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Biología de las proteínas reguladoras. Función reguladora de las proteínas

Biología de las proteínas reguladoras. Función reguladora de las proteínas

Plan:

1 Proteínas implicadas en la señalización intercelular
2 proteínas receptoras
3 Proteínas reguladoras intracelulares
- 3.1 Proteínas reguladoras de la transcripción
- 3.2 Factores de regulación traslacional
- 3.3 factores reguladores de empalme
- 3.4 Proteínas quinasas y proteínas fosfatasas

Introducción

Función reguladora de las proteínas— realización por parte de las proteínas de la regulación de procesos en una célula o en un organismo, lo que está asociado a su capacidad para recibir y transmitir información. La acción de las proteínas reguladoras es reversible y, por regla general, requiere la presencia de un ligando. Constantemente se descubren más y más nuevas proteínas reguladoras; en la actualidad, probablemente solo se conozca una pequeña parte de ellas.

Existen varios tipos de proteínas que realizan una función reguladora:

proteínas - receptores que perciben la señal
Proteínas señalizadoras: hormonas y otras sustancias que llevan a cabo la señalización intercelular (muchas de ellas, aunque no todas, son proteínas o péptidos)
proteínas reguladoras que regulan muchos procesos dentro de las células.

1. Proteínas implicadas en la señalización intercelular

Las proteínas hormonales (y otras proteínas involucradas en la señalización intercelular) afectan el metabolismo y otros procesos fisiológicos.

hormonas- sustancias que se forman en las glándulas endocrinas, son transportadas por la sangre y transmiten una señal de información. Las hormonas se propagan al azar y actúan solo en aquellas células que tienen proteínas receptoras adecuadas. Las hormonas se unen a receptores específicos. Las hormonas suelen regular procesos lentos, por ejemplo, el crecimiento de tejidos individuales y el desarrollo del cuerpo, pero hay excepciones: por ejemplo, la adrenalina (ver el artículo adrenalina) es una hormona del estrés, un derivado de los aminoácidos. Se libera cuando un impulso nervioso actúa sobre la médula suprarrenal. Al mismo tiempo, el corazón comienza a latir con más frecuencia, la presión arterial aumenta y se producen otras respuestas. También actúa sobre el hígado (descompone el glucógeno). La glucosa se libera en la sangre y es utilizada por el cerebro y los músculos como fuente de energía.

2. Proteínas receptoras

Las proteínas receptoras también se pueden atribuir a proteínas con una función reguladora. Proteínas de membrana: los receptores transmiten una señal desde la superficie de la célula hacia adentro, transformándola. Regulan las funciones celulares uniéndose a un ligando que se "asienta" en este receptor fuera de la célula; como resultado, se activa otra proteína dentro de la célula.

La mayoría de las hormonas actúan sobre una célula solo si hay un determinado receptor en su membrana: otra proteína o glicoproteína. Por ejemplo, el receptor β2-adrenérgico se encuentra en la membrana de las células hepáticas. Bajo estrés, la molécula de adrenalina se une al receptor β2-adrenérgico y lo activa. El receptor activado luego activa la proteína G, que se une a GTP. Después de muchos pasos intermedios de transducción de señales, se produce la fosforólisis del glucógeno. El receptor realizó la primera operación de transducción de señales que condujo a la descomposición del glucógeno. Sin él, no habría reacciones posteriores dentro de la célula.

3. Proteínas reguladoras intracelulares

Las proteínas regulan los procesos que ocurren dentro de las células usando varios mecanismos:

interacciones con moléculas de ADN (factores de transcripción)
por fosforilación (proteína quinasa) o desfosforilación (proteína fosfatasa) de otras proteínas
al interactuar con el ribosoma o las moléculas de ARN (factores de regulación de la traducción)
efectos sobre el proceso de eliminación de intrones (factores reguladores de empalme)
influencia en la velocidad de descomposición de otras proteínas (ubiquitinas, etc.)

3.1. Proteínas reguladoras de la transcripción

factor de transcripcion- esta es una proteína que, al ingresar al núcleo, regula la transcripción del ADN, es decir, la lectura de información del ADN al ARNm (síntesis de ARNm según la plantilla de ADN). Algunos factores de transcripción modifican la estructura de la cromatina, haciéndola más accesible a las ARN polimerasas. Hay varios factores de transcripción auxiliares que crean la conformación de ADN deseada para la acción posterior de otros factores de transcripción. Otro grupo de factores de transcripción son aquellos factores que no se unen directamente a las moléculas de ADN, sino que se combinan en complejos más complejos mediante interacciones proteína-proteína.

3.2. Factores de regulación traslacional

Transmisión- síntesis de cadenas polipeptídicas de proteínas según la plantilla de ARNm, realizada por los ribosomas. La traducción se puede regular de varias maneras, incluso con la ayuda de proteínas represoras que se unen al ARNm. Hay muchos casos en los que el represor es la proteína codificada por este ARNm. En este caso, se produce una regulación por retroalimentación (un ejemplo de esto es la represión de la síntesis de la enzima treonil-tRNA sintetasa).

3.3. factores reguladores de empalme

Dentro de los genes eucarióticos, hay regiones que no codifican para aminoácidos. Estas regiones se denominan intrones. Primero se transcriben en pre-ARNm durante la transcripción, pero luego una enzima especial los elimina. Este proceso de eliminación de intrones y luego la unión posterior de los extremos de las secciones restantes se denomina empalme (entrecruzamiento, empalme). El splicing se lleva a cabo utilizando pequeños RNA, generalmente asociados a proteínas, llamados factores reguladores de splicing. El empalme involucra proteínas con actividad enzimática. Le dan al pre-ARNm la conformación deseada. Para ensamblar el complejo (spliceosoma), es necesario consumir energía en forma de moléculas de ATP escindibles, por lo tanto, este complejo contiene proteínas con actividad ATPasa.

Hay un empalme alternativo. Las características de empalme están determinadas por proteínas que pueden unirse a la molécula de ARN en las regiones de intrones o áreas en el borde exón-intrón. Estas proteínas pueden impedir la eliminación de algunos intrones y al mismo tiempo promover la escisión de otros. La regulación específica del empalme puede tener importantes implicaciones biológicas. Por ejemplo, en la mosca de la fruta Drosophila, el empalme alternativo subyace en el mecanismo de determinación del sexo.

3.4. Proteínas quinasas y proteínas fosfatasas

El papel más importante en la regulación de los procesos intracelulares lo desempeñan las proteínas quinasas, enzimas que activan o inhiben la actividad de otras proteínas al unirles grupos fosfato.

Las proteínas quinasas regulan la actividad de otras proteínas mediante la fosforilación, la adición de residuos de ácido fosfórico a los residuos de aminoácidos que tienen grupos hidroxilo. La fosforilación suele cambiar el funcionamiento de la proteína, como la actividad enzimática, así como la posición de la proteína en la célula.

También hay proteínas fosfatasas, proteínas que escinden los grupos fosfato. Las proteínas quinasas y las proteínas fosfatasas regulan el metabolismo y la señalización dentro de la célula. La fosforilación y desfosforilación de proteínas es uno de los principales mecanismos de regulación de la mayoría de los procesos intracelulares.

Ciclo de activación de la proteína G bajo la acción del receptor.

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Este resumen se basa en un artículo de la Wikipedia en ruso. Sincronización completada 18/07/11 07:59:14
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PROTEÍNAS REGULADORAS

(del lat. regulo - poner en orden, ajustar), un grupo de proteínas involucradas en la regulación de la descomposición. bioquímica procesos. Un grupo importante de R. b., este artículo está dedicado a Crimea, son proteínas que interactúan con el ADN y controlan la expresión génica (expresión génica en los signos y propiedades del cuerpo). La gran mayoría de tales R. lo haría. opera a nivel transcripciones(síntesis de ARN mensajero, o ARNm, en una plantilla de ADN) y es responsable de la activación o represión (supresión) de la síntesis de ARNm (respectivamente, proteínas activadoras y proteínas represoras).

Conocido ca. 10 represores. Naib. entre ellos se estudian los represores procarióticos (bacterias, algas verdeazuladas), que regulan la síntesis de enzimas involucradas en el metabolismo de la lactosa (lac-represor) en Escherichia coli (E. coli), y el represor del bacteriófago A. Su acción se realiza mediante la unión a específicos. secciones de ADN (operadores) de los genes correspondientes y bloqueando el inicio de la transcripción del ARNm codificado por estos genes.

El represor suele ser un dímero de dos cadenas polipeptídicas idénticas orientadas en direcciones opuestas entre sí. Los represores impiden físicamente ARN polimerasa unirse al ADN en la región promotora (el sitio de unión de la enzima ARN polimerasa dependiente de ADN que cataliza la síntesis de ARNm en la plantilla de ADN) y comenzar la síntesis de ARNm. Se supone que el represor solo previene el inicio de la transcripción y no afecta la elongación del ARNm.

El represor puede controlar la síntesis a.- l. una proteína o varias proteínas, cuya expresión está coordinada. Por regla general, estos están sirviendo a uno metabólico. sendero; sus genes son parte de un operón (un conjunto de genes interconectados y regiones reguladoras adyacentes).

Minnesota. Los represores pueden existir tanto en forma activa como inactiva, dependiendo de si están o no asociados con inductores o correpresores (respectivamente, sustratos, en cuya presencia aumenta o disminuye específicamente la tasa de síntesis de una enzima en particular; ver. Reguladores de enzimas); estas interacciones tienen una naturaleza no covalente.

Para una expresión génica eficiente, es necesario no sólo que el inductor inactive el represor, sino también que se realice el específico. positivo señal de encendido, que está mediada por R. b., trabajando "en pareja" con cíclica. monofosfato de adenosina (cAMP). Este último está asociado con R. b. específico. (el llamado activador de proteínas CAP de genes de catabolitos, o activador del catabolismo de proteínas-BAC). Este es un dímero con un muelle. M. 45 mil Después de unirse a cAMP, adquiere la capacidad de unirse a específico. regiones en el ADN, lo que aumenta considerablemente la eficiencia de la transcripción de los genes del operón correspondiente. Al mismo tiempo, CAP no afecta la tasa de crecimiento de la cadena de ARNm, pero controla la etapa de iniciación de la transcripción: la unión de la ARN polimerasa al promotor. A diferencia del represor, CAP (en complejo con cAMP) facilita la unión de la ARN polimerasa al ADN y hace que el inicio de la transcripción sea más frecuente. El sitio de unión de CAP al ADN se une directamente al promotor desde el lado opuesto al que se localiza el operador.

La regulación positiva (p. ej., el operón lac de E. coli) se puede describir mediante un esquema simplificado: con una disminución en la concentración de glucosa (la principal fuente de carbono), aumenta el cAMP, que se une a SAR, y el complejo resultante al promotor lac . Como resultado, se estimula la unión de la ARN polimerasa al promotor y aumenta la tasa de transcripción de los genes, para codificar centeno, lo que permite que la célula cambie al uso de otra fuente de lactosa de carbono. Hay otras R. b. especiales. (p. ej., proteína C), cuyo funcionamiento se describe mediante un esquema más complejo; controlan una estrecha gama de genes y pueden actuar tanto como represores como activadores.

Los represores y activadores específicos de operón no afectan la especificidad de la propia ARN polimerasa. Este último nivel de regulación se realiza en casos que involucran a massir. cambio en el espectro de genes expresados. Entonces, en E. coli, los genes que codifican el choque térmico, que se expresan en una serie de condiciones estresantes de la célula, son leídos por la ARN polimerasa solo cuando se incluye un R. b.-t especial en su clase. llamó factor s 32 . Toda la familia de estos R. b. (factores s) que cambian la especificidad del promotor de la ARN polimerasa se han encontrado en bacilos y otras bacterias.

Dr. La variedad de R. b. cambia el catalizador ARN polimerasa de Saint-va (las llamadas proteínas anti-terminador). Entonces, en el bacteriófago X, se conocen dos de esas proteínas, centeno modificar la ARN polimerasa para que no obedezca las señales celulares de terminación (final) de la transcripción (esto es necesario para la expresión activa de los genes del fago).

El esquema general de la genética. el control, incluido el funcionamiento de R. b., también es aplicable a las bacterias y las células eucariotas (todos los organismos, a excepción de las bacterias y las algas verdeazuladas).

eucariota las células responden a ext. señales (para ellos, por ejemplo), en principio, de la misma manera que las células bacterianas reaccionan a los cambios en la concentración de nutrientes. en-en en ambiente, es decir, por represión reversible o activación (desrepresión) de genes individuales. Al mismo tiempo, R. b., controlando simultáneamente un número grande genes, se pueden utilizar en la descomposición. combinaciones Genética combinacional similar la regulación puede proporcionar diferenciación. desarrollo de todo el complejo organismo multicelular debido a la interacción. número relativamente pequeño de clave R. b.

En el sistema de regulación de la actividad génica en eucariotas, hay una adición. un nivel ausente en las bacterias, a saber, la traducción de todos los nucleosomas (subunidades repetidas cromatina), que forman parte de la unidad de transcripción, a una forma activa (descondensada) en aquellas células donde ésta debería estar funcionalmente activa. Se supone que aquí está involucrado un conjunto de Rb específicos, que no tienen análogos en los procariotas. Estos no sólo reconocen detalles. secciones de cromatina (o. ADN), sino que también causan ciertos cambios estructurales en las áreas adyacentes. R., semejante a los estimulantes y los represores de las bacterias, aparentemente, participan en la regulación de la transcripción ulterior de los genes separados en las esferas activir. cromatina.

Clase extensiva R. b. eucariota- proteínas receptoras hormonas esteroides.

Secuencia de aminoácidos R. b. llamado codificado. genes reguladores. La inactivación mutacional del represor conduce a la síntesis incontrolada de ARNm y, en consecuencia, a una cierta proteína (como resultado traducción- síntesis de proteínas en una plantilla de ARNm). Tales organismos se llaman mutantes constitutivos. La pérdida del activador da como resultado una disminución persistente en la síntesis de la proteína regulada.

Iluminado.: Strayer L., Bioquímica, trad. del inglés, volumen 3, M., 1985, p. 112-25.

P. L. Ivanov.

Enciclopedia química. - M.: Enciclopedia soviética. ed. IL Knunyants. 1988 .

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Tales como los receptores de hormonas o la subunidad reguladora de la proteína quinasa (una enzima activada por cAMP) tienen actividades que controlan la unión de ligandos reguladores (es decir, hormonas y cAMP, respectivamente). Para que las actividades de las proteínas de esta clase estén reguladas específicamente por ligandos, dichas moléculas deben tener, en primer lugar, sitios que se unan específicamente (y, por regla general, con alta afinidad) al ligando, lo que les da a las moléculas la capacidad de distinguirse. ligandos de otros compuestos químicos. Además, la proteína debe tener una estructura tal que, como resultado de la unión del ligando, su conformación pueda cambiar, es decir, permitir la acción reguladora. Por ejemplo, en los mamíferos, la unión específica de cAMP a la subunidad reguladora de proteínas quinasas individuales da como resultado una disminución en la afinidad de unión de esta subunidad a la subunidad catalítica de la enzima. Esto provoca la disociación de ambas subunidades proteicas de la enzima. La subunidad catalítica, liberada de la acción inhibidora de la subunidad reguladora, se activa y cataliza la fosforilación de proteínas. La fosforilación cambia las propiedades de ciertas proteínas, lo que afecta los procesos bajo el control de cAMP.

En cuanto al grupo de hormonas al que pertenece la hormona del crecimiento, se ha identificado parcialmente la secuencia de nucleótidos del ARNm que codifica su síntesis (Baxter J.D. ea, 1979). Cada aminoácido requiere tres nucleótidos en el ADN (y por lo tanto en el ARNm transcrito a partir de él). Aunque un triplete dado de nucleótidos (codón) corresponde a un aminoácido dado, puede haber varios codones para el mismo aminoácido. Esta "degeneración" del código genético hace posible que las secuencias de nucleótidos de los dos genes dados, que determinan la estructura de las dos hormonas, sean más o menos homólogas que las que se encuentran en las proteínas. Por lo tanto, si dos proteínas comparten una homología de secuencia de aminoácidos aleatoria, entonces las secuencias ácidos nucleicos podría mostrar grandes diferencias. Sin embargo, con respecto a los genes que codifican la síntesis de hormonas del grupo de las somatotropinas, este no es el caso; la homología de la secuencia de ácidos nucleicos es mayor que la homología de la secuencia de aminoácidos (Baxter J.D. ea, 1979). La hormona del crecimiento humana y la somatomamotropina coriónica, que comparten una homología de secuencia de aminoácidos del 87 %, tienen una homología de secuencia de ácido nucleico del 93 % en sus ARNm. Las hormonas de crecimiento humanas y de rata comparten una homología de secuencia de aminoácidos del 70 %, y sus ARNm muestran una homología de secuencia de ácido nucleico del 75 %. En algunas regiones del ARNm de la hormona del crecimiento de rata y la somatomamotropina coriónica humana (ARNm de dos hormonas diferentes en dos especies), la homología es del 85%. Por lo tanto, solo los cambios mínimos de base en el ADN causan diferencias hormonales. Por lo tanto, estos datos respaldan la conclusión de que los genes de estas hormonas evolucionaron a partir de un ancestro común. Desde el punto de vista de las ideas anteriores sobre los símbolos y las reacciones que provocan, es significativo que cada una de las tres hormonas de este grupo tiene un efecto sobre el crecimiento. La hormona del crecimiento es un factor que determina el crecimiento lineal. La prolactina juega un papel importante en los procesos de lactancia y por lo tanto asegura el crecimiento del recién nacido. La somatomamotropina coriónica, aunque su significado fisiológico no se ha establecido claramente, puede tener un efecto significativo en el crecimiento intrauterino al dirigir los nutrientes que ingresan al cuerpo de la madre que afectan el crecimiento fetal.

Las proteínas involucradas en la regulación del metabolismo pueden servir como ligandos (por ejemplo, hormonas peptídicas), es decir, interactuar con otras proteínas, como los receptores de hormonas, ejerciendo un efecto regulador. Otras proteínas reguladoras, como los receptores hormonales o la subunidad reguladora de la proteína quinasa (una enzima activada por cAMP), tienen actividades controladas por la unión de ligandos reguladores (es decir, hormonas y cAMP, respectivamente) (capítulo 4). Para que las actividades de las proteínas de esta clase estén reguladas específicamente por ligandos, dichas moléculas deben tener, en primer lugar, sitios que se unan específicamente (y, por regla general, con alta afinidad) al ligando, lo que les da a las moléculas la capacidad de distinguirse. el ligando de otros compuestos químicos. Además, la proteína debe tener una estructura tal que, como resultado de la unión del ligando, su conformación pueda cambiar, es decir, brindar la posibilidad de ejercer una acción reguladora. Por ejemplo, en los mamíferos, la unión específica de cAMP a la subunidad reguladora de ciertas proteínas quinasas da como resultado una disminución en la afinidad de unión de esta subunidad a la subunidad catalítica de la enzima (capítulo 4). Esto provoca la disociación de ambas subunidades proteicas de la enzima. La subunidad catalítica, liberada de la acción inhibidora de la subunidad reguladora, se activa y cataliza la fosforilación de proteínas. La fosforilación cambia las propiedades de ciertas proteínas, lo que afecta los procesos bajo el control de cAMP. La interacción de las hormonas esteroides con sus receptores provoca cambios conformacionales en estos últimos que les confieren la capacidad de unirse al núcleo celular (véase el Capítulo 4). Esta interacción también altera otras propiedades del receptor que son importantes para mediar el efecto de las hormonas esteroides en la transcripción de ciertos tipos de ARNm.
Para tener funciones tan especializadas y altamente específicas, las proteínas, como resultado de la evolución de los genes que determinan su secuencia de aminoácidos, tuvieron que adquirir la estructura que tienen actualmente. En algunos casos, otros genes también intervienen en el proceso, codificando la síntesis de productos que modifican las propias proteínas reguladoras (por ejemplo, por glicosilación). Dado que la evolución de los genes aparentemente ocurrió debido a mecanismos tales como la mutación de genes preexistentes y la recombinación de secciones de diferentes genes (como se discutió), esto impuso ciertas restricciones en la evolución de la proteína. Desde un punto de vista evolutivo, probablemente sería más fácil modificar las estructuras que están presentes que crear genes completamente nuevos. En este sentido, la existencia de cierta homología en las secuencias de aminoácidos de varias proteínas puede no ser inesperada, ya que sus genes podrían haber surgido como resultado de la evolución de precursores comunes. Dado que, como se señaló anteriormente, las regiones de proteínas adaptadas para unirse a ligandos reguladores, como cAMP y esteroides o sus análogos, ya deben haber existido cuando aparecieron estos ligandos, es fácil imaginar cómo la modificación de los genes de tales proteínas puede conducir a la síntesis de otras proteínas que conservan una alta especificidad de unión del ligando regulador.
En la fig. La figura 2-2 muestra uno de los esquemas hipotéticos para la evolución de la glucotransferasa primitiva en tres tipos existentes de proteínas reguladoras: proteína de unión a cAMP bacteriana (CAP o CRP), que regula la transcripción de varios genes que codifican enzimas que están involucradas en el metabolismo de la lactosa , así como una proteína de unión a cAMP de mamíferos que regula la actividad de la proteína quinasa dependiente de cAMP, que media la acción de cAMP en humanos (consulte el Capítulo 4) y la adenilato ciclasa (consulte el Capítulo 4). Con respecto a la proteína y la cinasa bacterianas, los sitios de unión a ATP de la glucocinasa primitiva han evolucionado hacia la adquisición de una mayor especificidad de unión a AMPc. La proteína bacteriana también adquirió una capacidad adicional de unión a polinucleótidos (ADN). La evolución de la quinasa implica la adquisición de la capacidad de la glucofosfotransferasa para fosforilar proteínas. Finalmente, la adenilato ciclasa también podría formarse a partir de la glucocinasa reemplazando la función generadora de ADP por una generadora de AMPc. Estas conclusiones no pueden sino ser puramente hipotéticas; sin embargo, muestran cómo podría haberse producido la evolución molecular de las proteínas reguladoras enumeradas.

Arroz. 2-2. Origen propuesto de la proteína quinasa dependiente de AMPc, la adenilato ciclasa y la proteína reguladora de unión a AMPc bacteriana (Baxter, MacLeod).
Aunque faltan muchos detalles en el panorama de la evolución de las proteínas, la información actualmente disponible sobre la estructura de las proteínas y los genes proporciona alguna base para analizar la cuestión de si los genes de algunas hormonas polipeptídicas se originaron a partir de un gen precursor común. Las hormonas polipeptídicas individuales se pueden agrupar según su similitud estructural. No hay nada sorprendente en el hecho de que las hormonas pertenecientes a un mismo grupo puedan tener efectos fisiológicos similares provocados por ellas, así como un mecanismo de acción similar. Así, la hormona del crecimiento (GH), la prolactina y la somatomamotropina coriónica (lactógeno placentario) se caracterizan por un alto grado homología de secuencia de aminoácidos. Las hormonas glicoproteicas (hormona tirotrópica (TSH), gonadotropina coriónica humana (hCG), hormonas estimulantes del folículo (FSH) y luteinizantes (LH)) constan de dos subunidades, cada una de las cuales (cadena A) es idéntica o casi idéntica para todas las hormonas de un grupo dado. La secuencia de aminoácidos de las subunidades B en varias hormonas, aunque no es idéntica, tiene homología estructural. Son estas diferencias en las cadenas B las que probablemente tengan una importancia decisiva para impartir especificidad a la interacción de cada hormona con su tejido diana. La insulina muestra algunos análogos estructurales y comparte actividad biológica con otros factores de crecimiento como la somatomedina y la actividad similar a la insulina no suprimida (NIPA).
En cuanto al grupo de hormonas al que pertenece la hormona del crecimiento, se ha dilucidado parcialmente la secuencia de nucleótidos del ARNm que codifica su síntesis. Cada aminoácido requiere tres nucleótidos en el ADN (y, por lo tanto, en el ARNm transcrito a partir de él). Aunque este triplete de nucleótidos; (codón) corresponde a este aminoácido en particular, puede haber varios codones para el mismo aminoácido. Tal "degeneración" del código genético hace posible que las secuencias de nucleótidos de los dos genes dados, que determinan la estructura de las dos hormonas, sean más o menos homólogas que las que se encuentran en las proteínas. Por lo tanto, si dos proteínas comparten una homología de secuencia de aminoácidos aleatoria, entonces las secuencias de ácido nucleico podrían mostrar grandes diferencias. Sin embargo, con respecto a los genes que codifican la síntesis de hormonas del grupo de las somatotropinas, este no es el caso; la homología de secuencias de ácidos nucleicos es mayor que la homología de secuencias de aminoácidos. La hormona del crecimiento humana y la somatomamotropina coriónica humana, que comparten una homología de secuencia de aminoácidos del 87 %, tienen una homología de secuencia de ácido nucleico del 93 % en sus ARNm. Las hormonas de crecimiento humanas y de rata comparten una homología de secuencia de aminoácidos del 70 %, y sus ARNm muestran una homología de secuencia de ácido nucleico del 75 %. En algunas regiones del ARNm de la hormona del crecimiento de rata y la somatomamotropina coriónica humana (ARNm de dos hormonas diferentes en dos especies biológicas), la homología es del 85% (fig. 2-3). Por lo tanto, solo los cambios mínimos de base en el ADN causan diferencias hormonales. Por lo tanto, estos datos respaldan la conclusión de que los genes de estas hormonas evolucionaron a partir de un ancestro común. Desde el punto de vista de las ideas anteriores sobre los símbolos y las reacciones que provocan, es significativo que cada una de las tres hormonas de este grupo tiene un efecto sobre el crecimiento (ver más abajo). La hormona del crecimiento es un factor que determina el crecimiento lineal. La prolactina juega un papel importante en los procesos de lactancia y por lo tanto asegura el crecimiento del recién nacido. La somatomamotropina coriónica, aunque su significado fisiológico no se ha establecido con precisión, puede tener un efecto significativo sobre el crecimiento intrauterino, dirigiendo los nutrientes que ingresan al cuerpo de la madre hacia el crecimiento fetal.

Arroz. 2-3. Homología de secuencias de aminoácidos (AA) en hormona de crecimiento de rata (GRH) y somatomamotropina coriónica humana (lactógeno placentario humano, PLC) y secuencias de ácido nucleico en ARN mensajero que codifica la síntesis de estas dos hormonas. Los nombres de los aminoácidos están abreviados, al igual que los nombres de los ácidos nucleicos. Se muestra la región correspondiente a la secuencia de aminoácidos 134-149. Los ácidos nucleicos y aminoácidos no homólogos están subrayados (Baxter et al.). U - uridina, C - citosina, A - adenosina, G - guanosina.

El trabajo de los genes en cualquier organismo, procariota, eucariota, unicelular o multicelular, está controlado y coordinado.

Diferentes genes tienen diferente actividad temporal. Algunos de ellos se caracterizan por una actividad constante. Dichos genes son responsables de la síntesis de proteínas necesarias para una célula u organismo a lo largo de la vida, por ejemplo, genes cuyos productos están involucrados en la síntesis de ATP. La mayoría de los genes tienen actividad intermitente, funcionan solo en ciertos momentos cuando existe la necesidad de sus productos: las proteínas. Los genes también difieren en sus niveles de actividad (bajo o alto).

Las proteínas celulares se clasifican en reguladoras y estructurales. Proteínas reguladoras sintetizados en genes reguladores y controlan el trabajo de genes estructurales. Los genes estructurales codifican proteínas estructurales que realizan funciones estructurales, enzimáticas, de transporte y otras (¡excepto las de regulación!).

La regulación de la síntesis de proteínas se lleva a cabo en todas las etapas de este proceso: transcripción, traducción y modificación postraduccional, ya sea por inducción o por represión.

La regulación de la actividad génica en los organismos eucarióticos es mucho más complicada que la regulación de la expresión génica en los procarióticos, que está determinada por la complejidad de la organización de un organismo eucariótico, y especialmente de uno pluricelular. En 1961, los científicos franceses F. Jacob, J. Monod y A. Lvov formularon un modelo de control genético de la síntesis de proteínas que catalizan la asimilación de lactosa por la célula: el concepto de operón.

Un operón es un grupo de genes controlados por un único gen regulador.

Un gen regulador es un gen con baja actividad constante; en él se sintetiza una proteína represora, una proteína reguladora que puede unirse a un operador, inactivándolo.

Un operador es un punto de partida para leer la información genética; controla el trabajo de los genes estructurales.

Los genes estructurales del operón de lactosa contienen información sobre las enzimas involucradas en el metabolismo de la lactosa. Por lo tanto, la lactosa servirá como inductor, un agente que inicia el trabajo del operón.

Un promotor es el sitio de unión de la ARN polimerasa.

El terminador es el sitio de terminación de la síntesis de ARNm.

En ausencia de un inductor, el sistema no funciona, ya que el represor "libre" del inductor, la lactosa, está conectado al operador. En este caso, la enzima ARN polimerasa no puede catalizar el proceso de síntesis de ARNm. Si se encuentra lactosa (un inductor) en la célula, al interactuar con el represor, cambia su estructura, como resultado de lo cual el represor libera al operador. La ARN polimerasa se une al promotor, comienza la síntesis de ARNm (transcripción de genes estructurales). Luego se forman proteínas en los ribosomas de acuerdo con el programa del operón de ARNm-lactosa. En los organismos procarióticos, una molécula de ARNm reescribe la información de todos los genes estructurales del operón, es decir, Un operón es una unidad de transcripción. La transcripción continúa mientras las moléculas de lactosa permanezcan en el citoplasma de la célula. Tan pronto como la célula procesa todas las moléculas, el represor cierra el operador y se detiene la síntesis de ARNm.

Por lo tanto, la síntesis de ARNm y, en consecuencia, la síntesis de proteínas deben estar estrictamente reguladas, ya que la célula no tiene suficientes recursos para la transcripción y traducción simultáneas de todos los genes estructurales. Tanto los procariotas como los eucariotas sintetizan constantemente solo aquellos ARNm que son necesarios para realizar funciones celulares básicas.La expresión de otros genes estructurales se lleva a cabo bajo el estricto control de los sistemas reguladores que desencadenan la transcripción solo cuando existe la necesidad de una determinada proteína (proteínas ).

PROTEÍNAS REGULADORAS (del lat. regulo - poner en orden, ajustar), un grupo de proteínas. involucrados en la regulación de la descomposición. bioquímica procesos. Un grupo importante de proteínas reguladoras, al que se dedica este artículo, son las proteínas que interactúan con el ADN y controlan la expresión génica (expresión génica en las características y propiedades de un organismo). La gran mayoría de estas proteínas reguladoras funcionan a nivel de transcripción (síntesis de ARN mensajero, o ARNm, en una plantilla de ADN) y son responsables de la activación o represión (supresión) de la síntesis de ARNm (proteínas activadoras y proteínas represoras, respectivamente) .

El represor suele ser un dímero de dos cadenas polipeptídicas idénticas orientadas en direcciones opuestas entre sí. Los represores evitan físicamente que la ARN polimerasa se una al ADN en el sitio del promotor (el sitio de unión de la enzima ARN polimerasa dependiente de ADN que cataliza la síntesis de ARNm en la plantilla de ADN) y que inicie la síntesis de ARNm. Se supone que el represor solo previene el inicio de la transcripción y no afecta la elongación del ARNm.

El represor puede controlar la síntesis a.- l. una sola proteína o una gama de proteínas. cuya expresión es coordinada. Como regla general, estas son enzimas que sirven a uno metabólico. sendero; sus genes son parte de un operón (un conjunto de genes interconectados y regiones reguladoras adyacentes).

Minnesota. los represores pueden existir tanto en formas activas como inactivas, dependiendo de si están o no asociados con inductores o correpresores (respectivamente, sustratos en presencia de los cuales la tasa de síntesis de una enzima particular aumenta o disminuye específicamente; ver Reguladores de enzimas); estas interacciones tienen una naturaleza no covalente.

Para una expresión génica eficiente, es necesario no sólo que el inductor inactive el represor, sino también que se realice el específico. positivo señal de encendido, que está mediada por proteínas reguladoras que trabajan "en pareja" con cíclicas. monofosfato de adenosina (cAMP). Este último se une a proteínas reguladoras específicas (las denominadas CAP-proteína-activador de genes catabólicos, o proteínas activadoras del catabolismo-BAC). Este es un dímero con un muelle. M. 45 mil Después de unirse a cAMP, adquiere la capacidad de unirse a específico. regiones en el ADN, lo que aumenta considerablemente la eficiencia de la transcripción de los genes del operón correspondiente. Al mismo tiempo, CAP no afecta la tasa de crecimiento de la cadena de ARNm, pero controla la etapa de iniciación de la transcripción: la unión de la ARN polimerasa al promotor. A diferencia del represor, CAP (en complejo con cAMP) facilita la unión de la ARN polimerasa al ADN y hace que el inicio de la transcripción sea más frecuente. El sitio de unión de CAP al ADN se une directamente al promotor desde el lado opuesto al que se localiza el operador.

La regulación positiva (p. ej., del operón lac de E. coli) se puede describir de manera simplificada: con una disminución en la concentración de glucosa (la principal fuente de carbono), aumenta la concentración de cAMP, que se une a CAP, y la el complejo resultante aumenta con el promotor lac. Como resultado, se estimula la unión de la ARN polimerasa al promotor y aumenta la tasa de transcripción de genes que codifican enzimas que permiten a la célula cambiar a otra fuente de carbono, la lactosa. Existen otras proteínas reguladoras especiales (p. ej., la proteína C), cuyo funcionamiento se describe mediante un esquema más complejo; controlan una estrecha gama de genes y pueden actuar tanto como represores como activadores.

Los represores y activadores específicos de operón no afectan la especificidad de la propia ARN polimerasa. Este último nivel de regulación se realiza en casos que involucran a massir. cambio en el espectro de genes expresados. Entonces, en E. coli, los genes que codifican proteínas de choque térmico, que se expresan en una serie de condiciones estresantes de la célula, son leídos por la ARN polimerasa solo cuando una proteína reguladora especial, la llamada. factor s32. Se ha encontrado en bacilos y otras bacterias toda una familia de estas proteínas reguladoras (factores s), que modifican la especificidad promotora de la ARN polimerasa.

Dr. una variedad de proteínas reguladoras cambia catalíticamente. propiedades de la ARN polimerasa (las llamadas proteínas anti-terminador). Por ejemplo, en el bacteriófago X, se conocen dos proteínas de este tipo que modifican la ARN polimerasa para que no obedezca las señales celulares de terminación (fin) de la transcripción (esto es necesario para la expresión activa de los genes del fago).

El esquema general de la genética. el control, incluido el funcionamiento de las proteínas reguladoras, también es aplicable a las bacterias y las células eucariotas (todos los organismos excepto las bacterias y las algas verdeazuladas).

eucariota las células responden a ext. señales (para ellos, por ejemplo, hormonas) en principio, de la misma manera que las células bacterianas reaccionan a los cambios en la concentración de nutrientes. sustancias en el medio ambiente, es decir, por represión reversible o activación (desrepresión) de genes individuales. Al mismo tiempo, en la descomposición se pueden utilizar proteínas reguladoras que controlan simultáneamente la actividad de un gran número de genes. combinaciones Genética combinacional similar la regulación puede proporcionar diferenciación. desarrollo de todo el complejo organismo multicelular debido a la interacción. relativamente pocas proteínas reguladoras clave

En el sistema de regulación de la actividad génica en eucariotas, hay una adición. un nivel ausente en las bacterias, a saber, la traducción de todos los nucleosomas (subunidades de cromatina repetitivas) que componen la unidad de transcripción en una forma activa (descondensada) en aquellas células donde este gen debería estar funcionalmente activo. Se supone que aquí interviene un conjunto de proteínas reguladoras específicas que no tienen análogos en procariotas. Estas proteínas no solo reconocen secciones de cromatina (o. ADN), sino que también causan ciertos cambios estructurales en las áreas adyacentes. Las proteínas reguladoras como activadores y represores de bacterias, aparentemente, están involucradas en la regulación de la transcripción posterior de genes individuales en áreas activir. cromatina.

Una amplia clase de proteínas reguladoras eucariotas proteínas receptoras de hormonas esteroides.

La secuencia de aminoácidos de las proteínas reguladoras está codificada por los llamados. genes reguladores. La inactivación mutacional del represor conduce a la síntesis incontrolada de ARNm y, en consecuencia, de cierta proteína (como resultado de la síntesis de proteína de traducción en la plantilla de ARNm). Tales organismos se llaman mutantes constitutivos. La pérdida del activador como resultado de la mutación conduce a una disminución persistente de la síntesis de la proteína regulada.