Paneļi
Regulējošo proteīnu bioloģija. Olbaltumvielu regulējošā funkcija

Regulējošo proteīnu bioloģija. Olbaltumvielu regulējošā funkcija

Plāns:

1 Proteīni, kas iesaistīti starpšūnu signalizācijā
2 Receptoru proteīni
3 Intracelulāri regulējošie proteīni
- 3.1 Transkripcijas regulatoru proteīni
- 3.2 Tulkošanas regulēšanas faktori
- 3.3 Savienojumu regulējošie faktori
- 3.4 Proteīnkināzes un proteīna fosfatāzes

Ievads

Olbaltumvielu regulējošā funkcija― procesu regulēšana šūnā vai organismā ar proteīnu palīdzību, kas saistīta ar to spēju saņemt un pārraidīt informāciju. Regulējošo proteīnu darbība ir atgriezeniska un, kā likums, prasa ligandu klātbūtni. Pastāvīgi tiek atklāts arvien vairāk jaunu regulējošo proteīnu, pašlaik, iespējams, ir zināma tikai neliela daļa no tiem.

Ir vairāki proteīnu veidi, kas veic regulēšanas funkciju:

olbaltumvielas - receptori, kas uztver signālu
signalizācijas olbaltumvielas - hormoni un citas vielas, kas veic starpšūnu signālu pārraidi (daudzas, kaut arī ne visas, ir olbaltumvielas vai peptīdi)
regulējošie proteīni, kas regulē daudzus procesus šūnās.

1. Proteīni, kas iesaistīti starpšūnu signalizācijā

Hormonu proteīni (un citi proteīni, kas iesaistīti starpšūnu signalizācijā) ietekmē vielmaiņu un citus fizioloģiskos procesus.

Hormoni- vielas, kas veidojas endokrīnos dziedzeros, tiek transportētas ar asinīm un nes informācijas signālu. Hormoni izplatās bez mērķa un iedarbojas tikai uz tām šūnām, kurām ir piemēroti receptoru proteīni. Hormoni saistās ar specifiskiem receptoriem. Hormoni parasti regulē lēnus procesus, piemēram, atsevišķu audu augšanu un organisma attīstību, taču ir izņēmumi: piemēram, adrenalīns (skat. rakstu adrenalīns) ir stresa hormons, aminoskābju atvasinājums. Tas izdalās, kad nervu impulss iedarbojas uz virsnieru serdi.Tajā pašā laikā sirds sāk pukstēt biežāk, paaugstinās asinsspiediens un rodas citas reakcijas. Tas iedarbojas arī uz aknām (sašķeļ glikogēnu). Glikoze nonāk asinīs, un smadzenes un muskuļi to izmanto kā enerģijas avotu.

2. Receptoru proteīni

Proteīni ar regulējošu funkciju ietver arī receptoru proteīnus. Membrānas proteīni - receptori pārraida signālu no šūnas virsmas iekšpusē, pārveidojot to. Tie regulē šūnu funkcijas, saistoties ar ligandu, kas “sēž” uz šī receptora ārpus šūnas; rezultātā šūnā tiek aktivizēts cits proteīns.

Lielākā daļa hormonu iedarbojas uz šūnu tikai tad, ja uz tās membrānas atrodas noteikts receptors – cits proteīns vai glikoproteīns. Piemēram, β2-adrenerģiskais receptors atrodas uz aknu šūnu membrānas. Stresa apstākļos adrenalīna molekula saistās ar β2-adrenerģisko receptoru un aktivizē to. Pēc tam aktivizētais receptors aktivizē G proteīnu, kas piesaista GTP. Pēc daudziem signāla pārraides starpposmiem notiek glikogēna fosforolīze. Receptors veica pirmo darbību, lai pārraidītu signālu, kas noveda pie glikogēna sadalīšanās. Bez tā turpmākas reakcijas šūnā nenotiktu.

3. Intracelulāri regulējošie proteīni

Olbaltumvielas regulē procesus, kas notiek šūnās, izmantojot vairākus mehānismus:

mijiedarbība ar DNS molekulām (transkripcijas faktori)
ar citu proteīnu fosforilēšanu (proteīnkināzi) vai defosforilēšanu (proteīna fosfatāzi)
mijiedarbojoties ar ribosomām vai RNS molekulām (translācijas regulējošie faktori)
ietekme uz intronu noņemšanas procesu (splicēšanas regulēšanas faktori)
ietekme uz citu olbaltumvielu (ubikvitīnu utt.) sadalīšanās ātrumu

3.1. Transkripcijas regulatoru proteīni

Transkripcijas faktors ir proteīns, kas, nonākot kodolā, regulē DNS transkripciju, tas ir, informācijas nolasīšanu no DNS uz mRNS (mRNS sintēze, izmantojot DNS šablonu). Daži transkripcijas faktori maina hromatīna struktūru, padarot to pieejamāku RNS polimerāzēm. Ir dažādi papildu transkripcijas faktori, kas rada vēlamo DNS konformāciju turpmākai citu transkripcijas faktoru darbībai. Vēl viena transkripcijas faktoru grupa ir tie faktori, kas nesaistās tieši ar DNS molekulām, bet tiek apvienoti sarežģītākos kompleksos, izmantojot proteīnu-olbaltumvielu mijiedarbību.

3.2. Tulkošanas regulēšanas faktori

Raidījums- proteīnu polipeptīdu ķēžu sintēze, izmantojot mRNS matricu, ko veic ribosomas. Tulkošanas regulēšanu var veikt vairākos veidos, tostarp ar represoru proteīnu palīdzību, kas saistās ar mRNS. Ir daudzi gadījumi, kad represors ir proteīns, ko kodē šī mRNS. Šajā gadījumā notiek atgriezeniskās saites veida regulēšana (piemērs tam ir enzīma treonil-tRNS sintetāzes sintēzes apspiešana).

3.3. Savienojumu regulējošie faktori

Eikariotu gēnos ir reģioni, kas nekodē aminoskābes. Šos reģionus sauc par introniem. Tie vispirms tiek kopēti uz pre-mRNS transkripcijas laikā, bet pēc tam izgriezti ar īpašu enzīmu. Šo intronu noņemšanas un pēc tam atlikušo sekciju galu savienošanas procesu sauc par savienošanu. Savienojumu veic mazas RNS, kas parasti ir saistītas ar olbaltumvielām, ko sauc par splicēšanas regulējošiem faktoriem. Savienošanā piedalās olbaltumvielas ar enzīmu aktivitāti. Tie nodrošina pre-mRNS vēlamo konformāciju. Kompleksa (spliceosomas) montāžai nepieciešams enerģijas patēriņš sadalītu ATP molekulu veidā, tāpēc šajā kompleksā ir proteīni, kuriem ir ATPāzes aktivitāte.

Pastāv alternatīva savienošana. Savienojuma pazīmes nosaka proteīni, kas var saistīties ar RNS molekulu introniskajos reģionos vai apgabalos pie eksona-introna robežas. Šie proteīni var novērst dažu intronu izņemšanu un tajā pašā laikā veicināt citu izgriešanu. Mērķtiecīgai splicēšanas regulēšanai var būt nozīmīgas bioloģiskas sekas. Piemēram, augļu mušai Drosophila dzimuma noteikšanas mehānisma pamatā ir alternatīva savienošana.

3.4. Proteīnkināzes un proteīna fosfatāzes

Nozīmīgākā loma intracelulāro procesu regulēšanā ir proteīnkināzēm – fermentiem, kas aktivizē vai nomāc citu proteīnu aktivitāti, piesaistot tiem fosfātu grupas.

Proteīnkināzes regulē citu proteīnu aktivitāti, fosforilējot - aminoskābju atlikumiem ar hidroksilgrupām pievienojot fosforskābes atlikumus. Fosforilēšana parasti maina dotā proteīna darbību, piemēram, enzīmu aktivitāti, kā arī proteīna stāvokli šūnā.

Ir arī proteīnu fosfatāzes - proteīni, kas šķeļ fosfātu grupas. Proteīnkināzes un proteīna fosfatāzes regulē vielmaiņu un signālu pārraidi šūnā. Olbaltumvielu fosforilēšana un defosforilēšana ir viens no galvenajiem mehānismiem, kas regulē lielāko daļu intracelulāro procesu.

G-proteīna aktivācijas cikls receptoru ietekmē.

lejupielādēt
Šis kopsavilkums ir balstīts uz rakstu no krievu Vikipēdijas. Sinhronizācija pabeigta 07/18/11 07:59:14
Līdzīgi kopsavilkumi:

REGULĀCIJAS PROTEĪNI

(no latīņu valodas regulo - sakārtot, izveidot), olbaltumvielu grupa, kas iesaistīta dažādu funkciju regulēšanā. bioķīm. procesi. Svarīga proteīnu proteīnu grupa, kurai ir veltīts šis raksts, ir proteīni, kas mijiedarbojas ar DNS un kontrolē gēnu ekspresiju (gēnu ekspresiju organisma īpašībās un īpašībās). Lielais vairums šādu R. b. darbojas līmenī transkripcijas(Ziņneša RNS jeb mRNS sintēze uz DNS veidnes) un ir atbildīga par mRNS sintēzes (attiecīgi aktivatorproteīnu un represorproteīnu) aktivizēšanu vai apspiešanu (nomākšanu).

Zināms apm. 10 represori. Naib. to vidū ir pētīti prokariotu (baktērijas, zilaļģes) represori, kas regulē laktozes metabolismā iesaistīto enzīmu sintēzi (lac-repressors) Escherichia coli (E.coli), un bakteriofāga A represors. Viņu darbība tiek realizēta, saistoties ar konkrētu. Atbilstošo gēnu DNS sekcijas (operatori) un bloķē šo gēnu kodētās mRNS transkripcijas uzsākšanu.

Represors parasti ir divu identisku polipeptīdu ķēžu dimērs, kas orientēti savstarpēji pretējos virzienos. Represori fiziski novērš RNS polimerāze pievienojiet DNS promotora reģionā (no DNS atkarīgā RNS polimerāzes enzīma saistīšanās vieta, kas katalizē mRNS sintēzi uz DNS veidnes) un sāciet mRNS sintēzi. Tiek pieņemts, ka represors tikai traucē transkripcijas uzsākšanu un neietekmē mRNS pagarinājumu.

Represors var kontrolēt šūnu sintēzi. viens proteīns vai vairākas olbaltumvielas, kuru ekspresija ir koordinēta. Parasti tie kalpo vienam metabolismam. ceļš; to gēni ir daļa no viena operona (savstarpēji saistītu gēnu kopums un blakus esošie regulējošie reģioni).

Mn. Represori var pastāvēt gan aktīvā, gan neaktīvā formā, atkarībā no tā, vai tie ir vai nav saistīti ar induktoriem vai korepresoriem (respektīvi, substrātiem, kuru klātbūtnē konkrēta enzīma sintēzes ātrums specifiski palielinās vai samazinās; sk. Enzīmu regulatori); šīs mijiedarbības tiem ir nekovalents raksturs.

Efektīvai gēnu ekspresijai ir nepieciešams ne tikai, lai induktors inaktivētu represoru, bet arī tas būtu jārealizē īpaši. pozitīvs ieslēgšanās signāls, kas tiek mediēts ar R. b., kas darbojas “pārī” ar ciklisku. adenozīna monofosfāts (cAMP). Pēdējais saistās ar konkrētu R. b. (tā sauktais CAP proteīna katabolīta gēna aktivators vai proteīna katabolisma aktivators-BAK). Šis ir dimērs ar piestātni. m 45 tūkst.Pēc saistīšanās ar cAMP, tas iegūst spēju piesaistīties specifiskam. apgabalos uz DNS, strauji palielinot attiecīgā operona gēnu transkripcijas efektivitāti. Šajā gadījumā CAP neietekmē mRNS ķēdes augšanas ātrumu, bet kontrolē transkripcijas iniciācijas stadiju – RNS polimerāzes piesaisti promotoram. Atšķirībā no represora, CAP (kompleksā ar cAMP) atvieglo RNS polimerāzes saistīšanos ar DNS un padara transkripcijas iniciāciju biežāku. Vieta, kur CAP pievienojas DNS, atrodas tieši blakus promotoram tajā pusē, kas ir pretēja operatora atrašanās vietai.

Pozitīvo regulējumu (piemēram, E. coli lac operonu) var raksturot ar vienkāršotu shēmu: samazinoties glikozes (galvenā oglekļa avota) koncentrācijai, palielinās cAMP, kas saistās ar ATS, un iegūtais komplekss. ar lac promotoru. Rezultātā tiek stimulēta RNS polimerāzes saistīšanās ar promotoru un palielinās to gēnu transkripcijas ātrums, kas kodē, ļaujot šūnai pāriet uz cita oglekļa avota — laktozes — izmantošanu. Ir arī citi īpašie R. b. (piem., proteīns C), kura darbību raksturo sarežģītāka shēma; tie kontrolē šauru gēnu diapazonu un var darboties gan kā represori, gan aktivatori.

Represori un operoniem specifiskie aktivatori neietekmē pašas RNS polimerāzes specifiku. Šis pēdējais regulējuma līmenis tiek īstenots gadījumos, kas saistīti ar masu. izmaiņas izteikto gēnu spektrā. Tādējādi E. coli gēnus, kas kodē karstuma šoku, kas izpaužas vairākos šūnas stresa apstākļos, RNS polimerāze nolasa tikai tad, ja tās atsaucē ir iekļauts īpašs R. b.-t. sauca faktors s 32. Visa ģimene šo R. dz. (s-faktori), kas maina RNS polimerāzes promotora specifiku, ir konstatēti baciļos un citās baktērijās.

Dr. šķirne R. b. katalītiskās izmaiņas RNS polimerāzes (tā saukto antiterminatoru proteīnu) īpašības. Tādējādi bakteriofāgā X ir zināmas divas šādas olbaltumvielas, kas modificē RNS polimerāzi tā, ka tā nepakļaujas šūnu signāliem transkripcijas pārtraukšanai (tas ir nepieciešams fāgu gēnu aktīvai ekspresijai).

Ģenētiskā vispārējā shēma kontrole, ieskaitot R. b. darbību, attiecas arī uz baktērijām un eikariotu šūnām (visiem organismiem, izņemot baktērijas un zilaļģes).

Eikariotu. šūnas reaģē uz ārējo signāli (viņiem tas ir, piemēram) principā ir tādi paši kā baktēriju šūnas reaģē uz barības vielu koncentrācijas izmaiņām. in-in in vidi, t.i., ar atgriezenisku represiju vai atsevišķu gēnu aktivāciju (derepresiju). Tajā pašā laikā R. b., vienlaikus kontrolējot liels skaits gēnus, var izmantot dažādās kombinācijas. Līdzīga ģenētiska kombinācija. regulējums var nodrošināt diferenciāciju. visa kompleksā daudzšūnu organisma attīstība, pateicoties mijiedarbībai. salīdzinoši neliels skaits atslēgu R. b.

Gēnu aktivitātes regulēšanas sistēmai eikariotos ir papildu komponenti. līmenis, kas nav sastopams baktērijās, proti, visu nukleosomu translācija (atkārtotas apakšvienības hromatīns), iekļauts transkripcijas vienībā aktīvā (dekondensētā) formā tajās šūnās, kur tai vajadzētu būt funkcionāli aktīvai. Tiek pieņemts, ka šeit ir iesaistīta noteikta R. b kopa, kurai prokariotos nav analogu. Tie ne tikai atpazīst konkrētus. hromatīna (vai DNS) sekcijas, bet arī rada noteiktas strukturālas izmaiņas blakus esošajos apgabalos. R. b., līdzīgi kā baktēriju aktivatori un represori, acīmredzot piedalās atsevišķu gēnu turpmākās transkripcijas regulēšanā aktivējošajos reģionos. hromatīns.

Plaša klase R. b. eikarioti- receptoru proteīni steroīdie hormoni.

R. b. aminoskābju secība. iekodēti t.s regulējošie gēni. Represora mutācijas inaktivācija noved pie nekontrolētas mRNS un līdz ar to noteikta proteīna sintēzes (kā rezultātā raidījumi proteīnu sintēze uz mRNS matricas). Tādus organismus sauc. konstitutīvie mutanti. Iegūtais aktivatora zudums izraisa pastāvīgu regulētā proteīna sintēzes samazināšanos.

Lit.: Strayer L., Bioķīmija, tulk. no angļu valodas, 3. sēj., M., 1985, 1. lpp. 112-25.

P. L. Ivanovs.

Ķīmiskā enciklopēdija. - M.: Padomju enciklopēdija. Ed. I. L. Knunyants. 1988 .

Skatiet, kas ir “REGULATORY PROTEINS” citās vārdnīcās:

vāveres- pūtītēm specifiska Neviendabīga kodolproteīnu grupa, kas iesaistīta gēnu aktivācijas procesā politēna hromosomu uzpūtījumos; Šajos proteīnos ietilpst paši transkripcijas faktori (RNS polimerāze II, regulējošie proteīni utt.), kā arī virkne... ... Tehniskā tulkotāja rokasgrāmata

Pufam specifiski proteīni- Puffs specifiskās olbaltumvielas * dvesma specifiskās olbaltumvielas * dvesma specifiskās olbaltumvielas ir heterogēna kodolproteīnu grupa, kas iesaistīta gēnu aktivācijas procesā politēna hromosomu uzpūtienos. Šīs olbaltumvielas ietver fermentus, kas......

Šim terminam ir arī citas nozīmes, skatiet sadaļu Proteīni (nozīmes). Olbaltumvielas (olbaltumvielas, polipeptīdi) ar augstu molekulmasu organisko vielu, kas sastāv no alfa aminoskābēm, kas savienotas ķēdē ar peptīdu saiti. Dzīvos organismos... ... Wikipedia

Augsta molekulmasa dabisks polimēri, kas veidoti no aminoskābju atlikumiem, kas savienoti ar amīda (peptīdu) saiti. Katrs B. ir raksturots īpaši. aminoskābju secība un atsevišķas telpas, struktūra (konformācija). Uz… … Ķīmiskā enciklopēdija

PROTEĪNI, lielmolekulārie organiskie savienojumi, biopolimēri, veidoti no 20 veidu L a aminoskābju atlikumiem, kas savienoti noteiktā secībā garās ķēdēs. Olbaltumvielu molekulmasa svārstās no 5 tūkstošiem līdz 1 miljonam Nosaukums... ... enciklopēdiskā vārdnīca

Regulējošie proteīni- * regulējošie proteīni * regulējošie proteīni proteīni, kas regulē matricas procesus, novietojot tos DNS regulējošajos reģionos. Olbaltumvielas, kas saistās ar bojātu DNS * proteīni, kas saistās ar DNS * DNS bojājumu saistīšanās… … Ģenētika. enciklopēdiskā vārdnīca

Olbaltumvielas, organiskas ar augstu molekulmasu. savienojumi, kas veidoti no aminoskābju atlikumiem. Viņiem ir galvenā loma dzīvē, veicot daudzas funkcijas. funkcijas to struktūrā, attīstībā un vielmaiņā. Mol. m. B. no BELKA’ 5000 līdz daudziem... ...

- (Sciurus), vāveru ģints. Dl. ķermeņi 20-31 cm.. Labi kāpj un pārvietojas kokos. Garā (20-30 cm) kuplā aste lecot kalpo kā stūre. LABI. 40 sugas, ziemeļos. puslodē un ziemeļu dienvidos. Amerikā, kalnu un zemienes mežos, tostarp salās...... Bioloģiskā enciklopēdiskā vārdnīca

PROTEĪNI, proteīni, augstas molekulmasas organiskie. savienojumi, kas veidoti no aminoskābju atlikumiem. Viņiem ir galvenā loma visu organismu dzīvē, piedaloties to struktūrā, attīstībā un vielmaiņā. Mol. m. B. no 5000 līdz miljoniem miljons... Bioloģiskā enciklopēdiskā vārdnīca

vāveres- olbaltumvielas, olbaltumvielas, augstas molekulārās organiskās vielas, kas veidotas no aminoskābju atlikumiem. Viņiem ir būtiska loma visu organismu dzīvē, jo tie ir daļa no to šūnām un audiem un veic katalītiskos (enzīmus), regulējošos... Lauksaimniecība. Lielā enciklopēdiskā vārdnīca

Piemēram, hormonu receptoriem vai proteīnkināzes (cAMP aktivēta enzīma) regulējošajai apakšvienībai ir aktivitātes, kas kontrolē regulējošo ligandu (t.i., hormonu un cAMP, attiecīgi) saistīšanos. Lai šīs klases proteīnu aktivitātes tiktu īpaši regulētas ar ligandiem, šādām molekulām, pirmkārt, ir jābūt vietām, kas specifiski (un parasti ar augstu afinitāti) saistās ar ligandu, kas dod molekulām spēju atšķirt. ligandi no citiem ķīmiskiem savienojumiem. Turklāt proteīnam jābūt ar tādu struktūru, lai ligandu saistīšanās rezultātā varētu mainīties tā konformācija, t.i. nodrošināt spēju nodrošināt regulējošu darbību. Piemēram, zīdītājiem cAMP specifiskā saistīšanās ar atsevišķu proteīnkināžu regulējošo apakšvienību izraisa šīs apakšvienības saistīšanās afinitātes samazināšanos ar fermenta katalītisko apakšvienību. Tas izraisa abu fermenta olbaltumvielu apakšvienību disociāciju. Katalītiskā apakšvienība, kas atbrīvota no regulējošās apakšvienības inhibējošās darbības, tiek aktivizēta un katalizē proteīnu fosforilēšanos. Fosforilēšana maina noteiktu proteīnu īpašības, kas ietekmē procesus cAMP kontrolē.

Attiecībā uz hormonu grupu, kurai pieder augšanas hormons, to sintēzi kodējošo mRNS nukleotīdu secība ir daļēji identificēta (Baxter J.D. ea, 1979). Katrai aminoskābei ir nepieciešami trīs nukleotīdi DNS (un līdz ar to no tās pārrakstītajā mRNS). Lai gan dots nukleotīdu triplets (kodons) atbilst noteiktai aminoskābei, vienai aminoskābei var būt vairāki kodoni. Šī ģenētiskā koda “deģenerācija” nosaka šo divu gēnu nukleotīdu secību, kas nosaka abu hormonu struktūru, lielāku vai mazāku homoloģiju, nekā tas ir sastopams olbaltumvielās. Tādējādi, ja diviem proteīniem ir nejauša aminoskābju secību homoloģija, tad sekvences nukleīnskābes varētu parādīt lielas atšķirības. Tomēr attiecībā uz gēniem, kas kodē somatotropīnu grupas hormonu sintēzi, tas tā nav; Nukleīnskābju sekvences homoloģija ir augstāka nekā aminoskābju sekvences homoloģija (Baxter J.D. ea, 1979). Cilvēka augšanas hormonam un cilvēka horiona somatomammotropīnam, kam ir 87% aminoskābju sekvences homoloģija, ir 93% nukleīnskābju sekvences homoloģija to mRNS. Cilvēka un žurkas augšanas hormoniem ir 70% aminoskābju secību homoloģija, un to mRNS uzrāda 75% nukleīnskābju sekvences homoloģiju. Dažos žurku augšanas hormona un cilvēka horiona somatomammotropīna (divu dažādu hormonu mRNS divās bioloģiskajās sugās) mRNS reģionos homoloģija ir 85%. Tādējādi tikai minimālas bāzes izmaiņas DNS izraisa hormonu atšķirības. Tāpēc šie dati apstiprina secinājumu, ka šādu hormonu gēni veidojās evolūcijas laikā no kopējā priekšgājēja. No piedāvāto ideju par simboliem un to izraisītajām reakcijām viedokļa ir būtiski, ka katrs no trim šīs grupas hormoniem iedarbojas uz augšanu. Augšanas hormons ir faktors, kas nosaka lineāro augšanu. Prolaktīnam ir svarīga loma laktācijas procesos un tādējādi nodrošina jaundzimušā augšanu. Cilvēka horiona somatomammotropīns, lai gan tā fizioloģiskā nozīme nav precīzi noteikta, var būtiski ietekmēt intrauterīnu augšanu, virzot barības vielas, kas nonāk mātes organismā, kas ietekmē augļa augšanu (

Metabolisma regulēšanā iesaistītie proteīni paši var kalpot kā ligandi (piemēram, peptīdu hormoni), t.i., mijiedarboties ar citiem proteīniem, piemēram, hormonālajiem receptoriem, iedarbojoties ar regulējošu efektu. Citu regulējošo proteīnu, piemēram, hormonu receptoru vai proteīnkināzes (cAMP aktivēta enzīma) regulējošās apakšvienības aktivitātes kontrolē regulējošo ligandu saistīšanās (t.i., attiecīgi hormoni un cAMP) (sk. 4. nodaļu). Lai šīs klases proteīnu aktivitātes tiktu īpaši regulētas ar ligandiem, šādām molekulām, pirmkārt, ir jābūt vietām, kas specifiski (un parasti ar augstu afinitāti) saistās ar ligandu, kas dod molekulām spēju atšķirt. ligandu no citiem ķīmiskiem savienojumiem. Turklāt proteīnam ir jābūt ar tādu struktūru, lai ligandu saistīšanās rezultātā varētu mainīties tā konformācija, t.i., nodrošināt iespēju iedarboties ar regulējošu efektu. Piemēram, zīdītājiem cAMP specifiskā saistīšanās ar atsevišķu proteīnkināžu regulējošo apakšvienību izraisa šīs apakšvienības saistīšanās afinitātes samazināšanos ar fermenta katalītisko apakšvienību (sk. 4. nodaļu). Tas izraisa abu fermenta olbaltumvielu apakšvienību disociāciju. Katalītiskā apakšvienība, kas atbrīvota no regulējošās apakšvienības inhibējošās darbības, tiek aktivizēta un katalizē proteīnu fosforilēšanos. Fosforilēšana maina noteiktu proteīnu īpašības, kas ietekmē procesus cAMP kontrolē. Steroīdu hormonu mijiedarbība ar to receptoriem izraisa konformācijas izmaiņas pēdējos, kas dod tiem spēju saistīties ar šūnas kodolu (sk. 4. nodaļu). Šī mijiedarbība maina arī citas receptoru īpašības, kas ir svarīgas steroīdu hormonu ietekmes starpniecībā uz noteiktu mRNS veidu transkripciju.
Lai proteīniem būtu tik specializētas un ļoti specifiskas funkcijas, gēnu evolūcijas rezultātā, kas nosaka to aminoskābju secību, bija jāiegūst tāda struktūra, kāda tiem ir šobrīd. Dažos gadījumos procesā piedalās arī citi gēni, kas kodē tādu produktu sintēzi, kas modificē pašus regulējošos proteīnus (piemēram, glikozilējot). Tā kā šķiet, ka gēnu evolūcija ir notikusi, izmantojot tādus mehānismus kā jau esošu gēnu mutācijas un dažādu gēnu reģionu rekombinācija (kā apspriests), tas radīja noteiktus ierobežojumus olbaltumvielu evolūcijai. No evolūcijas viedokļa, iespējams, būtu vieglāk pārveidot esošās struktūras, nevis radīt pilnīgi jaunus gēnus. Šajā sakarā dažu homoloģiju esamība dažādu proteīnu aminoskābju sekvencēs var nebūt negaidīta, jo to gēni var rasties kopīgu prekursoru evolūcijas dēļ. Tā kā, kā minēts iepriekš, proteīnu reģioniem, kas pielāgoti regulējošo ligandu saistīšanai, piemēram, cAMP un steroīdiem vai to analogiem, šo ligandu parādīšanās brīdī jau vajadzēja pastāvēt, ir viegli iedomāties, kā šādu proteīnu gēnu modifikācijas varētu izraisīt. citu proteīnu sintēzei, kas saglabā augstu regulējošo ligandu saistīšanās specifiku.
Attēlā Attēlā 2-2 parādīta viena no hipotētiskām shēmām primitīvās glikotransferāzes evolūcijai trīs pastāvošos regulējošo proteīnu veidos: baktēriju cAMP saistošais proteīns (CAP vai CRP), kas regulē vairāku gēnu transkripciju, kas kodē enzīmus, kas piedalās laktozes metabolismā. , un zīdītāju cAMP saistošais proteīns, kas regulē no cAMP atkarīgās proteīnkināzes aktivitāti, kas mediē cAMP darbību cilvēkiem (sk. 4. nodaļu), un adenilāta ciklāzes (sk. 4. nodaļu). Saistībā ar baktēriju proteīnu un kināzi primitīvās glikokināzes ATP saistošie reģioni ir attīstījušies, lai iegūtu lielāku cAMP saistīšanās specifiku. Baktēriju proteīns ieguva arī papildu polinukleotīdu (DNS) saistīšanās spēju. Kināzes evolūcija ietver glikofosfotransferāzes spēju fosforilēt proteīnu iegūšanu. Visbeidzot, adenilāta ciklāzi var veidot no glikokināzes, aizstājot ADP ģenerējošo funkciju ar cAMP ģenerējošu funkciju. Šie secinājumi var būt tikai hipotētiski; tomēr tie parāda, kā varēja notikt uzskaitīto regulējošo proteīnu molekulārā evolūcija.

Rīsi. 2-2. Piedāvātā cAMP atkarīgās proteīnkināzes, adenilāta ciklāzes un baktēriju cAMP saistošā regulējošā proteīna (Baxter, MacLeod) izcelsme.
Lai gan olbaltumvielu evolūcijas attēlā trūkst daudzu detaļu, pašreizējās zināšanas par proteīnu un gēnu struktūru sniedz zināmu pamatu, lai analizētu jautājumu par to, vai dažu polipeptīdu hormonu gēni ir attīstījušies no kopēja prekursora gēna. Atsevišķus polipeptīdu hormonus var grupēt pēc struktūras līdzības. Nav pārsteidzoši, ka hormoniem, kas pieder vienai grupai, var būt līdzīga fizioloģiska iedarbība, kā arī līdzīgs darbības mehānisms. Tādējādi tiek raksturots augšanas hormons (GH), prolaktīns un horiona somatomammotropīns (placentas laktogēns). augsta pakāpe aminoskābju secības homoloģija. Glikoproteīna hormoni – vairogdziedzeri stimulējošais hormons (TSH), cilvēka horiona gonadotropīns (hCG), folikulus stimulējošie (FSH) un luteinizējošie (LH) hormoni – sastāv no divām apakšvienībām, no kurām katra (A ķēde) ir identiska vai gandrīz identiska. visi noteiktās grupas hormoni. B apakšvienību aminoskābju secībai dažādos hormonos, lai gan tā nav identiska, ir strukturāla homoloģija. Iespējams, ka šīs B ķēdes atšķirības ir būtiskas, lai piešķirtu specifiskumu katra hormona mijiedarbībai ar tā mērķa audiem. Insulīnam ir vairāki strukturāli analogi, un tam ir kopīga bioloģiskā aktivitāte ar citiem augšanas faktoriem, piemēram, somatomedīnu un neinhibējamu insulīnam līdzīgu aktivitāti (NIPA).
Attiecībā uz hormonu grupu, pie kuras pieder augšanas hormons, to sintēzi kodējošo mRNS nukleotīdu secība ir daļēji noskaidrota. Katrai aminoskābei ir nepieciešami trīs nukleotīdi DNS (un līdz ar to no tās pārrakstītajā mRNS). Lai gan šis nukleotīdu triplets; (kodons) atbilst šai konkrētajai aminoskābei; vienai aminoskābei var būt vairāki kodoni. Šī ģenētiskā koda “deģenerācija” nosaka šo divu gēnu nukleotīdu secību, kas nosaka abu hormonu struktūru, lielāku vai mazāku homoloģiju, nekā tas ir sastopams olbaltumvielās. Tādējādi, ja diviem proteīniem ir nejauša aminoskābju secību homoloģija, tad nukleīnskābju sekvencēs var būt lielas atšķirības. Tomēr attiecībā uz gēniem, kas kodē somatotropīnu grupas hormonu sintēzi, tas tā nav; Nukleīnskābju sekvences homoloģija ir augstāka nekā aminoskābju sekvences homoloģija. Cilvēka augšanas hormonam un cilvēka horiona somatomammotropīnam, kam ir 87% aminoskābju sekvences homoloģija, ir 93% nukleīnskābju sekvences homoloģija to mRNS. Cilvēka un žurkas augšanas hormoniem ir 70% aminoskābju secību homoloģija, un to mRNS uzrāda 75% nukleīnskābju sekvences homoloģiju. Dažos žurku augšanas hormona un cilvēka horiona somatomammotropīna (divu dažādu hormonu mRNS divās bioloģiskajās sugās) mRNS reģionos homoloģija ir 85% (2-3. att.). Tādējādi tikai minimālas bāzes izmaiņas DNS izraisa hormonu atšķirības. Tāpēc šie dati apstiprina secinājumu, ka šādu hormonu gēni veidojās evolūcijas laikā no kopējā priekšgājēja. No piedāvāto ideju par simboliem un to izraisītajām reakcijām viedokļa ir būtiski, ka katrs no trim šīs grupas hormoniem iedarbojas uz augšanu (skatīt zemāk). Augšanas hormons ir faktors, kas nosaka lineāro augšanu. Prolaktīnam ir svarīga loma laktācijas procesos un tādējādi nodrošina jaundzimušā augšanu. Cilvēka horiona somatomammotropīns, lai gan tā fizioloģiskā nozīme nav precīzi noteikta, var būtiski ietekmēt intrauterīnu augšanu, novirzot barības vielas, kas nonāk mātes organismā uz augļa augšanu.

Rīsi. 2-3. Aminoskābju (AA) sekvenču homoloģija žurku augšanas hormonā (HRH) un cilvēka horiona somatomammotropīnā (cilvēka placentas laktogēns, HPL) un nukleīnskābju sekvences kurjera RNS, kas kodē šo divu hormonu sintēzi. Aminoskābju nosaukumi ir doti ar saīsinājumiem, tāpat kā nukleīnskābju nosaukumi. Parādīts reģions, kas atbilst aminoskābju secībai 134-149. Nehomoloģiskās nukleīnskābes un aminoskābes ir pasvītrotas (Baxter et al.). U - uridīns, C - citozīns, A - adenozīns, G - guanozīns.

Gēnu darbs jebkurā organismā – prokariotu, eikariotu, vienšūnu vai daudzšūnu – tiek kontrolēts un koordinēts.

Dažādiem gēniem ir nevienlīdzīga laika aktivitāte. Dažus no tiem raksturo pastāvīga aktivitāte. Šādi gēni ir atbildīgi par šūnai vai organismam visu mūžu nepieciešamo olbaltumvielu sintēzi, piemēram, gēni, kuru produkti ir iesaistīti ATP sintēzē. Lielākajai daļai gēnu ir nekonsekventa darbība, tie darbojas tikai noteiktos brīžos, kad rodas vajadzība pēc to produktiem – olbaltumvielām. Gēni atšķiras arī pēc to aktivitātes līmeņa (zema vai augsta).

Šūnu proteīnus klasificē kā regulējošos un strukturālos. Regulējošie proteīni sintezēts uz regulējošajiem gēniem un kontrolēt strukturālo gēnu darbību. Strukturālie gēni kodē strukturālas olbaltumvielas, kas veic strukturālas, fermentatīvas, transporta un citas funkcijas (izņemot regulējošās!).

Olbaltumvielu sintēzes regulēšana tiek veikta visos šī procesa posmos: transkripcijā, translācijā un pēctranslācijas modifikācijā, vai nu ar indukciju, vai ar represijām.

Gēnu aktivitātes regulēšana eikariotu organismos ir daudz sarežģītāka nekā prokariotu gēnu ekspresijas regulēšana, ko nosaka eikariotu un jo īpaši daudzšūnu organisma organizācijas sarežģītība. 1961. gadā franču zinātnieki F. Džeikobs, J. Monods un A. Ļvovs formulēja proteīnu sintēzes ģenētiskās kontroles modeli, kas katalizē šūnas laktozes uzņemšanu – operona jēdzienu.

Operons ir gēnu grupa, kuras darbību kontrolē viens gēna regulators.

Regulatorgēns ir gēns, kuram ir nemainīgi zema aktivitāte, uz tā tiek sintezēts represora proteīns - regulējošais proteīns, kas var savienoties ar operatoru, to inaktivējot.

Operators ir sākumpunkts ģenētiskās informācijas nolasīšanai, tas kontrolē strukturālo gēnu darbību.

Laktozes operona strukturālie gēni satur informāciju par laktozes metabolismā iesaistītajiem fermentiem. Tāpēc laktoze kalpos kā induktors – līdzeklis, kas ierosina operācijas darbību.

Promotors ir RNS polimerāzes piesaistes vieta.

Terminators ir vieta, kur beidzas mRNS sintēze.

Ja nav induktora, sistēma nedarbojas, jo operatoram ir pievienots represors, kas ir “brīvs” no induktora - laktozes. Šajā gadījumā enzīms RNS polimerāze nevar katalizēt mRNS sintēzes procesu. Ja šūnā parādās laktoze (induktors), tā mijiedarbojas ar represoru, mainot tā struktūru, kā rezultātā represors atbrīvo operatoru. RNS polimerāze saistās ar promotoru, un sākas mRNS sintēze (strukturālo gēnu transkripcija). Pēc tam uz ribosomām veidojas proteīni pēc mRNS-laktozes operona programmas. Prokariotu organismos informācija no visiem operona strukturālajiem gēniem tiek kopēta vienā mRNS molekulā, t.i. Operons ir transkripcijas vienība. Transkripcija turpinās tik ilgi, kamēr laktozes molekulas paliek šūnu citoplazmā. Tiklīdz šūna apstrādā visas molekulas, operators aizver represoru un mRNS sintēze apstājas.

Tādējādi mRNS sintēze un attiecīgi proteīnu sintēze ir stingri jāregulē, jo šūnai nav pietiekami daudz resursu visu strukturālo gēnu vienlaicīgai transkripcijai un translācijai. Gan pro-, gan eikarioti pastāvīgi sintezē tikai tās mRNS, kas ir nepieciešamas šūnu pamatfunkciju veikšanai.Citu strukturālo gēnu ekspresija tiek veikta stingrā regulējošo sistēmu kontrolē, kas izraisa transkripciju tikai tad, kad rodas nepieciešamība pēc konkrēta proteīna (olbaltumvielām). .

REGULATORY PROTEĪNI (no latīņu regulo - sakārtot, izveidot), olbaltumvielu grupa. iesaistīti dažādu regulēšanā bioķīm. procesi. Svarīga regulējošo proteīnu grupa, kurai šis raksts ir veltīts, ir proteīni, kas mijiedarbojas ar DNS un kontrolē gēnu ekspresiju (gēna izpausmi organisma īpašībās un īpašībās). Lielākā daļa šo regulējošo proteīnu darbojas transkripcijas līmenī (RNS vai mRNS sintēze uz DNS veidnes) un ir atbildīgas par mRNS sintēzes (attiecīgi aktivatorproteīnu un represorproteīnu) aktivizēšanu vai apspiešanu (nomākšanu).

Represors parasti ir divu identisku polipeptīdu ķēžu dimērs, kas orientēti savstarpēji pretējos virzienos. Represori fiziski neļauj RNS polimerāzei pievienoties DNS promotora reģionā (saistīšanās vieta no DNS atkarīgajam RNS polimerāzes enzīmam, kas katalizē mRNS sintēzi uz DNS veidnes) un sāk mRNS sintēzi. Tiek pieņemts, ka represors tikai traucē transkripcijas uzsākšanu un neietekmē mRNS pagarinājumu.

Represors var kontrolēt šūnu sintēzi. viens proteīns vai vairākas olbaltumvielas. kuru izpausme ir saskaņota. Parasti tie ir fermenti, kas apkalpo vienu metabolītu. ceļš; to gēni ir daļa no viena operona (savstarpēji saistītu gēnu kopums un blakus esošie regulējošie reģioni).

Mn. represori var pastāvēt gan aktīvā, gan neaktīvā formā atkarībā no tā, vai tie ir vai nav saistīti ar induktoriem vai korepresoriem (respektīvi, substrāti, kuru klātbūtnē tiek īpaši palielināts vai samazināts konkrētā enzīma sintēzes ātrums; sk. Enzīmu regulatori); šīs mijiedarbības tiem ir nekovalents raksturs.

Efektīvai gēnu ekspresijai ir nepieciešams ne tikai, lai induktors inaktivētu represoru, bet arī tas būtu jārealizē īpaši. pozitīvs ieslēgšanas signāls, ko mediē regulējošie proteīni, kas darbojas “tandēmā” ar cikli. adenozīna monofosfāts (cAMP). Pēdējais saistās ar specifiskiem regulējošiem proteīniem (tā saukto CAP katabolīta gēna aktivatora proteīnu vai katabolisma aktivatora proteīnu-BAK). Šis ir dimērs ar piestātni. m 45 tūkst.Pēc saistīšanās ar cAMP, tas iegūst spēju piesaistīties specifiskam. apgabalos uz DNS, strauji palielinot attiecīgā operona gēnu transkripcijas efektivitāti. Šajā gadījumā CAP neietekmē mRNS ķēdes augšanas ātrumu, bet kontrolē transkripcijas iniciācijas stadiju – RNS polimerāzes piesaisti promotoram. Atšķirībā no represora, CAP (kompleksā ar cAMP) atvieglo RNS polimerāzes saistīšanos ar DNS un padara transkripcijas iniciāciju biežāku. Vieta, kur CAP pievienojas DNS, atrodas tieši blakus promotoram tajā pusē, kas ir pretēja operatora atrašanās vietai.

Pozitīvo regulējumu (piemēram, E. coli lac operonu) var raksturot ar vienkāršotu shēmu: samazinoties glikozes (galvenā oglekļa avota) koncentrācijai, palielinās cAMP koncentrācija, kas saistās ar CAP, un rezultātā komplekss ar lac promotoru. Rezultātā tiek stimulēta RNS polimerāzes saistīšanās ar promotoru un palielinās to gēnu transkripcijas ātrums, kas kodē enzīmus, kas ļauj šūnai pāriet uz cita oglekļa avota – laktozes – izmantošanu. Ir arī citi īpaši regulējošie proteīni (piemēram, proteīns C), kuru darbību raksturo sarežģītāka shēma; tie kontrolē šauru gēnu diapazonu un var darboties gan kā represori, gan aktivatori.

Represori un operoniem specifiskie aktivatori neietekmē pašas RNS polimerāzes specifiku. Šis pēdējais regulējuma līmenis tiek īstenots gadījumos, kas saistīti ar masu. izmaiņas izteikto gēnu spektrā. Tādējādi E. coli gēnus, kas kodē karstuma šoka proteīnus, kas izpaužas vairākos šūnas stresa apstākļos, RNS polimerāze nolasa tikai tad, ja tās sastāvā ir iekļauti īpaši regulējoši proteīni, t.s. faktors s32. Baciļos un citās baktērijās ir atrasta vesela šo regulējošo proteīnu (s-faktoru) saime, kas maina RNS polimerāzes promotora specifiku.

Dr. dažādi regulējošie proteīni maina katalītisko. RNS polimerāzes (tā saukto antiterminatoru proteīnu) īpašības. Tādējādi bakteriofāgā X ir zināmas divas šādas olbaltumvielas, kas modificē RNS polimerāzi tā, ka tā nepakļaujas šūnu signāliem transkripcijas pārtraukšanai (tas ir nepieciešams fāgu gēnu aktīvai ekspresijai).

Ģenētiskā vispārējā shēma kontrole, tostarp regulējošo proteīnu darbība, attiecas arī uz baktērijām un eikariotu šūnām (visiem organismiem, izņemot baktērijas un zilaļģes).

Eikariotu. šūnas reaģē uz ārējo signāli (viņiem tie ir, piemēram, hormoni) principā ir tādi paši kā baktēriju šūnas reaģē uz hipofīzes koncentrācijas izmaiņām. vielas vidē, t.i. ar atgriezenisku represiju vai atsevišķu gēnu aktivāciju (derepresiju). Šajā gadījumā dažādos veidos var izmantot regulējošos proteīnus, kas vienlaikus kontrolē liela skaita gēnu darbību. kombinācijas. Līdzīga ģenētiska kombinācija. regulējums var nodrošināt diferenciāciju. visa kompleksā daudzšūnu organisma attīstība, pateicoties mijiedarbībai. salīdzinoši neliels skaits galveno regulējošo proteīnu

Gēnu aktivitātes regulēšanas sistēmai eikariotos ir papildu komponenti. līmenis, kura baktērijās nav, proti, visu nukleosomu (atkārtotu hromatīna apakšvienību), kas ir daļa no transkripcijas vienības, translācija aktīvā (dekondensētā) formā tajās šūnās, kurās šim gēnam vajadzētu būt funkcionāli aktīvam. Tiek pieņemts, ka šeit ir iesaistīts specifisku regulējošo proteīnu kopums, kam prokariotos nav analogu. Šīs olbaltumvielas ne tikai īpaši atpazīst. hromatīna (vai DNS) sekcijas, bet arī rada noteiktas strukturālas izmaiņas blakus esošajos apgabalos. Šķiet, ka regulējošie proteīni, piemēram, baktēriju aktivatori un represori, ir iesaistīti atsevišķu gēnu turpmākās transkripcijas regulēšanā aktivatora reģionos. hromatīns.

Plaša regulējošo proteīnu klase ir steroīdu hormonu eikariotu receptoru proteīni.

Regulējošo proteīnu aminoskābju secību kodē t.s. regulējošie gēni. Represora mutācijas inaktivācija noved pie nekontrolētas mRNS un līdz ar to noteikta proteīna sintēzes (translācijas-olbaltumvielu sintēzes rezultātā uz mRNS matricas). Tādus organismus sauc. konstitutīvie mutanti. Aktivatora zudums mutācijas rezultātā izraisa pastāvīgu regulētā proteīna sintēzes samazināšanos.