO Rep. 9 (6): 536–42. DOI:10.1038/embor.2008.93. PMC 2427391. PMID 18516089.
- ↑ Xu P, Peng J (2008). „Characterization of polyubiquitin chain structure by middle-down mass spectrometry”. Anal. Chem. 80 (9): 3438–44. DOI:10.1021/ac800016w. PMC 2663523. PMID 18351785.
- ↑ Peng J, Schwartz D, Elias JE, Thoreen CC, Cheng D, Marsischky G, Roelofs J, Finley D, Gygi SP (2003). „A proteomics approach to understanding protein ubiquitination”. Nat. Biotechnol. 21 (8): 921–6. DOI:10.1038/nbt849. PMID 12872131.
- ↑ Kirisako T, Kamei K, Murata S, Kato M, Fukumoto H, Kanie M, Sano S, Tokunaga F, Tanaka K, Iwai K (2006). „A ubiquitin ligase complex assembles linear polyubiquitin chains”. EMBO J. 25 (20): 4877–87. DOI:10.1038/sj.emboj.7601360. PMC 1618115. PMID 17006537.
- ↑ Huber Céline, Dora Dias-Santagata, Anna Glaser, James O'Sullivan, Raja Brauner, Kenneth Wu, Xinsong Xu, Kerra Pearce, Rong Wang, Maria Luisa Giovannucci Uzielli, Nathalie Dagoneau, Wassim Chemaitilly, Andrea Superti-Furga, Heloisa Dos Santos, André Mégarbané, Gilles Morin, Gabriele Gillessen-Kaesbach, Raoul Hennekam, Ineke Van der Burgt, Graeme C M Black, Peter E Clayton, Andrew Read, Martine Le Merrer, Peter J Scambler, Arnold Munnich, Zhen-Qiang Pan, Robin Winter, Valérie Cormier-Daire (2005). „Identification of mutations in CUL7 in 3-M syndrome”. Nature Genetics 37 (10): 1119–24. DOI:10.1038/ng1628.
Spoljašnje veze[uredi | uredi kod]
- MeSH Ubiquitin
- Angelmanov sindrom
- OMIM
- UniProt
- UbiPred Arhivirano 2011-07-17 na Wayback Machine-u
- Ubikvitin Arhivirano 2007-03-15 na Wayback Machine-u
- 7.340 Ubikvitinacija