регулаторен протеин. Регулаторни протеини - химическа енциклопедия - тълковни речници и енциклопедии. Хранителната стойност на протеините

Регулаторни протеини(от лат. regulo - поставям в ред, настройвам), група. участва в регулацията на разг. биохим. процеси. Важна група регулаторни протеини, на които е посветена тази статия, са протеини, които взаимодействат с ДНК и контрол (изразени в признаците и свойствата на организма). По-голямата част от тези регулаторни протеини функционират на ниво транскрипции(синтез на информационна РНК, или иРНК, върху ДНК матрица) и е отговорен за активирането или репресията (потискане) на синтеза на иРНК (съответно, активаторни протеини и репресорни протеини).

Известен ок. 10 репресори. Наиб. сред тях са изследвани прокариотни репресори (бактерии, синьо-зелени водорасли), които регулират синтеза на ензими, участващи в (лак-репресор) в Escherichia coli (E. coli), и бактериофаг А репресор. Действието им се осъществява чрез обвързване със специфични. участъци от ДНК (оператори) на съответните гени и блокиране инициирането на иРНК, кодирана от тези гени.

Репресорът обикновено е димер от две идентични полипептидни вериги, ориентирани в противоположни посоки. Репресорите пречат физически РНК полимеразаприсъединете ДНК в промоторната област (мястото на свързване на ДНК-зависимата РНК полимераза-ензим, който катализира синтеза на иРНК върху ДНК шаблона) и започнете синтеза на иРНК. Предполага се, че репресорът само предотвратява инициирането и не влияе на удължаването на иРНК.

Репресорът може да контролира синтеза до. един протеин или цяла серия. чийто израз е координиран. По правило това са ензими, обслужващи един метаболит. пътека; техните гени са част от едно (набор от взаимосвързани гени и съседни регулаторни области).

Мн. репресорите могат да съществуват както в активна, така и в неактивна форма, в зависимост от това дали са свързани или не с индуктори или корепресори (съответно субстрати, в присъствието на които скоростта на синтез на определен ензим е специфично повишена или намалена; виж по-долу). Регулатори); тези взаимодействия имат нековалентен характер.

За ефективна генна експресия е необходимо не само репресорът да бъде инактивиран от индуктора, но и специфичният да бъде реализиран. положителен сигнал за включване, който се медиира от регулаторни протеини, които работят "в двойка" с цикличните. аденозин монофосфат (cAMP). Последният се свързва със специфични регулаторни протеини (т.нар. CAP протеин-активатор на катаболните гени или активатор на протеиновия катаболизъм-BAC). Това е димер с кей. м. 45 хил. След свързване с цАМФ той придобива способността да се прикрепя към специфични. места в ДНК, което драстично повишава ефективността на гените на съответния оперон. В същото време CAP не влияе върху скоростта на растеж на иРНК веригата, но контролира етапа на започване на транскрипцията - прикрепването на РНК полимераза към промотора. За разлика от репресора, SAR (в комплекс с cAMP) улеснява свързването на РНК полимеразата към ДНК и прави иницииращите събития по-чести. Мястото на прикрепване на CAP към ДНК граничи директно с промотора от страната, противоположна на тази, където е локализиран операторът.

Положителната регулация (напр. на E. coli lac оперон) може да се опише по опростен начин: с намаляване на концентрацията на глюкоза (основният въглероден източник), концентрацията на cAMP, който се свързва с CAP, се увеличава и полученият комплекс се увеличава с lac промотора. В резултат на това се стимулира свързването на РНК полимеразата с промотора и скоростта на гените, които кодират ензими, които позволяват на клетката да премине към друг въглероден източник, лактозата, се увеличава. Има и други специални регулаторни протеини (напр. протеин С), чието функциониране се описва от по-сложна схема; те контролират тесен кръг от гени и могат да действат както като репресори, така и като активатори.

Репресорите и оперон-специфичните активатори не засягат специфичността на самата РНК полимераза. Това последно ниво на регулиране се реализира в случаи, включващи маса. промяна в спектъра на експресираните гени. И така, в Е. coli гените, кодиращи протеини на топлинен шок, които се експресират в редица стресови състояния на клетката, се четат от РНК полимераза само когато специален регулаторен протеин, т.нар. фактор s 32 . Цяло семейство от тези регулаторни протеини (s-фактори), които променят промоторната специфичност на РНК полимеразата, са открити в бацили и други бактерии.

д-р различни регулаторни протеини се променят каталитично. свойства на РНК полимераза (така наречените антитерминаторни протеини). По този начин в бактериофага X са известни два такива протеина, които модифицират РНК полимеразата, така че да не се подчинява на клетъчните сигнали за терминиране (край) (това е необходимо за активната експресия на фаговите гени).

Общата схема на генетичния контролът, включително функционирането на регулаторните протеини, е приложим и за бактерии и еукариотни клетки (всички организми с изключение на бактерии и синьо-зелени водорасли).

Еукариотни клетки реагират на вътр. сигнали (за тях, например, хормони) по принцип по същия начин, както бактериалните клетки реагират на промени в концентрацията на хранителни вещества. вещества в околен свят, т.е. чрез обратима репресия или активиране (дерепресия) на отделни гени. В същото време регулаторните протеини, които едновременно контролират активността на голям брой гени, могат да се използват в разлагането. комбинации. Подобни комбинирани генетични регулирането може да осигури диференциация. развитие на целия сложен многоклетъчен организъм поради взаимодействието. относително малко ключови регулаторни протеини

В системата за регулиране на генната активност при еукариотите има допълнение. ниво, което липсва в бактериите, а именно транслацията на всички нуклеозоми (повтарящи се субединици хроматин),които са част от транскрипционната единица, в активна (декондензирана) форма в тези клетки, където този ген трябва да бъде функционално активен. Предполага се, че тук участва набор от специфични регулаторни протеини, които нямат аналози в прокариотите. Тези протеини не само разпознават специфични участъци от хроматин (или. ДНК), но също така причиняват определени структурни промени в съседните области. Регулаторни протеини като бактериални активатори и репресори изглежда участват в последващото регулиране на отделните гени в активаторните области. хроматин.

Обширен клас регулаторни протеини еукариот- рецепторни протеинистероидни хормони.

РЕГУЛАТОРНИ ПРОТЕИНИ(от лат. regulo - поставям в ред, коригирам), група протеини, участващи в регулацията на разг. биохим. процеси. Важна група от R. b., тази статия е посветена на Крим, са протеини, които взаимодействат с ДНК и контролират генната експресия (генна експресия в признаците и свойствата на тялото). По-голямата част от такива R. биха. действа на ниво транскрипции(синтез на информационна РНК, или иРНК, върху ДНК матрица) и е отговорен за активирането или репресията (потискане) на синтеза на иРНК (съответно, активаторни протеини и репресорни протеини).

Известен ок. 10 репресори. Наиб. сред тях са проучени прокариотни репресори (бактерии, синьо-зелени водорасли), които регулират синтеза на ензими, участващи в метаболизма на лактозата (лак-репресор) в Escherichia coli (Е. coli), и бактериофаг А репресор. Действието им се осъществява чрез обвързване със специфични. участъци от ДНК (оператори) на съответните гени и блокиране инициирането на транскрипция на тРНК, кодирана от тези гени.

Репресорът обикновено е димер от две идентични полипептидни вериги, ориентирани в противоположни посоки. Репресорите пречат физически РНК полимеразаприсъединете ДНК в промоторната област (мястото на свързване на ДНК-зависимата РНК полимераза-ензим, който катализира синтеза на иРНК върху ДНК шаблона) и започнете синтеза на иРНК. Предполага се, че репресорът само предотвратява инициирането на транскрипция и не засяга удължаването на иРНК.

Репресорът може да контролира синтеза до. един протеин или редица протеини, чиято експресия е координирана. По правило това са ензими, обслужващи един метаболит. пътека; техните гени са част от един оперон (набор от взаимосвързани гени и съседни регулаторни области).

Мн. репресорите могат да съществуват както в активна, така и в неактивна форма, в зависимост от това дали са свързани или не с индуктори или корепресори (съответно субстрати, в присъствието на които специфично се увеличава или намалява скоростта на синтеза на определен ензим; вж. Ензимни регулатори); тези взаимодействия имат нековалентен характер.

За ефективна генна експресия е необходимо не само репресорът да бъде инактивиран от индуктора, но и специфичният да бъде реализиран. положителен сигнал за включване, който се медиира от R. b., работещ "в двойка" с цикл. аденозин монофосфат (cAMP). Последният е свързан със специфичен R. b. (т.нар. CAP протеин-активатор на катаболни гени, или активатор на протеинов катаболизъм-BAC). Това е димер с кей. м. 45 хил. След свързване с цАМФ той придобива способността да се прикрепя към специфични. региони на ДНК, рязко повишаващи ефективността на транскрипцията на гените на съответния оперон. В същото време CAP не влияе върху скоростта на растеж на иРНК веригата, но контролира етапа на започване на транскрипцията - прикрепването на РНК полимераза към промотора. За разлика от репресора, CAP (в комплекс с cAMP) улеснява свързването на РНК полимеразата с ДНК и прави започването на транскрипция по-често. Мястото на прикрепване на CAP към ДНК граничи директно с промотора от страната, противоположна на тази, където е локализиран операторът.

Положителната регулация (напр. Е. coli lac оперон) може да се опише с опростена схема: с намаляване на концентрацията на глюкоза (основният източник на въглерод) се увеличава концентрацията на cAMP, който се свързва със SAR, а полученият комплекс към промоторът на лак. В резултат на това се стимулира свързването на РНК полимеразата с промотора и скоростта на транскрипция на гените се увеличава, за да кодират ензими, които позволяват на клетката да премине към използване на друг източник на въглерод-лактоза. Има и други специални R. b. (напр. протеин С), чието функциониране е описано от по-сложна схема; те контролират тесен кръг от гени и могат да действат както като репресори, така и като активатори.

Репресорите и оперон-специфичните активатори не засягат специфичността на самата РНК полимераза. Това последно ниво на регулиране се реализира в случаи, включващи маса. промяна в спектъра на експресираните гени. И така, в Е. coli гените, кодиращи протеини на топлинен шок, които се експресират в редица стресови състояния на клетката, се четат от РНК полимераза само когато специален R. b.-t. фактор s 32 . Цяло семейство от тези R.b. (s-фактори), които променят специфичността на промотора на РНК полимеразата, са открити в бацили и други бактерии.

д-р сорт Р.б. променя катализатора Свети острови на РНК полимераза (така наречените антитерминаторни протеини). И така, в бактериофага X са известни два такива протеина, които модифицират РНК полимеразата, така че да не се подчинява на клетъчните сигнали за прекратяване (край) на транскрипцията (това е необходимо за активната експресия на фаговите гени).

Общата схема на генетичния контролът, включително функционирането на R. b., е приложим и за бактериите и за еукариотните клетки (всички организми, с изключение на бактериите и синьо-зелените водорасли).

Еукариотни клетки реагират на вътр. сигнали (за тях, например, хормони) по принцип по същия начин, както бактериалните клетки реагират на промени в концентрацията на хранителни вещества. in-in в околната среда, т.е. чрез обратима репресия или активиране (дерепресия) на отделни гени. В същото време R.b., които едновременно контролират активността на голям брой гени, могат да се използват в разлагането. комбинации. Подобни комбинирани генетични регулирането може да осигури диференциация. развитие на целия сложен многоклетъчен организъм поради взаимодействието. относително малък брой ключове R. b.

В системата за регулиране на генната активност при еукариотите има допълнение. ниво, което липсва в бактериите, а именно транслацията на всички нуклеозоми (повтарящи се субединици хроматин),които са част от транскрипционната единица, в активна (декондензирана) форма в тези клетки, където този ген трябва да бъде функционално активен. Предполага се, че тук става въпрос за набор от специфични R. b., които нямат аналози при прокариотите. Тези протеини не само разпознават специфични участъци от хроматин (или. ДНК), но също така причиняват определени структурни промени в съседните области. R.b., подобно на активатори и репресори на бактерии, очевидно участват в регулирането на последващата транскрипция на отделни гени в областите на aktivir. хроматин.

Разширен клас Р.б. еукариот- рецепторни протеинистероидни хормони.

Аминокиселинна последователност R.b. така наречените кодирани. регулаторни гени. Мутационното инактивиране на репресора води до неконтролиран синтез на иРНК и, следователно, определен протеин (в резултат превод-протеинов синтез върху иРНК матрица). Такива организми се наричат конститутивни мутанти. Загубата на активатора в резултат на мутация води до постоянно намаляване на синтеза на регулирания протеин.

Лит.: Strayer L., Биохимия, прев. от английски, том 3, М., 1985, с. 112-25.

Добре проучени примери за взаимодействие на протеини и ДНК, което не зависи от нуклеотидната последователност на ДНК, е взаимодействието със структурните протеини. В клетката ДНК е свързана с тези протеини, за да образува компактна структура, наречена хроматин. При прокариотите хроматинът се образува чрез прикрепване на малки алкални протеини - хистони към ДНК, по-малко подреденият прокариотен хроматин съдържа хистоноподобни протеини. Хистоните образуват дисковидна протеинова структура - нуклеозома, около всяка от които се побират две навивки на спиралата на ДНК. Неспецифичните връзки между хистоните и ДНК се образуват поради йонни връзки на алкални аминокиселини на хистони и киселинни остатъци на захарно-фосфатния скелет на ДНК. Химичните модификации на тези аминокиселини включват метилиране, фосфорилиране и ацетилиране. Тези химични модификации променят силата на взаимодействието между ДНК и хистоните, засягайки наличието на специфични последователности на транскрипционните фактори и променяйки скоростта на транскрипция. Други протеини в хроматина, които се прикрепят към неспецифични последователности, са протеини с висока подвижност в гелове, които се свързват през по-голямата частсъс сгъната ДНК. Тези протеини са важни за образуването на структури от по-висок порядък в хроматина. Специална група протеини, които се свързват с ДНК, са тези, които се свързват с едноверижна ДНК. Най-добре охарактеризираният протеин от тази група при хората е репликационен протеин А, без който повечето от процесите, при които двойната спирала се развива, включително репликация, рекомбинация и възстановяване, не могат да възникнат. Протеините в тази група стабилизират едноверижната ДНК и предотвратяват образуването на стволова верига или разграждането от нуклеази.

В същото време други протеини разпознават и се прикрепят към специфични последователности. Най-изследваната група от такива протеини са различни класове транскрипционни фактори, тоест протеини, които регулират транскрипцията. Всеки от тези протеини разпознава своята последователност, често в промотор, и активира или потиска генната транскрипция. Това се случва чрез свързване на транскрипционни фактори с РНК полимераза, директно или чрез междинни протеини. Полимеразата първо се свързва с протеини и след това започва транскрипция. В други случаи, транскрипционните фактори могат да се прикрепят към ензими, които модифицират разположените на промотора хистони, като по този начин променят достъпността на ДНК за полимеразите.

Тъй като специфични последователности се срещат на много места в генома, промените в активността на един вид транскрипционен фактор могат да променят активността на хиляди гени. Съответно, тези протеини често се регулират в отговор на промените в околната среда, развитието на организма и клетъчната диференциация. Специфичността на взаимодействието на транскрипционните фактори с ДНК се осигурява от множество контакти между аминокиселини и ДНК бази, което им позволява да "четат" ДНК последователността. Повечето контакти с основите се случват в главния жлеб, където основите са по-достъпни.

Ензими, които модифицират ДНК

Топоизомерази и хеликази

Основни статии: Топоизомерази , Хеликази

В клетката ДНК е разположена в компактен т.нар. в супер засукано състояние, иначе нямаше да се побере в него. За да протичат жизненоважни процеси, трябва да се разплете ДНК, която се произвежда от две групи протеини - топоизомерази и хеликази.

Топоизомеразите са ензими, които имат както нуклеазна, така и лигазна активност. Тези протеини променят степента на свръхнавиване в ДНК. Някои от тези ензими разрязват спиралата на ДНК и позволяват на една от нишките да се върти, като по този начин намалява нивото на супернавиване, след което ензимът затваря празнината. Други ензими могат да отрежат една от нишките и да прекарат втората нишка през скъсването и след това да лигират скъсването в първата нишка. Топоизомеразите са съществени в много процеси, свързани с ДНК, като репликация и транскрипция.

Хеликазите са протеини, които са един от молекулярните двигатели. Те използват химическата енергия на нуклеотидните трифосфати, най-често АТФ, за да разрушат водородните връзки между базите, разплитайки двойната спирала на отделни нишки. Тези ензими са от съществено значение за повечето процеси, при които протеините се нуждаят от достъп до ДНК бази.

Нуклеази и лигази

Нуклеаза, Лигаз

В различни процеси, протичащи в клетката, например рекомбинация и възстановяване, участват ензими, които могат да отрежат и възстановят целостта на ДНК нишките. Ензимите, които разрязват ДНК, се наричат ​​нуклеази. Нуклеазите, които хидролизират нуклеотидите в краищата на ДНК молекулата, се наричат ​​екзонуклеази, докато ендонуклеазите разрязват ДНК вътре в веригата. Най-често използваните нуклеази в молекулярната биология и генното инженерство са рестрикционни ензими, които разрязват ДНК около специфични последователности. Например, ензимът EcoRV (рестриктазен ензим №5 от E. coli) разпознава шестнуклеотидната последователност 5"-GAT|ATC-3" и отрязва ДНК на мястото, посочено с вертикалната линия. В природата тези ензими предпазват бактериите от инфекция от бактериофаги, като разрязват ДНК на фага, когато той бъде въведен в бактериалната клетка. В този случай нуклеазите са част от модификационно-рестрикционната система. ДНК лигазите омрежват захарните фосфатни бази в ДНК молекулата, използвайки енергията на АТФ. Рестрикционните нуклеази и лигази се използват при клониране и пръстови отпечатъци.

ДНК полимераза I (пръстенообразна структура, състояща се от няколко идентични протеинови молекули, показани в различни цветове), свързваща увредената ДНК верига

Полимерази

ДНК полимераза

Съществува и група ензими, важни за метаболизма на ДНК, които синтезират полинуклеотидни вериги от нуклеозид трифосфати - ДНК полимераза. Те добавят нуклеотиди към 3"-хидроксилната група на предишния нуклеотид в ДНК веригата, така че всички полимерази работят в посока 5"--> 3". В активния център на тези ензими субстратът - нуклеозид трифосфат - се сдвоява с комплементарна база като част от едноверижна полинуклеотидна верига - шаблон.

По време на репликацията на ДНК ДНК-зависимата ДНК полимераза синтезира копие на оригиналната ДНК последователност. Точността е много важна в този процес, тъй като грешките в полимеризацията ще доведат до мутации, така че много полимерази имат способността да "редактират" - коригират грешките. Полимеразата разпознава грешки в синтеза чрез липсата на сдвояване между неправилни нуклеотиди. След определяне на липсата на сдвояване, 3"--> 5" екзонуклеазната активност на полимеразата се активира и грешната база се отстранява. В повечето организми ДНК полимеразите работят като голям комплекс, наречен репликома, който съдържа множество допълнителни субединици, като хеликази.

РНК-зависимите ДНК полимерази са специализиран тип полимерази, които копират РНК последователност върху ДНК. Този тип включва вирусния ензим обратна транскриптаза, който се използва от ретровирусите по време на клетъчна инфекция, както и теломераза, която е необходима за репликацията на теломерите. Теломеразата е необичаен ензим, тъй като съдържа своя собствена информационна РНК.

Транскрипцията се извършва от ДНК-зависима РНК полимераза, която копира ДНК последователността на една верига върху иРНК. В началото на транскрипцията на ген, РНК полимеразата се прикрепя към последователност в началото на гена, наречена промотор, и развива спиралата на ДНК. След това копира генната последователност върху информационната РНК, докато достигне до ДНК в края на гена – терминатора, където спира и се отделя от ДНК. Подобно на човешката ДНК-зависима ДНК полимераза, РНК полимераза II, която транскрибира повечето от гените в човешкия геном, действа като част от голям протеинов комплекс, съдържащ регулаторни и спомагателни единици.

Все повече и повече нови регулаторни протеини се откриват непрекъснато и вероятно само малка част от тях са известни в момента.

Има няколко вида протеини, които изпълняват регулаторна функция:

• рецепторен протеин, възприемащ сигнала;
• сигнални хормонални протеини и други вещества, които извършват междуклетъчна сигнализация (много от тях, макар и не всички, са протеини или пептиди);
• регулаторни протеини, които регулират много процеси в клетките.

Протеини, участващи в междуклетъчното сигнализиране

Хормоналните протеини (и други протеини, участващи в междуклетъчното сигнализиране) влияят върху метаболизма и други физиологични процеси.

Хормони- Това са вещества, които се образуват в жлезите с вътрешна секреция, пренасят се с кръвта и носят информационен сигнал. Хормоните се разпространяват произволно и действат само върху тези клетки, които имат подходящи рецепторни протеини. Хормоните се свързват със специфични рецептори. Обикновено хормоните регулират бавни процеси, например растежа на отделните тъкани и развитието на тялото, но има и изключения: например адреналинът е хормон на стреса, производно на аминокиселини. Той се освобождава, когато нервен импулс удари надбъбречната медула. В същото време сърцето започва да бие по-често, кръвното налягане се повишава и се появяват други реакции. Действа и на черния дроб (разгражда гликогена). Глюкозата се освобождава в кръвта и се използва от мозъка и мускулите като източник на енергия.

Рецепторни протеини

Рецепторните протеини също могат да бъдат приписани на протеини с регулаторна функция. Мембранните рецепторни протеини предават сигнал от повърхността на клетката навътре, трансформирайки я. Те регулират клетъчните функции, като се свързват с лиганд, който "седи" на този рецептор извън клетката; в резултат на това се активира друг протеин вътре в клетката.

Повечето хормони действат върху клетката само ако има определен рецептор на нейната мембрана - друг протеин или гликопротеин. Например, β2-адренергичният рецептор се намира върху мембраната на чернодробните клетки. При стрес молекулата на адреналина се свързва с β2-адренергичния рецептор и го активира. След това активираният рецептор активира G протеина, който свързва GTP. След много междинни стъпки на сигнална трансдукция настъпва фосфоролиза на гликоген. Рецепторът извърши първата операция на сигнална трансдукция, водеща до разграждане на гликоген. Без него нямаше да има последващи реакции в клетката.

Вътреклетъчни регулаторни протеини

Протеините регулират процесите, протичащи вътре в клетките, като използват няколко механизма:

• взаимодействия с ДНК молекули (транскрипционни фактори);
• чрез фосфорилиране (протеин киназа) или дефосфорилиране (протеин фосфатаза) на други протеини;
• чрез взаимодействие с рибозомата или РНК молекулите (фактори за регулиране на транслацията);
• ефекти върху процеса на отстраняване на интрона (фактори за регулиране на сплайсинга);
• влияние върху скоростта на разпадане на други протеини (убиквитини и др.).

Транскрипционни регулаторни протеини

транскрипционен фактор- това е протеин, който, влизайки в ядрото, регулира ДНК транскрипцията, тоест четене на информация от ДНК към иРНК (синтез на иРНК според ДНК шаблона). Някои транскрипционни фактори променят структурата на хроматина, което го прави по-достъпен за РНК полимеразите. Има различни спомагателни транскрипционни фактори, които създават желаната ДНК конформация за последващото действие на други транскрипционни фактори. Друга група транскрипционни фактори са тези фактори, които не се свързват директно с ДНК молекулите, а се комбинират в по-сложни комплекси с помощта на протеин-протеинови взаимодействия.

Транслационни регулаторни фактори

Излъчване- синтез на полипептидни вериги от протеини според шаблона на иРНК, извършван от рибозоми. Транслацията може да се регулира по няколко начина, включително с помощта на репресорни протеини, които се свързват с иРНК. Има много случаи, когато репресорът е протеинът, кодиран от тази иРНК. В този случай възниква регулиране на обратната връзка (пример за това е потискането на синтеза на ензима треонил-тРНК синтетаза).

сплайсинг регулаторни фактори

В еукариотните гени има области, които не кодират аминокиселини. Тези области се наричат ​​интрони. Те първо се транскрибират в пре-иРНК по време на транскрипция, но след това се изрязват от специален ензим. Този процес на отстраняване на интрони и последващото съединяване на краищата на останалите секции се нарича снаждане (омрежване, снаждане). Сплайсингът се извършва с помощта на малки РНК, обикновено свързани с протеини, наречени регулаторни фактори на сплайсинг. Сплайсингът включва протеини с ензимна активност. Те придават на пре-иРНК желаната конформация. Сглобяването на комплекса (spliceosome) изисква консумация на енергия под формата на разцепваем АТФ молекулиследователно този комплекс съдържа протеини с АТФазна активност.

Има алтернативно снаждане. Характеристиките на сплайсинг се определят от протеини, които са в състояние да се свържат с молекулата на РНК в областите на интроните или областите на границата екзон-интрон. Тези протеини могат да предотвратят отстраняването на някои интрони и в същото време да насърчат изрязването на други. Целенасоченото регулиране на сплайсинга може да има значителни биологични последици. Например при плодова мушица

план:

Въведение

• 1 Протеини, участващи в междуклетъчното сигнализиране
• 2 Рецепторни протеини
• 3 Вътреклетъчни регулаторни протеини
  • 3.1 Транскрипционни регулаторни протеини
  • 3.2 Транслационни регулаторни фактори
  • 3.3 сплайсинг регулаторни фактори
  • 3.4 Протеин кинази и протеин фосфатази
Литература

Въведение

Регулаторна функция на протеините— осъществяване от протеини на регулиране на процеси в клетка или в организъм, което е свързано с тяхната способност да получават и предават информация. Действието на регулаторните протеини е обратимо и като правило изисква наличието на лиганд. Все повече и повече нови регулаторни протеини се откриват непрекъснато; в момента вероятно само малка част от тях са известни.

Има няколко вида протеини, които изпълняват регулаторна функция:

• протеини - рецептори, които възприемат сигнала
• сигнални протеини - хормони и други вещества, които извършват междуклетъчна сигнализация (много, макар и не всички, от тях са протеини или пептиди)
• регулаторни протеини, които регулират много процеси в клетките.

1. Протеини, участващи в междуклетъчното сигнализиране

Хормоналните протеини (и други протеини, участващи в междуклетъчното сигнализиране) влияят върху метаболизма и други физиологични процеси.

Хормони- вещества, които се образуват в жлезите с вътрешна секреция, пренасят се с кръвта и носят информационен сигнал. Хормоните се разпространяват произволно и действат само върху тези клетки, които имат подходящи рецепторни протеини. Хормоните се свързват със специфични рецептори. Хормоните обикновено регулират бавните процеси, например растежа на отделните тъкани и развитието на тялото, но има изключения: например адреналинът (вижте статията адреналин) е хормон на стреса, производно на аминокиселини. Той се освобождава, когато нервен импулс действа върху надбъбречната медула.В същото време сърцето започва да бие по-често, кръвното налягане се повишава и възникват други реакции. Действа и на черния дроб (разгражда гликогена). Глюкозата се освобождава в кръвта и се използва от мозъка и мускулите като източник на енергия.

2. Рецепторни протеини

Рецепторните протеини също могат да бъдат приписани на протеини с регулаторна функция. Мембранните протеини - рецептори предават сигнал от повърхността на клетката навътре, трансформирайки я. Те регулират клетъчните функции, като се свързват с лиганд, който "седи" на този рецептор извън клетката; в резултат на това се активира друг протеин вътре в клетката.

Повечето хормони действат върху клетката само ако има определен рецептор на нейната мембрана - друг протеин или гликопротеин. Например, β2-адренергичният рецептор се намира върху мембраната на чернодробните клетки. При стрес молекулата на адреналина се свързва с β2-адренергичния рецептор и го активира. След това активираният рецептор активира G протеина, който свързва GTP. След много междинни стъпки на сигнална трансдукция настъпва фосфоролиза на гликоген. Рецепторът извърши първата операция на сигнална трансдукция, водеща до разграждане на гликоген. Без него нямаше да има последващи реакции в клетката.

3. Вътреклетъчни регулаторни протеини

Протеините регулират процесите, протичащи вътре в клетките, като използват няколко механизма:

• взаимодействия с ДНК молекули (транскрипционни фактори)
• чрез фосфорилиране (протеин киназа) или дефосфорилиране (протеин фосфатаза) на други протеини
• чрез взаимодействие с рибозомата или РНК молекулите (фактори за регулиране на транслацията)
• ефекти върху процеса на отстраняване на интрони (регулаторни фактори на сплайсинг)
• влияние върху скоростта на разпадане на други протеини (убиквитини и др.)

3.1. Транскрипционни регулаторни протеини

транскрипционен фактор- това е протеин, който, влизайки в ядрото, регулира транскрипцията на ДНК, тоест четенето на информация от ДНК към иРНК (синтез на иРНК според ДНК шаблона). Някои транскрипционни фактори променят структурата на хроматина, което го прави по-достъпен за РНК полимеразите. Има различни спомагателни транскрипционни фактори, които създават желаната ДНК конформация за последващото действие на други транскрипционни фактори. Друга група транскрипционни фактори са тези фактори, които не се свързват директно с ДНК молекулите, а се комбинират в по-сложни комплекси с помощта на протеин-протеинови взаимодействия.

3.2. Транслационни регулаторни фактори

Излъчване- синтез на полипептидни вериги от протеини според шаблона на иРНК, извършван от рибозоми. Транслацията може да се регулира по няколко начина, включително с помощта на репресорни протеини, които се свързват с иРНК. Има много случаи, когато репресорът е протеинът, кодиран от тази иРНК. В този случай възниква регулиране на обратната връзка (пример за това е потискането на синтеза на ензима треонил-тРНК синтетаза).

3.3. сплайсинг регулаторни фактори

В еукариотните гени има области, които не кодират аминокиселини. Тези области се наричат ​​интрони. Те първо се транскрибират в пре-иРНК по време на транскрипция, но след това се изрязват от специален ензим. Този процес на отстраняване на интрони и последващото съединяване на краищата на останалите секции се нарича снаждане (омрежване, снаждане). Сплайсингът се извършва с помощта на малки РНК, обикновено свързани с протеини, наречени регулаторни фактори на сплайсинг. Сплайсингът включва протеини с ензимна активност. Те придават на пре-иРНК желаната конформация. За да се сглоби комплексът (сплайсозома), е необходимо да се консумира енергия под формата на разцепващи се ATP молекули; следователно, този комплекс съдържа протеини с ATP-азна активност.

Има алтернативно снаждане. Характеристиките на сплайсинг се определят от протеини, които са в състояние да се свържат с молекулата на РНК в областите на интроните или областите на границата екзон-интрон. Тези протеини могат да предотвратят отстраняването на някои интрони и в същото време да насърчат изрязването на други. Целенасоченото регулиране на сплайсинга може да има значителни биологични последици. Например, при плодовата муха Drosophila, алтернативният сплайсинг е в основата на механизма за определяне на пола.

3.4. Протеин кинази и протеин фосфатази

Най-важна роля в регулирането на вътреклетъчните процеси играят протеин киназите - ензими, които активират или инхибират активността на други протеини, като прикрепят към тях фосфатни групи.

Протеинкиназите регулират активността на други протеини чрез фосфорилиране - добавяне на остатъци от фосфорна киселина към аминокиселинни остатъци, които имат хидроксилни групи. Фосфорилирането обикновено променя функционирането на протеина, като ензимната активност, както и позицията на протеина в клетката.

Има и протеинови фосфатази - протеини, които разцепват фосфатните групи. Протеин киназите и протеин фосфатазите регулират метаболизма, както и сигнализирането в клетката. Фосфорилирането и дефосфорилирането на протеините е един от основните механизми за регулиране на повечето вътреклетъчни процеси.

Цикъл на активиране на G-протеина под действието на рецептора.