Das Ubiquitin-Proteasom-System, kurz UPS, bildet neben der Autophagie das zweite intrazelluläre Abbausystem für Proteine (Proteindegradation). Es basiert auf der Markierung der Proteinsubstrate durch Ubiquitin-Modifikationen, die zur Erkennung und dem Abbau durch das Proteasom führen.
Ubiquitin wird über eine Drei-Enzym-Kaskade aktiviert und auf das Substrat übertragen:
Im ersten Schritt adenyliert das aktivierende E1-Enzym Ubiquitin am C-Terminus mit Hilfe von ATP und aktiviert es so. Dies führt zur kovalenten Bindung von Ubiquitin an das E1-Enzym durch eine energiereiche Thioesterbindung zwischen dem Cystein im aktiven Zentrum der E1-Ligase und dem Glycin G76 am C-Terminus des Ubiquitins. Dabei wird AMP freigesetzt.
Im nächsten Schritt wird das aktivierte Ubiquitin auf das E2-konjugierende Enzym (E2-Enzym) übertragen.Als letztes wird Ubiquitin auf das Zielprotein konjugiert, indem mittels einer E3-Proteinligase (E3-Enzym) eine Isopeptidbindung zwischen der ε-Aminogruppe eines internen Lysins des Substrats mit dem C-Terminus des Ubiquitins gebildet wird.
Im darauffolgenden Schritt werden die ubiquitinierten Proteine in der Zelle zum Proteasom rekrutiert. Dieser zylinderförmige Multiproteinkomplex übernimmt die Proteasefunktion und spaltet die Peptidbindung zwischen den Aminosäuren. Somit werden die Proteine in kleine Peptid-Einheiten zerlegt, die weiter zu einzelnen Aminosäuren aufgespalten werden.
Autor: Janica Nolte, DocCheck, adaptiert von “Ubiquitin Proteasome System", by BioRender.com (2022); abgerufen von https://app.biorender.com/biorender-templates; lizenziert unter CC BY-NC-SA 3.0
