Presentation av underlag
Substratpresentation är en biologisk process som aktiverar ett protein . Proteinet sekvestreras bort från dess substrat och aktiveras sedan genom frisättning och exponering av proteinet för dess substrat. Ett substrat är vanligtvis den substans som ett enzym verkar på men kan också vara en proteinyta till vilken en ligand binder. Substratet är det material som påverkas. I fallet med en interaktion med ett enzym ändrar proteinet eller det organiska substratet typiskt kemisk form. Substratpresentationen skiljer sig från allosterisk reglering genom att enzymet inte behöver ändra sin konformation för att påbörja katalys. Substratpresentation beskrivs bäst för nanoskopiska avstånd (<100 nm).
Exempel
Amyloidprekursorprotein
Amyloidprekursorprotein (APP) klyvs av beta- och gamma-sekretas för att ge en 40-42 aminosyror peptid som ansvarar för beta-amyloidplack associerad med Alzheimers sjukdom. Enzymerna regleras av substratpresentation. Substratet APP är palmitoylerat och rör sig in och ut ur GM1-lipidflottar som svar på astrocytkolesterol. Kolesterol levererat av apolipoprotein E (ApoE) driver APP att associera med GM1-lipidflottar. När kolesterolet är lågt transporteras proteinet till den oordnade regionen och klyvs av alfa-sekretas för att producera en icke-amylogen produkt. Enzymerna verkar inte svara på kolesterol, bara substratet rör sig.
Hydrofobicitet driver uppdelningen av molekyler. I cellen ger detta upphov till kompartmentalisering inom cellen och inom cellmembranen . För lipidflottar palmitoylering flottaffinitet för majoriteten av integral raftproteiner. Flottreglering regleras av kolesterolsignalering .
Fosfolipas D2
( PLD2 ) är ett väldefinierat exempel på ett enzym som aktiveras av substratpresentation. Enzymet palmitoyleras vilket gör att enzymet trafikerar GM1-lipiddomäner eller " lipidflottar ". Substratet för fosfolipas D är fosfatidylkolin (PC) som är omättat och har låg förekomst i lipidflottar. PC lokaliseras till den oordnade regionen av cellen tillsammans med den fleromättade lipiden fosfatidylinositol 4,5-bisfosfat ( PIP2 ). PLD2 har en PIP2- bindande domän . När PIP2-koncentrationen i membranet ökar, lämnar PLD2 GM1-domänerna och associeras med PIP2-domäner där den sedan får tillgång till sin substrat-PC och påbörjar katalys baserat på substratpresentation. Förmodligen är enzymet kapabelt att katalysera en reaktion i en lipidflotta men saknar ett substrat för aktivitet.
Inflammation
( ADAM17 ), även kallad TACE, binds in i lipidflottar bort från dess substrat, membranbunden tumörnekrosfaktor (mTNF). Kolesterol får mTNF att klunga ihop sig med ADAM17 i lipidflottar och avleda löslig TNF (sTNF) som är en inflammatorisk cytokin.
SARS-CoV-2
( Furin ) (producerande cell, replikation). När celler laddas med kolesterol transporteras furin till GM1-lipidflottar där det är lokaliserat med det palmitoylerade spikproteinet från SARS-CoV-2 och förbereder det för viralt inträde.
( ACE2 ) (målcell, viralt inträde), receptorn för SARS-CoV-2 ACE2 trafikerar SARS-CoV-2 till GM1-lipidflottar där den endocytoseras och exponeras för katepsin för klyvning och optimal cellfusion. Vid lågt kolesterol transporterar ACE2 viruset till TMPRSS2 som också klyver och tillåter viralt inträde men genom en ytmekanism som är mycket mindre effektiv. Känsligheten hos ACE2 för kolesterol tros bidra till mindre allvarliga covid19- symtom hos barn.
Aktiveringsmekanismer
Kvarstad
Inom plasmamembranet drivs sekvestreringen främst av packning av mättad lipid med kolesterol eller fasseparation på mycket små avstånd (< 100 nm). På en makroskopisk nivå organeller och vesiklar begränsa tillgången för ett enzym till substrat. Antingen kan enzymets substrat röra sig. Rörelse är vanligtvis störningar av palmitatförmedlad lokalisering eller organellhandel . För proteiner som både är palmitoylerade och binder PIP2, gynnar ökning av koncentrationen av PIP2 transport av enzymet från lipidflottar till PIP2. PIP2 är primärt fleromättat vilket gör att lipiden lokaliseras bort från lipidflottar och gör att PIP2 motverkar palmitatmedierad lokalisering.
förordning
Kolesterol
Kolesterol och fleromättade fettsyror (PUFA) reglerar bildningen av lipidflotter, därav flottarnas biologiska funktion. När mättade lipider och kolesterol ökar i membranet ökar lipidflottar sin affinitet för palmitoylerade proteiner. PUFAs har motsatt effekt, de fluidiserar membranet.
PUFAs
PUFA kan också öka koncentrationen av signallipider. Arakidonsyran, en mycket vanlig PUFA i hjärnan, införlivas i PC och PIP2. Arachidonyl PC är ett föredraget substrat för PLD som sannolikt ökar mängden PA i en cell. Reglering av flottfunktionen av kolesterol reglerar effektivt substratpresentationen och de många palmitoylerade proteinerna som använder substratpresentation som en aktiveringsmekanism. Även om det är spekulativt, är den djupgående effekten av kolesterol och PUFA på människors hälsa troligen genom fysiologisk reglering av lipidflottens funktion i celler.
Roll i biologi
Mekanosensation
Mekanisk kraft (skjuvning eller svällning) kan oberoende störa packningen och den resulterande affiniteten hos palmitat till lipidflottar. Denna störning gör också att PLD2 gynnar trafik till PIP2-domäner.
Anestesi
Membranmedierad anestesi använder substratpresentation. Allmänna anestetika propofol och inhalerade anestetika xenon , kloroform , isofluran , dietyleter stör lipidflottens funktion och palmitatförmedlad lokalisering av PLD2 till lipidflottar. Aktivering av PLD aktiverar sedan TREK-1-kanaler. Den membranmedierade PLD2-aktiveringen kan överföras till en anestesiokänslig homolog TRAAK, vilket gör kanalen anestetikum känslig.