Białko regulatorowe. Białka regulatorowe – encyklopedia chemiczna – słowniki objaśniające i encyklopedie. Wartość odżywcza białek

Białka regulatorowe(od łac. regulo – porządkowanie, porządkowanie), grupa. zaangażowany w regulację różnych biochem. procesy. Ważną grupą białek regulatorowych, której poświęcony jest ten artykuł, są białka oddziałujące z DNA i kontrolujące (wyrażające się w charakterystyce i właściwościach organizmu). Zdecydowana większość tych białek regulatorowych funkcjonuje na poziomie transkrypcje(synteza informacyjnego RNA, czyli mRNA, na matrycy DNA) i odpowiada za aktywację lub represję (supresję) syntezy mRNA (odpowiednio białek aktywatorowych i białek represorowych).

Znany ok. 10 represorów. Naib. wśród nich badano represory prokariotów (bakterie, sinice), regulujące syntezę enzymów biorących udział w (represorze lac) u Escherichia coli (E.coli) oraz represor bakteriofaga A. Ich działanie realizowane jest poprzez wiązanie ze specyfiką. Sekcje DNA (operatory) odpowiednich genów i blokowanie inicjacji mRNA kodowanego przez te geny.

Represor jest zwykle dimerem dwóch identycznych łańcuchów polipeptydowych zorientowanych we wzajemnie przeciwnych kierunkach. Represory fizycznie zapobiegają Polimeraza RNAłączą DNA w regionie promotora (miejsce wiązania zależnego od DNA enzymu polimerazy RNA, który katalizuje syntezę mRNA na matrycy DNA) i rozpoczynają syntezę mRNA. Zakłada się, że represor zakłóca jedynie inicjację i nie wpływa na wydłużanie mRNA.

Represor może kontrolować syntezę komórek. jedno białko lub cała seria. którego ekspresja jest skoordynowana. Z reguły są to enzymy obsługujące jeden metabolit. ścieżka; ich geny są częścią jednego (zestawu połączonych ze sobą genów i sąsiadujących regionów regulatorowych).

Mn. represory mogą występować zarówno w postaci aktywnej, jak i nieaktywnej, w zależności od tego, czy są związane z induktorami, czy korepresorami (odpowiednio, substratami, w obecności których szybkość syntezy określonego enzymu jest specyficznie zwiększona lub zmniejszona; zob. regulatory); te interakcje mają charakter niekowalencyjny.

Aby ekspresja genów była wydajna, konieczna jest nie tylko inaktywacja represora przez induktor, ale także jego specyficzna realizacja. pozytywny sygnał włączenia, w którym pośredniczą białka regulatorowe działające „w tandemie” z cyklem. monofosforan adenozyny (cAMP). Ten ostatni wiąże się ze specyficznymi białkami regulatorowymi (tzw. białko aktywujące gen katabolizmu CAP lub aktywator katabolizmu białek – BAK). To jest dimer z molo. m. 45 tys. Po związaniu z cAMP nabywa zdolność do łączenia się ze specyficznymi. obszary DNA, gwałtownie zwiększając wydajność genów odpowiedniego operonu. W tym przypadku CAP nie wpływa na tempo wzrostu łańcucha mRNA, ale kontroluje etap inicjacji transkrypcji – przyłączenie polimerazy RNA do promotora. W przeciwieństwie do represora, CAP (w kompleksie z cAMP) ułatwia wiązanie polimerazy RNA z DNA i powoduje częstsze zdarzenia inicjacyjne. Miejsce, w którym CAP przyłącza się do DNA, sąsiaduje bezpośrednio z promotorem po stronie przeciwnej do miejsca, w którym zlokalizowany jest operator.

Dodatnią regulację (np. operon lac E. coli) można opisać uproszczonym schematem: wraz ze spadkiem stężenia glukozy (głównego źródła węgla) wzrasta stężenie cAMP, który wiąże się z CAP, a powstały kompleks z promotorem lac. W rezultacie stymulowane jest wiązanie polimerazy RNA z promotorem i wzrasta szybkość działania genów kodujących enzymy umożliwiające komórce przestawienie się na wykorzystanie innego źródła węgla, czyli laktozy. Istnieją inne specjalne białka regulatorowe (na przykład białko C), których działanie opisuje bardziej złożony schemat; kontrolują wąski zakres genów i mogą działać zarówno jako represory, jak i aktywatory.

Represory i aktywatory specyficzne dla operonu nie wpływają na specyficzność samej polimerazy RNA. Ten ostatni poziom regulacji stosowany jest w przypadkach dotyczących masy. zmiana w spektrum wyrażanych genów. Zatem u E.coli geny kodujące białka szoku cieplnego, które ulegają ekspresji w szeregu warunków stresowych komórki, są odczytywane przez polimerazę RNA dopiero wtedy, gdy pojawi się specjalne białko regulatorowe, tzw. współczynnik s 32. Całą rodzinę białek regulatorowych (czynników s), które zmieniają specyficzność promotora polimerazy RNA, odkryto w prątkach i innych bakteriach.

Dr. rodzaj białka regulatorowego zmienia katalizator. właściwości polimerazy RNA (tzw. białek antyterminacyjnych). Zatem w bakteriofagu X znane są dwa takie białka, które modyfikują polimerazę RNA tak, aby nie słuchała ona sygnałów terminacji komórkowej (jest to konieczne do aktywnej ekspresji genów faga).

Ogólny schemat genetyki kontrola, obejmująca funkcjonowanie białek regulatorowych, dotyczy także bakterii i komórek eukariotycznych (wszystkich organizmów z wyjątkiem bakterii i sinic).

Eukariont. komórki reagują na czynniki zewnętrzne sygnały (dla nich są to np. hormony) są w zasadzie takie same, jak komórki bakteryjne reagują na zmiany stężenia przysadki mózgowej. substancje w środowisko, tj. poprzez odwracalną represję lub aktywację (derepresję) poszczególnych genów. Jednocześnie białka regulatorowe, które jednocześnie kontrolują aktywność duża liczba geny, mogą być stosowane w różnych kombinacje. Podobna kombinacja genetyczna. rozporządzenie może zapewnić zróżnicowanie. rozwój całego złożonego organizmu wielokomórkowego dzięki interakcji. stosunkowo niewielka liczba kluczowych białek regulatorowych

System regulacji aktywności genów u eukariontów ma dodatkowe elementy. poziom nieobecny u bakterii, a mianowicie translacja wszystkich nukleosomów (powtarzających się podjednostek). chromatyna), zawarte w jednostce transkrypcyjnej do postaci aktywnej (zdekondensowanej) w tych komórkach, w których gen ten powinien być funkcjonalnie aktywny. Zakłada się, że chodzi tu o zestaw specyficznych białek regulatorowych, które nie mają analogii u prokariotów. Białka te nie tylko rozpoznają specyficznie. odcinki chromatyny (lub DNA), ale także powodują pewne zmiany strukturalne w sąsiadujących obszarach. Wydaje się, że białka regulatorowe, takie jak aktywatory i represory bakteryjne, biorą udział w dalszej regulacji poszczególnych genów w regionach aktywatorów. chromatyna.

Szeroka klasa białek regulatorowych eukarionty-białka receptorowe hormony steroidowe.

BIAŁKA REGULACYJNE(z łac. regulo – uporządkować, ustalić), grupa białek biorących udział w regulacji różnych funkcji. biochem. procesy. Ważną grupą białek białkowych, której poświęcony jest niniejszy artykuł, są białka oddziałujące z DNA i kontrolujące ekspresję genów (ekspresję genów w cechach i właściwościach organizmu). Zdecydowana większość takich R.b. działa na poziomie transkrypcje(synteza informacyjnego RNA, czyli mRNA, na matrycy DNA) i odpowiada za aktywację lub represję (supresję) syntezy mRNA (odpowiednio białek aktywatorowych i białek represorowych).

Znany ok. 10 represorów. Naib. wśród nich badano represory prokariotów (bakterie, sinice), regulujące syntezę enzymów biorących udział w metabolizmie laktozy (represor lac) u Escherichia coli (E.coli) oraz represor bakteriofaga A. Ich działanie realizowane jest poprzez wiązanie ze specyfiką. Sekcje DNA (operatory) odpowiednich genów i blokowanie inicjacji transkrypcji mRNA kodowanego przez te geny.

Represor jest zwykle dimerem dwóch identycznych łańcuchów polipeptydowych zorientowanych we wzajemnie przeciwnych kierunkach. Represory fizycznie zapobiegają Polimeraza RNAłączą DNA w regionie promotora (miejsce wiązania zależnego od DNA enzymu polimerazy RNA, który katalizuje syntezę mRNA na matrycy DNA) i rozpoczynają syntezę mRNA. Zakłada się, że represor zakłóca jedynie inicjację transkrypcji i nie wpływa na wydłużanie mRNA.

Represor może kontrolować syntezę komórek. jedno białko lub wiele białek, których ekspresja jest skoordynowana. Z reguły są to enzymy obsługujące jeden metabolit. ścieżka; ich geny są częścią jednego operonu (zestawu połączonych ze sobą genów i sąsiadujących regionów regulatorowych).

Mn. Represory mogą występować zarówno w postaci aktywnej, jak i nieaktywnej, w zależności od tego, czy są związane z induktorami lub korepresorami (odpowiednio substratami, w obecności których szybkość syntezy określonego enzymu specyficznie wzrasta lub maleje; patrz. regulatory enzymów); te interakcje mają charakter niekowalencyjny.

Aby ekspresja genów była wydajna, konieczna jest nie tylko inaktywacja represora przez induktor, ale także jego specyficzna realizacja. pozytywny sygnał włączenia, w którym pośredniczy R. b., pracujący „w parze” z cyklicznym. monofosforan adenozyny (cAMP). Ten ostatni wiąże się ze specyficznym R.b. (tzw. aktywator genu katabolizmu białek CAP, czyli aktywator katabolizmu białek – BAK). To jest dimer z molo. m. 45 tys. Po związaniu z cAMP nabywa zdolność do łączenia się ze specyficznymi. obszary na DNA, gwałtownie zwiększając wydajność transkrypcji genów odpowiedniego operonu. W tym przypadku CAP nie wpływa na tempo wzrostu łańcucha mRNA, ale kontroluje etap inicjacji transkrypcji – przyłączenie polimerazy RNA do promotora. W przeciwieństwie do represora, CAP (w kompleksie z cAMP) ułatwia wiązanie polimerazy RNA z DNA i powoduje częstszą inicjację transkrypcji. Miejsce, w którym CAP przyłącza się do DNA, sąsiaduje bezpośrednio z promotorem po stronie przeciwnej do miejsca, w którym zlokalizowany jest operator.

Dodatnią regulację (na przykład operon lac E. coli) można opisać uproszczonym schematem: wraz ze spadkiem stężenia glukozy (głównego źródła węgla) wzrasta stężenie cAMP, który wiąże się z ATS i powstały kompleks z promotorem lac. W efekcie dochodzi do pobudzenia wiązania polimerazy RNA z promotorem i zwiększenia szybkości transkrypcji genów kodujących enzymy umożliwiające komórce przestawienie się na korzystanie z innego źródła węgla – laktozy. Istnieją inne specjalne R. b. (np. białko C), którego działanie opisuje bardziej złożony schemat; kontrolują wąski zakres genów i mogą działać zarówno jako represory, jak i aktywatory.

Represory i aktywatory specyficzne dla operonu nie wpływają na specyficzność samej polimerazy RNA. Ten ostatni poziom regulacji stosowany jest w przypadkach dotyczących masy. zmiana w spektrum wyrażanych genów. Zatem u E. coli geny kodujące białka szoku cieplnego, które ulegają ekspresji w szeregu warunków stresowych komórki, są odczytywane przez polimerazę RNA tylko wtedy, gdy specjalny R. b.-t. współczynnik s 32. Cała rodzina tych R.b. (czynniki s), które zmieniają specyficzność promotora polimerazy RNA, znaleziono u prątków i innych bakterii.

Dr. odmiana R.b. zmiany katalityczne właściwości polimerazy RNA (tzw. białek antyterminacyjnych). Zatem w bakteriofagu X znane są dwa takie białka, które modyfikują polimerazę RNA tak, aby nie słuchała ona sygnałów komórkowych dotyczących terminacji transkrypcji (jest to konieczne do aktywnej ekspresji genów faga).

Ogólny schemat genetyki kontrola, obejmująca funkcjonowanie R.b., dotyczy także bakterii i komórek eukariotycznych (wszystkich organizmów z wyjątkiem bakterii i sinic).

Eukariont. komórki reagują na czynniki zewnętrzne sygnały (dla nich są to np. hormony) w zasadzie w ten sam sposób, w jaki komórki bakteryjne reagują na zmiany stężenia składników odżywczych. w środowisku, tj. poprzez odwracalną represję lub aktywację (derepresję) poszczególnych genów. Jednocześnie R.b., które jednocześnie kontrolują aktywność dużej liczby genów, można wykorzystać na różne sposoby. kombinacje. Podobna kombinacja genetyczna. rozporządzenie może zapewnić zróżnicowanie. rozwój całego złożonego organizmu wielokomórkowego dzięki interakcji. stosunkowo niewielka liczba klawiszy R. b.

System regulacji aktywności genów u eukariontów ma dodatkowe elementy. poziom nieobecny u bakterii, a mianowicie translacja wszystkich nukleosomów (powtarzających się podjednostek). chromatyna), zawarte w jednostce transkrypcyjnej do postaci aktywnej (zdekondensowanej) w tych komórkach, w których gen ten powinien być funkcjonalnie aktywny. Zakłada się, że chodzi tu o zestaw specyficznych R. b, które nie mają analogów u prokariotów. Białka te nie tylko rozpoznają specyficznie. odcinki chromatyny (lub DNA), ale także powodują pewne zmiany strukturalne w sąsiadujących obszarach. Rb, podobnie jak aktywatory i represory bakterii, najwyraźniej uczestniczy w regulacji późniejszej transkrypcji poszczególnych genów w regionach aktywatorowych. chromatyna.

Rozbudowana klasa R.b. eukarionty-białka receptorowe hormony steroidowe.

Sekwencja aminokwasów R.b. zakodowany tzw geny regulatorowe. Mutacyjna inaktywacja represora prowadzi do niekontrolowanej syntezy mRNA, a w konsekwencji określonego białka (w efekcie transmisje synteza białek na matrycy mRNA). Takie organizmy nazywane są. mutanty konstytutywne. Utrata aktywatora w wyniku mutacji prowadzi do trwałego spadku syntezy regulowanego białka.

Oświetlony.: Strayer L., Biochemia, przeł. z jęz. angielskiego, t. 3, M., 1985, s. 25. 112-25.

Dobrze zbadanymi przykładami oddziaływań białek i DNA niezależnych od sekwencji nukleotydów DNA są interakcje z białkami strukturalnymi. W komórce DNA jest związane z tymi białkami, tworząc zwartą strukturę zwaną chromatyną. U prokariotów chromatyna powstaje w wyniku przyłączenia małych białek zasadowych – histonów – do DNA; mniej uporządkowana chromatyna u prokariotów zawiera białka histonopodobne. Histony tworzą strukturę białkową w kształcie dysku - nukleosom, wokół którego pasują dwa zwoje helisy DNA. Niespecyficzne wiązania między histonami a DNA powstają w wyniku wiązań jonowych zasadowych aminokwasów histonów i reszt kwasowych szkieletu cukrowo-fosforanowego DNA. Chemiczne modyfikacje tych aminokwasów obejmują metylację, fosforylację i acetylację. Te modyfikacje chemiczne zmieniają siłę oddziaływań pomiędzy DNA i histonami, wpływając na dostępność określonych sekwencji dla czynników transkrypcyjnych i zmieniając tempo transkrypcji. Inne białka w chromatynie, które wiążą się z niespecyficznymi sekwencjami, to białka o dużej mobilności w żelach, które się łączą przez większą część z wygiętym DNA. Białka te są ważne dla tworzenia struktur wyższego rzędu w chromatynie. Specjalną grupą białek wiążących DNA są białka, które łączą się z jednoniciowym DNA. Najlepiej scharakteryzowanym białkiem z tej grupy u człowieka jest białko replikacyjne A, bez którego większość procesów rozwijania się podwójnej helisy, w tym replikacja, rekombinacja i naprawa, nie może zachodzić. Białka z tej grupy stabilizują jednoniciowy DNA i zapobiegają tworzeniu się pętli łodygowych lub degradacji przez nukleazy.

Jednocześnie inne białka rozpoznają i przyłączają się do określonych sekwencji. Najlepiej zbadaną grupą takich białek są różne klasy czynników transkrypcyjnych, czyli białek regulujących transkrypcję. Każde z tych białek rozpoznaje inną sekwencję, często w promotorze, i aktywuje lub hamuje transkrypcję genu. Dzieje się tak, gdy czynniki transkrypcyjne łączą się z polimerazą RNA bezpośrednio lub poprzez białka pośredniczące. Polimeraza najpierw łączy się z białkami, a następnie rozpoczyna transkrypcję. W innych przypadkach czynniki transkrypcyjne mogą przyłączać się do enzymów modyfikujących histony znajdujące się na promotorach, co zmienia dostępność DNA dla polimeraz.

Ponieważ określone sekwencje występują w wielu miejscach genomu, zmiany w aktywności jednego rodzaju czynnika transkrypcyjnego mogą zmienić aktywność tysięcy genów. W związku z tym białka te są często regulowane w odpowiedzi na zmiany środowiskowe, rozwój organizmu i różnicowanie komórek. Specyfikę oddziaływania czynników transkrypcyjnych z DNA zapewniają liczne kontakty aminokwasów z zasadami DNA, co pozwala im „odczytać” sekwencję DNA. Większość styków podstawy występuje w głównym rowku, gdzie podstawy są łatwiej dostępne.

Enzymy modyfikujące DNA

Topoizomerazy i helikazy

Główne artykuły: Topoizomerazy , Helikazy

W komórce DNA umiejscowione jest w zwartej tzw. super zwinięta, inaczej by się w niej nie zmieściła. Aby mogły zajść procesy życiowe, DNA musi zostać rozwinięte, produkowane przez dwie grupy białek – topoizomerazy i helikazy.

Topoizomerazy to enzymy wykazujące aktywność zarówno nukleazy, jak i ligazy. Białka te zmieniają stopień superskręcenia w DNA. Niektóre z tych enzymów przecinają helisę DNA i umożliwiają obrót jednej z nici, zmniejszając w ten sposób poziom superskręcenia, po czym enzym naprawia pęknięcie. Inne enzymy mogą przeciąć jedną z nici i przeprowadzić drugą przez przerwę, a następnie związać przerwę w pierwszej nici. Topoizomerazy są wymagane w wielu procesach związanych z DNA, takich jak replikacja i transkrypcja.

Helikazy to białka będące jednym z motorów molekularnych. Wykorzystują energię chemiczną trifosforanów nukleotydów, najczęściej ATP, do rozrywania wiązań wodorowych między zasadami, rozwijając podwójną helisę na pojedyncze nici. Enzymy te są ważne w większości procesów, w których białka potrzebują dostępu do zasad DNA.

Nukleazy i ligazy

Nukleaza, Ligaza

W różne procesy zachodzące w komórce, na przykład rekombinacja i naprawa obejmują enzymy, które mogą przecinać i przywracać integralność nici DNA. Enzymy przecinające DNA nazywane są nukleazami. Nukleazy, które hydrolizują nukleotydy na końcach cząsteczki DNA, nazywane są egzonukleazami, natomiast endonukleazy przecinają DNA wewnątrz łańcucha. Najczęściej stosowanymi nukleazami w biologii molekularnej i inżynierii genetycznej są enzymy restrykcyjne, które przecinają DNA w pobliżu określonych sekwencji. Na przykład enzym EcoRV (enzym restrykcyjny nr 5 z E coli) rozpoznaje sześcionukleotydową sekwencję 5"-GAT|ATC-3" i przecina DNA w miejscu wskazanym przez pionową linię. W naturze enzymy te chronią bakterie przed infekcją bakteriofagami poprzez przecięcie DNA faga podczas jego wprowadzania do komórki bakteryjnej. W tym przypadku nukleazy są częścią układu modyfikacji i ograniczeń. Ligazy DNA sieciują zasady fosforanów cukrowych w cząsteczce DNA wykorzystując energię ATP. Nukleazy restrykcyjne i ligazy są wykorzystywane w klonowaniu i pobieraniu odcisków palców.

Polimeraza DNA I (struktura w kształcie pierścienia składająca się z kilku identycznych cząsteczek białka, pokazana w różnych kolorach) liguje uszkodzoną nić DNA

Polimerazy

Polimeraza DNA

Istnieje również grupa enzymów ważnych dla metabolizmu DNA, syntetyzujących łańcuchy polinukleotydowe z trifosforanów nukleozydów – polimerazy DNA. Dodają nukleotydy do grupy 3”-hydroksylowej poprzedniego nukleotydu w łańcuchu DNA, zatem wszystkie polimerazy działają w kierunku 5”-->3”. W centrum aktywnym tych enzymów substrat – trifosforan nukleozydu – paruje się z zasada komplementarna będąca częścią jednoniciowego łańcucha polinukleotydowego – matryca.

Podczas procesu replikacji DNA zależna od DNA polimeraza DNA syntetyzuje kopię oryginalnej sekwencji DNA. Precyzja jest w tym procesie bardzo ważna, ponieważ błędy w polimeryzacji będą prowadzić do mutacji, dlatego wiele polimeraz ma zdolność „edycji” – poprawiania błędów. Polimeraza rozpoznaje błędy w syntezie na podstawie braku parowania nieprawidłowych nukleotydów. Po ustaleniu braku parowania, aktywowana jest aktywność egzonukleazy 3"->5" polimerazy i usuwana jest nieprawidłowa zasada. W większości organizmów polimerazy DNA działają jako duży kompleks zwany replisomem, który zawiera wiele dodatkowych podjednostek, takich jak helikazy.

Polimerazy DNA zależne od RNA to wyspecjalizowany rodzaj polimerazy, która kopiuje sekwencję RNA na DNA. Do tego typu zalicza się enzym wirusowy – odwrotną transkryptazę, wykorzystywaną przez retrowirusy podczas infekcji komórkowej, a także telomerazę, która jest niezbędna do replikacji telomerów. Telomeraza jest niezwykłym enzymem, ponieważ zawiera własny informacyjny RNA.

Transkrypcja przeprowadzana jest przez zależną od DNA polimerazę RNA, która kopiuje sekwencję DNA jednej nici na mRNA. Na początku transkrypcji genu polimeraza RNA przyłącza się do sekwencji na początku genu zwanej promotorem i rozwija helisę DNA. Następnie kopiuje sekwencję genu na informacyjny RNA, aż dotrze do terminatora DNA na końcu genu, gdzie zatrzymuje się i odłącza od DNA. Podobnie jak zależna od DNA ludzka polimeraza DNA, polimeraza RNA II, która transkrybuje większość genów ludzkiego genomu, działa jako część dużego kompleksu białkowego zawierającego jednostki regulacyjne i dodatkowe.

Obecnie odkrywanych jest coraz więcej białek regulatorowych, znana jest prawdopodobnie tylko niewielka ich część.

Istnieje kilka rodzajów białek pełniących funkcję regulacyjną:

• białka receptorowe odbierające sygnał;
• białka sygnalizacyjne – hormony i inne substancje odpowiedzialne za sygnalizację międzykomórkową (wiele z nich, choć nie wszystkie, to białka lub peptydy);
• białka regulatorowe regulujące wiele procesów zachodzących wewnątrz komórek.

Białka biorące udział w sygnalizacji międzykomórkowej

Białka hormonalne (i inne białka zaangażowane w sygnalizację międzykomórkową) wpływają na metabolizm i inne procesy fizjologiczne.

Hormony- są to substancje powstające w gruczołach dokrewnych, transportowane przez krew i niosące sygnał informacyjny. Hormony rozprzestrzeniają się bez celu i działają tylko na te komórki, które mają odpowiednie białka receptorowe. Hormony wiążą się ze specyficznymi receptorami. Hormony zazwyczaj regulują powolne procesy, na przykład wzrost poszczególnych tkanek i rozwój organizmu, ale zdarzają się wyjątki: np. adrenalina jest hormonem stresu, pochodną aminokwasów. Jest uwalniany, gdy impuls nerwowy oddziałuje na rdzeń nadnerczy. W tym samym czasie serce zaczyna bić szybciej, wzrasta ciśnienie krwi i pojawiają się inne reakcje. Działa także na wątrobę (rozkłada glikogen). Glukoza jest uwalniana do krwi i wykorzystywana przez mózg i mięśnie jako źródło energii.

Białka receptorowe

Do białek pełniących funkcję regulacyjną zalicza się także białka receptorowe. Białka receptora błonowego przekazują sygnał z powierzchni komórki do wnętrza, przekształcając go. Regulują funkcje komórki, wiążąc się z ligandem, który „siedzi” na tym receptorze na zewnątrz komórki; w rezultacie aktywowane jest inne białko wewnątrz komórki.

Większość hormonów działa na komórkę tylko wtedy, gdy na jej błonie znajduje się określony receptor – inne białko lub glikoproteina. Na przykład receptor β2-adrenergiczny znajduje się na błonie komórek wątroby. Pod wpływem stresu cząsteczka adrenaliny wiąże się z receptorem β2-adrenergicznym i aktywuje go. Następnie aktywowany receptor aktywuje białko G, które przyłącza się do GTP. Po wielu pośrednich etapach przekazywania sygnału następuje fosforoliza glikogenu. Receptor przeprowadził pierwszą operację przekazania sygnału prowadzącą do rozkładu glikogenu. Bez tego nie byłoby późniejszych reakcji wewnątrz komórki.

Wewnątrzkomórkowe białka regulatorowe

Białka regulują procesy zachodzące wewnątrz komórek wykorzystując kilka mechanizmów:

• interakcje z cząsteczkami DNA (czynniki transkrypcyjne);
• przez fosforylację (kinaza białkowa) lub defosforylację (fosfataza białkowa) innych białek;
• poprzez interakcję z cząsteczkami rybosomu lub RNA (czynniki regulacji translacji);
• wpływ na proces usuwania intronów (czynniki regulacji splicingu);
• wpływ na szybkość rozpadu innych białek (ubikwityny itp.).

Białka regulujące transkrypcję

Czynnik transkrypcyjny to białko, które wchodząc do jądra reguluje transkrypcję DNA, czyli odczytywanie informacji z DNA do mRNA (synteza mRNA z wykorzystaniem matrycy DNA). Niektóre czynniki transkrypcyjne zmieniają strukturę chromatyny, czyniąc ją bardziej dostępną dla polimeraz RNA. Istnieją różne pomocnicze czynniki transkrypcyjne, które tworzą pożądaną konformację DNA dla późniejszego działania innych czynników transkrypcyjnych. Kolejną grupą czynników transkrypcyjnych są te czynniki, które nie wiążą się bezpośrednio z cząsteczkami DNA, ale łączą się w bardziej złożone kompleksy za pomocą interakcji białko-białko.

Czynniki regulacji tłumaczenia

Audycja- synteza łańcuchów polipeptydowych białek z wykorzystaniem matrycy mRNA, realizowana przez rybosomy. Regulację translacji można przeprowadzić na kilka sposobów, w tym za pomocą białek represorowych, które wiążą się z mRNA. W wielu przypadkach represorem jest białko kodowane przez ten mRNA. W tym przypadku zachodzi regulacja typu sprzężenia zwrotnego (przykładem tego jest tłumienie syntezy enzymu syntetazy treonylo-tRNA).

Czynniki regulujące splicing

W genach eukariotycznych istnieją regiony, które nie kodują aminokwasów. Regiony te nazywane są intronami. Podczas transkrypcji są one najpierw kopiowane na pre-mRNA, a następnie wycinane przez specjalny enzym. Ten proces usuwania intronów, a następnie łączenia końców pozostałych odcinków nazywa się splicingiem. Splicing przeprowadzany jest przez małe RNA, zwykle związane z białkami zwanymi czynnikami regulującymi splicing. W splicingu biorą udział białka o aktywności enzymatycznej. Nadają pre-mRNA pożądaną konformację. Złożenie kompleksu (spliceosomu) wymaga zużycia energii w postaci ulegającej rozkładowi Cząsteczki ATP dlatego kompleks ten zawiera białka o aktywności ATPazy.

Istnieje alternatywny splicing. Cechy splicingu są określane przez białka, które mogą wiązać się z cząsteczką RNA w regionach intronowych lub obszarach na granicy ekson-intron. Białka te mogą zapobiegać usunięciu niektórych intronów i jednocześnie sprzyjać wycinaniu innych. Ukierunkowana regulacja splicingu może mieć znaczące konsekwencje biologiczne. Na przykład u muszki owocowej

Plan:

Wstęp

• 1 Białka biorące udział w sygnalizacji międzykomórkowej
• 2 Białka receptorowe
• 3 Wewnątrzkomórkowe białka regulatorowe
  • 3.1 Białka regulujące transkrypcję
  • 3.2 Czynniki regulacji tłumaczenia
  • 3.3 Czynniki regulujące splicing
  • 3.4 Kinazy białkowe i fosfatazy białkowe
Literatura

Wstęp

Funkcja regulacyjna białek- regulacja procesów zachodzących w komórce lub w organizmie przez białka, co jest związane z ich zdolnością do odbierania i przekazywania informacji. Działanie białek regulatorowych jest odwracalne i z reguły wymaga obecności ligandu. Stale odkrywanych jest coraz więcej nowych białek regulatorowych, obecnie znana jest prawdopodobnie tylko niewielka część z nich.

Istnieje kilka rodzajów białek pełniących funkcję regulacyjną:

• białka - receptory odbierające sygnał
• białka sygnalizacyjne – hormony i inne substancje odpowiedzialne za sygnalizację międzykomórkową (wiele z nich, choć nie wszystkie, to białka lub peptydy)
• białka regulatorowe regulujące wiele procesów zachodzących wewnątrz komórek.

1. Białka biorące udział w sygnalizacji międzykomórkowej

Białka hormonalne (i inne białka zaangażowane w sygnalizację międzykomórkową) wpływają na metabolizm i inne procesy fizjologiczne.

Hormony- substancje powstające w gruczołach dokrewnych, transportowane przez krew i niosące sygnał informacyjny. Hormony rozprzestrzeniają się bez celu i działają tylko na te komórki, które mają odpowiednie białka receptorowe. Hormony wiążą się ze specyficznymi receptorami. Hormony zwykle regulują powolne procesy, na przykład wzrost poszczególnych tkanek i rozwój organizmu, ale są wyjątki: na przykład adrenalina (patrz artykuł adrenalina) jest hormonem stresu, pochodną aminokwasów. Jest uwalniany, gdy impuls nerwowy oddziałuje na rdzeń nadnerczy. W tym samym czasie serce zaczyna bić częściej, wzrasta ciśnienie krwi i pojawiają się inne reakcje. Działa także na wątrobę (rozkłada glikogen). Glukoza jest uwalniana do krwi i wykorzystywana przez mózg i mięśnie jako źródło energii.

2. Białka receptorowe

Do białek pełniących funkcję regulacyjną zalicza się także białka receptorowe. Białka błonowe - receptory przekazują sygnał z powierzchni komórki do wnętrza, przekształcając go. Regulują funkcje komórki, wiążąc się z ligandem, który „siedzi” na tym receptorze na zewnątrz komórki; w rezultacie aktywowane jest inne białko wewnątrz komórki.

Większość hormonów działa na komórkę tylko wtedy, gdy na jej błonie znajduje się określony receptor – inne białko lub glikoproteina. Na przykład receptor β2-adrenergiczny znajduje się na błonie komórek wątroby. Pod wpływem stresu cząsteczka adrenaliny wiąże się z receptorem β2-adrenergicznym i aktywuje go. Następnie aktywowany receptor aktywuje białko G, które przyłącza się do GTP. Po wielu pośrednich etapach przekazywania sygnału następuje fosforoliza glikogenu. Receptor przeprowadził pierwszą operację przekazania sygnału prowadzącego do rozkładu glikogenu. Bez tego nie byłoby późniejszych reakcji wewnątrz komórki.

3. Wewnątrzkomórkowe białka regulatorowe

Białka regulują procesy zachodzące wewnątrz komórek wykorzystując kilka mechanizmów:

• interakcje z cząsteczkami DNA (czynniki transkrypcyjne)
• poprzez fosforylację (kinaza białkowa) lub defosforylację (fosfataza białkowa) innych białek
• poprzez interakcję z cząsteczkami rybosomu lub RNA (czynniki regulujące translację)
• wpływ na proces usuwania intronów (czynniki regulacji splicingu)
• wpływ na szybkość rozkładu innych białek (ubikwityny itp.)

3.1. Białka regulujące transkrypcję

Czynnik transkrypcyjny to białko, które wchodząc do jądra reguluje transkrypcję DNA, czyli odczytywanie informacji z DNA do mRNA (synteza mRNA z wykorzystaniem matrycy DNA). Niektóre czynniki transkrypcyjne zmieniają strukturę chromatyny, czyniąc ją bardziej dostępną dla polimeraz RNA. Istnieją różne pomocnicze czynniki transkrypcyjne, które tworzą pożądaną konformację DNA dla późniejszego działania innych czynników transkrypcyjnych. Kolejną grupą czynników transkrypcyjnych są te czynniki, które nie wiążą się bezpośrednio z cząsteczkami DNA, ale łączą się w bardziej złożone kompleksy za pomocą interakcji białko-białko.

3.2. Czynniki regulacji tłumaczenia

Audycja- synteza łańcuchów polipeptydowych białek z wykorzystaniem matrycy mRNA, realizowana przez rybosomy. Regulację translacji można przeprowadzić na kilka sposobów, w tym za pomocą białek represorowych, które wiążą się z mRNA. W wielu przypadkach represorem jest białko kodowane przez ten mRNA. W tym przypadku zachodzi regulacja typu sprzężenia zwrotnego (przykładem tego jest tłumienie syntezy enzymu syntetazy treonylo-tRNA).

3.3. Czynniki regulujące splicing

W genach eukariotycznych istnieją regiony, które nie kodują aminokwasów. Regiony te nazywane są intronami. Podczas transkrypcji są one najpierw kopiowane na pre-mRNA, a następnie wycinane przez specjalny enzym. Ten proces usuwania intronów, a następnie łączenia końców pozostałych odcinków nazywa się splicingiem. Splicing przeprowadzany jest przez małe RNA, zwykle związane z białkami zwanymi czynnikami regulującymi splicing. W splicingu biorą udział białka o aktywności enzymatycznej. Dają pre-mRNA pożądaną konformację. Złożenie kompleksu (spliceosomu) wymaga zużycia energii w postaci rozszczepionych cząsteczek ATP, dlatego kompleks ten zawiera białka posiadające aktywność ATPazy.

Istnieje alternatywny splicing. Cechy splicingu są określane przez białka, które mogą wiązać się z cząsteczką RNA w regionach intronowych lub obszarach na granicy ekson-intron. Białka te mogą zapobiegać usunięciu niektórych intronów i jednocześnie sprzyjać wycinaniu innych. Ukierunkowana regulacja splicingu może mieć znaczące konsekwencje biologiczne. Na przykład u muszki owocowej Drosophila alternatywne składanie leży u podstaw mechanizmu determinacji płci.

3.4. Kinazy białkowe i fosfatazy białkowe

Najważniejszą rolę w regulacji procesów wewnątrzkomórkowych odgrywają kinazy białkowe – enzymy, które aktywują lub hamują aktywność innych białek poprzez przyłączenie do nich grup fosforanowych.

Kinazy białkowe regulują aktywność innych białek poprzez fosforylację – dodanie reszt Kwas fosforowy do reszt aminokwasowych zawierających grupy hydroksylowe. Fosforylacja zwykle zmienia funkcjonowanie danego białka, np. aktywność enzymatyczną, a także położenie białka w komórce.

Istnieją również fosfatazy białkowe - białka rozszczepiające grupy fosforanowe. Kinazy białkowe i fosfatazy białkowe regulują metabolizm i przekazywanie sygnałów w komórce. Fosforylacja i defosforylacja białek jest jednym z głównych mechanizmów regulujących większość procesów wewnątrzkomórkowych.

Cykl aktywacji białka G pod wpływem receptora.