Ubiquitin-Proteasome System

Protein degradation via proteasomes is a very sophisticated process. The system is called ubiquitin-proteasome system(UPS) also known as ubiquitin-proteasome pathway(UPP). The entire function is based around protein named ubiquitin of size about 76 aminoacids, 8,5kDa. This protein was first discovered in 1975 without its purpose being explained. Name "ubiquitin" refers to its presence in every eukaryotic cell("ubiquitous" means being everywhere). Ubiquitin takes part in ubiquitination of protein which means it binds to a protein. This is a complex and important reaction to similar extent as other post-translation modification of proteins called phosphorylation.

Processes of ubiquitination

 * 1) Ubiquitin in cell is first bonded to ubiquitin-activating enzyme E1 while using energy from ATP.
 * 2) Then, ubiquitin is transported to ubiquitin-transporting(ubiquiting-conjugating) enzyme E2.
 * 3) Afterwads, ubiquitin is transported by ubiquitin-ligase E3 to a protein and marks it for degradation(PDG). Ubiquitin-ligase E3 is protein- specific.

In other words, E1 and E2 enzymes have mainly ubiquitin-transporting function and E3 enzymes on the other hand definitely bind ubiquitin to PDG(recognized only by these enzymes). Ubiquitins are bonded to PDG in chain-like structure. E3 enzymes distinguish different PDGs because there are not many types of E1 enzymes(according to [2] there are at least 2 E1 enzymes - Uba6 and Ube1) and not many types of E2 enzymes while there are hundreds of types of E3 enzymes, specializing in PDG preferences.

Ubiquitin-ligases
We recognize 2 families of ubiquitin-ligases, being different by presence of active domain: they either contain HECT domain(homologous to E6-Associated Protein C-Terminus), or RING domain(really interesting new gene). Besides the regular E1-E2-E3 cascade, there are other known enzymes, E4, which can support growing of polyubiquitin chain.

Ubiquitin bonds
Klíčovou otázkou je také to, jakým způsobem jsou ubikvitiny v řetězci navzájem spojeny. Nikoli každý polyubikvitinový řetězec je totiž prima facie polibkem smrti. Nejběžnější způsob vazby dvou ubikvitinů v polyubikvitinovém řetězci je přes lysin 48 (tzv. K48 řetězce) nebo lysin 63 (tzv. K63 řetězce), existují však i řetězce ubikvitinů vázané přes lysin 6, 11, 27, 29 či 33, výjimečně bývají tyto řetězce i rozvětvené. Dnes neumíme přesně říci, jaký je význam celé pestrosti těchto signálů. Za „polibek smrti“ jsou považovány zejména K48 řetězce, zatímco K63 řetězce hrají především jiné role v buněčné signalizaci. Nedávno se však ukázalo, že také proteiny označené K63 řetězci mohou být rozpoznány proteazomy a degradovány v nich. Existuje dokonce možnost, že K63 řetězce mohou být přeměněny přímo na označeném proteinu na K48 řetězce.