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Biologia das proteínas reguladoras. Função reguladora das proteínas

Biologia das proteínas reguladoras. Função reguladora das proteínas

Plano:

1 Proteínas envolvidas na sinalização intercelular
2 proteínas receptoras
3 Proteínas reguladoras intracelulares
- 3.1 Proteínas reguladoras transcricionais
- 3.2 Fatores de regulação translacional
- 3.3 fatores reguladores de emenda
- 3.4 Proteínas quinases e proteínas fosfatases

Introdução

Função reguladora das proteínas— implementação por proteínas de regulação de processos em uma célula ou em um organismo, que está associada à sua capacidade de receber e transmitir informações. A ação das proteínas reguladoras é reversível e, via de regra, requer a presença de um ligante. Cada vez mais novas proteínas reguladoras estão sendo constantemente descobertas; no momento, provavelmente apenas uma pequena parte delas é conhecida.

Existem vários tipos de proteínas que desempenham uma função reguladora:

proteínas - receptores que percebem o sinal
proteínas de sinal - hormônios e outras substâncias que realizam sinalização intercelular (muitos, embora não todos, são proteínas ou peptídeos)
proteínas reguladoras que regulam muitos processos dentro das células.

1. Proteínas envolvidas na sinalização intercelular

As proteínas hormonais (e outras proteínas envolvidas na sinalização intercelular) afetam o metabolismo e outros processos fisiológicos.

Hormônios- substâncias que são formadas nas glândulas endócrinas, são transportadas pelo sangue e transportam um sinal de informação. Os hormônios se espalham aleatoriamente e atuam apenas nas células que possuem proteínas receptoras adequadas. Os hormônios se ligam a receptores específicos. Os hormônios geralmente regulam processos lentos, por exemplo, o crescimento de tecidos individuais e o desenvolvimento do corpo, mas há exceções: por exemplo, a adrenalina (veja o artigo adrenalina) é um hormônio do estresse, um derivado de aminoácidos. Ele é liberado quando um impulso nervoso atua na medula adrenal, ao mesmo tempo em que o coração começa a bater com mais frequência, a pressão arterial aumenta e outras respostas ocorrem. Também atua no fígado (quebra o glicogênio). A glicose é liberada no sangue e é usada pelo cérebro e pelos músculos como fonte de energia.

2. Proteínas receptoras

As proteínas receptoras também podem ser atribuídas a proteínas com função reguladora. Proteínas de membrana - os receptores transmitem um sinal da superfície da célula para dentro, transformando-a. Eles regulam as funções das células ligando-se a um ligante que "senta" neste receptor fora da célula; como resultado, outra proteína dentro da célula é ativada.

A maioria dos hormônios atua em uma célula apenas se houver um determinado receptor em sua membrana - outra proteína ou glicoproteína. Por exemplo, o receptor β2-adrenérgico está localizado na membrana das células hepáticas. Sob estresse, a molécula de adrenalina se liga ao receptor β2-adrenérgico e o ativa. O receptor ativado então ativa a proteína G, que se liga ao GTP. Após muitas etapas intermediárias de transdução de sinal, ocorre a fosforólise do glicogênio. O receptor realizou a primeira operação de transdução de sinal levando à quebra do glicogênio. Sem ele, não haveria reações subsequentes dentro da célula.

3. Proteínas reguladoras intracelulares

As proteínas regulam os processos que ocorrem dentro das células usando vários mecanismos:

interações com moléculas de DNA (fatores de transcrição)
por fosforilação (proteína quinase) ou desfosforilação (proteína fosfatase) de outras proteínas
interagindo com o ribossomo ou moléculas de RNA (fatores de regulação da tradução)
efeitos no processo de remoção de íntrons (fatores reguladores de splicing)
influência na taxa de decomposição de outras proteínas (ubiquitinas, etc.)

3.1. Proteínas reguladoras transcricionais

fator de transcrição- trata-se de uma proteína que, entrando no núcleo, regula a transcrição do DNA, ou seja, a leitura da informação do DNA para o mRNA (síntese de mRNA de acordo com o molde de DNA). Alguns fatores de transcrição alteram a estrutura da cromatina, tornando-a mais acessível às RNA polimerases. Existem vários fatores de transcrição auxiliares que criam a conformação de DNA desejada para a ação subsequente de outros fatores de transcrição. Outro grupo de fatores de transcrição são aqueles fatores que não se ligam diretamente às moléculas de DNA, mas são combinados em complexos mais complexos usando interações proteína-proteína.

3.2. Fatores de regulação translacional

Transmissão- síntese de cadeias polipeptídicas de proteínas de acordo com o molde de mRNA, realizada pelos ribossomos. A tradução pode ser regulada de várias maneiras, inclusive com a ajuda de proteínas repressoras que se ligam ao mRNA. Existem muitos casos em que o repressor é a proteína codificada por este mRNA. Nesse caso, ocorre a regulação por feedback (exemplo disso é a repressão da síntese da enzima treonil-tRNA sintetase).

3.3. fatores reguladores de emenda

Dentro dos genes eucarióticos, existem regiões que não codificam aminoácidos. Essas regiões são chamadas de íntrons. Eles são primeiro transcritos em pré-mRNA durante a transcrição, mas depois cortados por uma enzima especial. Este processo de remoção de íntrons e, em seguida, a costura subsequente das extremidades das seções restantes é chamado de emenda (reticulação, emenda). O splicing é realizado usando pequenos RNAs, geralmente associados a proteínas, chamados de fatores reguladores de splicing. O splicing envolve proteínas com atividade enzimática. Eles dão ao pré-mRNA a conformação desejada. Para montar o complexo (spliceosome), é necessário consumir energia na forma de moléculas de ATP cliváveis; portanto, esse complexo contém proteínas com atividade ATPásica.

Existe uma emenda alternativa. As características de splicing são determinadas por proteínas que são capazes de se ligar à molécula de RNA nas regiões dos íntrons ou áreas na fronteira exão-íntron. Essas proteínas podem impedir a remoção de alguns íntrons e ao mesmo tempo promover a excisão de outros. A regulação direcionada do splicing pode ter implicações biológicas significativas. Por exemplo, na mosca da fruta Drosophila, o splicing alternativo está subjacente ao mecanismo de determinação do sexo.

3.4. Proteínas quinases e proteínas fosfatases

O papel mais importante na regulação dos processos intracelulares é desempenhado pelas proteínas quinases - enzimas que ativam ou inibem a atividade de outras proteínas ligando grupos fosfato a elas.

As proteínas quinases regulam a atividade de outras proteínas por fosforilação - a adição de resíduos de ácido fosfórico a resíduos de aminoácidos que possuem grupos hidroxila. A fosforilação geralmente altera o funcionamento da proteína, como a atividade enzimática, bem como a posição da proteína na célula.

Existem também proteínas fosfatases - proteínas que clivam os grupos fosfato. As proteínas quinases e as proteínas fosfatases regulam o metabolismo, bem como a sinalização dentro da célula. A fosforilação e desfosforilação de proteínas é um dos principais mecanismos de regulação da maioria dos processos intracelulares.

Ciclo de ativação da proteína G sob a ação do receptor.

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Este resumo é baseado em um artigo da Wikipedia russa. Sincronização concluída 18/07/11 07:59:14
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PROTEÍNAS REGULATÓRIAS

(de lat. regulo - pôr em ordem, ajustar), um grupo de proteínas envolvidas na regulação de decomp. bioquímica. processos. Um importante grupo de R. b., este artigo é dedicado à Crimeia, são proteínas que interagem com o DNA e controlam a expressão gênica (expressão gênica nos sinais e propriedades do corpo). A grande maioria desses R. faria. opera no nível transcrições(síntese de RNA mensageiro, ou mRNA, em um molde de DNA) e é responsável pela ativação ou repressão (supressão) da síntese de mRNA (respectivamente, proteínas ativadoras e proteínas repressoras).

Conhecido ca. 10 repressores. Naib. estudados entre eles estão os repressores procarióticos (bactérias, algas azul-esverdeadas), que regulam a síntese de enzimas envolvidas no metabolismo da lactose (lac-repressor) em Escherichia coli (E. coli), e o bacteriófago A repressor. Sua ação é realizada ligando-se ao específico. seções de DNA (operadores) dos genes correspondentes e bloqueando o início da transcrição do mRNA codificado por esses genes.

O repressor é geralmente um dímero de duas cadeias polipeptídicas idênticas orientadas em direções mutuamente opostas. Os repressores impedem fisicamente RNA polimerase juntar o DNA na região promotora (o local de ligação da enzima RNA polimerase dependente de DNA que catalisa a síntese de mRNA no molde de DNA) e iniciar a síntese de mRNA. Supõe-se que o repressor apenas previne o início da transcrição e não afeta o alongamento do mRNA.

O repressor pode controlar a síntese para. - l. uma proteína ou várias proteínas, cuja expressão é coordenada. Como regra, estes estão servindo um metabólico. caminho; seus genes fazem parte de um operon (um conjunto de genes interconectados e regiões reguladoras adjacentes).

Mn. os repressores podem existir tanto na forma ativa quanto na forma inativa, dependendo de estarem ou não associados a indutores ou correpressores (respectivamente, substratos, na presença dos quais especificamente aumenta ou diminui a taxa de síntese de uma determinada enzima; ver. Reguladores de enzimas); essas interações possuem natureza não covalente.

Para uma expressão gênica eficiente, é necessário não apenas que o repressor seja inativado pelo indutor, mas também que o específico seja realizado. positivo sinal de ativação, que é mediado por R. b., trabalhando "em par" com cíclico. monofosfato de adenosina (AMPc). Este último está associado a R. b. (o chamado ativador de proteína CAP de genes catabólitos, ou ativador de catabolismo de proteína-BAC). Este é um dímero com um cais. m. 45 mil.Após a ligação ao AMPc, ele adquire a capacidade de anexar ao específico. regiões no DNA, aumentando acentuadamente a eficiência da transcrição dos genes do operon correspondente. Ao mesmo tempo, o CAP não afeta a taxa de crescimento da cadeia de mRNA, mas controla o estágio de iniciação da transcrição - a ligação da RNA polimerase ao promotor. Em contraste com o repressor, o CAP (em complexo com AMPc) facilita a ligação da RNA polimerase ao DNA e torna a iniciação da transcrição mais frequente. O sítio de fixação do CAP ao DNA se une diretamente ao promotor do lado oposto àquele onde o operador está localizado.

A regulação positiva (por exemplo, operon lac de E. coli) pode ser descrita por um esquema simplificado: com uma diminuição na concentração de glicose (a principal fonte de carbono), o cAMP aumenta, que se liga ao SAR e o complexo resultante ao promotor lac . Como resultado, a ligação da RNA polimerase ao promotor é estimulada e a taxa de transcrição dos genes aumenta, para a codificação de centeio, permitindo que a célula mude para o uso de outra fonte de carbono-lactose. Existem outros especiais R. b. (por exemplo, proteína C), cujo funcionamento é descrito por um esquema mais complexo; eles controlam uma faixa estreita de genes e podem atuar como repressores e ativadores.

Repressores e ativadores específicos de operon não afetam a especificidade da própria RNA polimerase. Este último nível de regulação é realizado em casos envolvendo massir. mudança no espectro de genes expressos. Assim, em E. coli, os genes que codificam o choque térmico, que são expressos em várias condições estressantes da célula, são lidos pela RNA polimerase apenas quando um R.b.-t especial é incluído em sua classe. chamado fator s 32 . Toda a família destes R. b. (fatores s) que alteram a especificidade do promotor da RNA polimerase foram encontrados em bacilos e outras bactérias.

Dr. variedade de R. b. altera o catalisador Saint-va RNA polimerase (as chamadas proteínas antiterminadoras). Assim, no bacteriófago X, duas dessas proteínas são conhecidas, para modificar a RNA polimerase para que ela não obedeça aos sinais celulares de terminação (final) da transcrição (isso é necessário para a expressão ativa dos genes do fago).

O esquema geral da genética controle, incluindo o funcionamento de R. b., também é aplicável a bactérias e células eucarióticas (todos os organismos, com exceção de bactérias e algas verde-azuladas).

Eucariótico células respondem a ext. sinais (para eles, por exemplo), em princípio, da mesma forma que as células bacterianas reagem a mudanças na concentração de nutrientes. entrar em meio Ambiente, isto é, por repressão reversível ou ativação (desrepressão) de genes individuais. Ao mesmo tempo, R. b., controlando simultaneamente um grande número genes, pode ser usado em decomp. combinações. Genética combinacional semelhante regulação pode fornecer diferenciação. desenvolvimento de todo o organismo multicelular complexo devido à interação. número relativamente pequeno de chave R. b.

No sistema de regulação da atividade gênica em eucariotos, há uma adição. um nível ausente em bactérias, ou seja, a tradução de todos os nucleossomos (subunidades repetidas cromatina), que fazem parte da unidade de transcrição, em uma forma ativa (descondensada) naquelas células onde esta deveria estar funcionalmente ativa. Supõe-se que um conjunto de R. b. específico esteja envolvido aqui, que não possui análogos em procariontes. Estes não apenas reconhecem especificidades. seções de cromatina (ou DNA), mas também causam certas mudanças estruturais nas áreas adjacentes. R., semelhante a activators e repressores de bactérias, ao que parece, participam na regulação da transcrição subsequente de genes separados em áreas activir. cromatina.

Extensa classe R. b. eucarioto- proteínas receptoras hormônios esteróides.

Sequência de aminoácidos R. b. os chamados codificados. genes reguladores. A inativação mutacional do repressor leva à síntese descontrolada de mRNA e, consequentemente, uma certa proteína (como resultado tradução- síntese de proteínas em um molde de mRNA). Tais organismos são chamados mutantes constitutivos. A perda do ativador resulta em uma diminuição persistente na síntese da proteína regulada.

Aceso.: Strayer L., Biochemistry, trad. de English, Vol. 3, M., 1985, p. 112-25.

P.L. Ivanov.

Enciclopédia Química. - M.: Enciclopédia Soviética. Ed. I. L. Knunyants. 1988 .

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Como os receptores hormonais ou a subunidade reguladora da proteína quinase (uma enzima ativada pelo AMPc) têm atividades que controlam a ligação de ligantes reguladores (isto é, hormônios e AMPc, respectivamente). Para que as atividades das proteínas desta classe sejam especificamente reguladas por ligantes, tais moléculas devem, antes de tudo, ter sítios que se liguem especificamente (e, via de regra, com alta afinidade) ao ligante, o que confere às moléculas a capacidade de distinguir ligantes de outros compostos químicos. Além disso, a proteína deve ter uma estrutura tal que, como resultado da ligação do ligante, sua conformação possa mudar, ou seja, permitir a ação regulatória. Por exemplo, em mamíferos, a ligação específica de cAMP à subunidade reguladora de proteínas quinases individuais resulta numa diminuição da afinidade de ligação desta subunidade à subunidade catalítica da enzima. Isso causa a dissociação de ambas as subunidades proteicas da enzima. A subunidade catalítica, liberada da ação inibitória da subunidade reguladora, é ativada e catalisa a fosforilação de proteínas. A fosforilação altera as propriedades de certas proteínas, o que afeta os processos sob o controle do AMPc.

Quanto ao grupo de hormonas a que pertence a hormona de crescimento, a sequência de nucleótidos do ARNm que codifica a sua síntese foi parcialmente identificada (Baxter J.D. ea, 1979). Cada aminoácido requer três nucleotídeos no DNA (e, portanto, no mRNA transcrito dele). Embora um dado tripleto de nucleotídeos (códon) corresponda a um determinado aminoácido, pode haver vários códons para o mesmo aminoácido. Essa "degeneração" do código genético torna possível que as sequências de nucleotídeos dos dois genes dados, que determinam a estrutura dos dois hormônios, sejam mais ou menos homólogas do que as encontradas nas proteínas. Assim, se duas proteínas compartilham homologia de sequência de aminoácidos aleatória, então as sequências ácidos nucleicos pode apresentar grandes diferenças. No entanto, com relação aos genes que codificam a síntese de hormônios do grupo somatotropina, este não é o caso; a homologia da sequência de ácido nucleico é superior à homologia da sequência de aminoácidos (Baxter J.D. ea, 1979). O hormônio do crescimento humano e a somatomamotropina coriônica, que compartilham 87% de homologia de sequência de aminoácidos, têm 93% de homologia de sequência de ácido nucleico em seus mRNAs. Hormônios de crescimento humano e de rato compartilham 70% de homologia de sequência de aminoácidos, e seus mRNAs mostram 75% de homologia de sequência de ácido nucleico. Em algumas regiões do mRNA de hormônio de crescimento de rato e somatomamotropina coriônica humana (mRNA de dois hormônios diferentes em duas espécies), a homologia é de 85%. Assim, apenas mudanças mínimas de base no DNA causam diferenças hormonais. Portanto, esses dados suportam a conclusão de que os genes para esses hormônios evoluíram de um ancestral comum. Do ponto de vista das idéias acima sobre símbolos e as reações que eles causam, é significativo que cada um dos três hormônios deste grupo tenha um efeito sobre o crescimento. O hormônio do crescimento é um fator que determina o crescimento linear. A prolactina desempenha um papel importante nos processos de lactação e, assim, garante o crescimento do recém-nascido. A somatomamotropina coriônica, embora seu significado fisiológico não tenha sido claramente estabelecido, pode ter um efeito significativo no crescimento intrauterino ao direcionar os nutrientes que entram no corpo da mãe que afetam o crescimento fetal.

As proteínas envolvidas na regulação do metabolismo podem servir como ligantes (por exemplo, hormônios peptídicos), ou seja, interagir com outras proteínas, como receptores hormonais, exercendo um efeito regulador. Outras proteínas reguladoras, como os receptores hormonais ou a subunidade reguladora da proteína quinase (uma enzima ativada por AMPc), têm atividades controladas pela ligação de ligantes reguladores (isto é, hormônios e AMPc, respectivamente) (ver Capítulo 4). Para que as atividades das proteínas desta classe sejam especificamente reguladas por ligantes, tais moléculas devem, antes de tudo, ter sítios que se liguem especificamente (e, via de regra, com alta afinidade) ao ligante, o que confere às moléculas a capacidade de distinguir o ligante de outros compostos químicos. Além disso, a proteína deve ter uma estrutura tal que, como resultado da ligação do ligante, sua conformação possa mudar, ou seja, proporcionar a possibilidade de exercer uma ação regulatória. Por exemplo, em mamíferos, a ligação específica de AMPc à subunidade reguladora de certas proteínas quinases resulta em uma diminuição da afinidade de ligação dessa subunidade à subunidade catalítica da enzima (ver Capítulo 4). Isso causa a dissociação de ambas as subunidades proteicas da enzima. A subunidade catalítica, liberada da ação inibitória da subunidade reguladora, é ativada e catalisa a fosforilação de proteínas. A fosforilação altera as propriedades de certas proteínas, o que afeta os processos sob o controle do AMPc. A interação dos hormônios esteróides com seus receptores causa mudanças conformacionais nos últimos que lhes conferem a capacidade de se ligar ao núcleo da célula (ver Capítulo 4). Essa interação também altera outras propriedades do receptor que são importantes na mediação do efeito dos hormônios esteróides na transcrição de certos tipos de mRNA.
Para ter funções tão especializadas e altamente específicas, as proteínas, como resultado da evolução dos genes que determinam sua sequência de aminoácidos, tiveram que adquirir a estrutura que possuem atualmente. Em alguns casos, outros genes também participam do processo, codificando a síntese de produtos que modificam as próprias proteínas reguladoras (por exemplo, por glicosilação). Como a evolução dos genes, aparentemente, ocorreu devido a mecanismos como a mutação de genes pré-existentes e a recombinação de seções de genes diferentes (como discutido), isso impôs certas restrições à evolução da proteína. Do ponto de vista evolutivo, provavelmente seria mais fácil modificar as estruturas presentes do que criar genes completamente novos. Nesse sentido, a existência de alguma homologia nas sequências de aminoácidos de várias proteínas pode não ser inesperada, uma vez que seus genes podem ter surgido como resultado da evolução de precursores comuns. Como, como observado acima, regiões de proteínas adaptadas para ligar ligantes reguladores, como cAMP e esteróides ou seus análogos, já devem ter existido quando esses ligantes apareceram, é fácil imaginar como a modificação dos genes de tais proteínas pode levar a a síntese de outras proteínas que retêm alta especificidade de ligação do ligante regulador.
Na fig. A Figura 2-2 mostra um dos esquemas hipotéticos para a evolução da glicotransferase primitiva em três tipos existentes de proteínas reguladoras: proteína de ligação a AMPc bacteriana (CAP ou CRP), que regula a transcrição de vários genes que codificam enzimas que estão envolvidas no metabolismo da lactose , bem como uma proteína de ligação a cAMP de mamífero que regula a atividade da proteína quinase dependente de cAMP, que medeia a ação de cAMP em humanos (ver Capítulo 4), e adenilato ciclase (ver Capítulo 4). No que diz respeito à proteína e quinase bacterianas, os sítios de ligação de ATP da glucoquinase primitiva evoluíram para adquirir maior especificidade de ligação ao AMPc. A proteína bacteriana também adquiriu uma capacidade adicional de ligação ao polinucleotídeo (DNA). A evolução da quinase envolve a aquisição da capacidade da glicofosfotransferase de fosforilar proteínas. Finalmente, a adenilato ciclase também pode ser formada a partir de glucoquinase, substituindo a função geradora de ADP por uma geradora de AMPc. Essas conclusões não podem deixar de ser puramente hipotéticas; no entanto, eles mostram como a evolução molecular das proteínas reguladoras enumeradas pode ter ocorrido.

Arroz. 2-2. Origem proposta da proteína quinase dependente de cAMP, adenilato ciclase e proteína reguladora de ligação a cAMP bacteriana (Baxter, MacLeod).
Embora muitos detalhes no quadro da evolução das proteínas estejam faltando, as informações atualmente disponíveis sobre a estrutura de proteínas e genes fornecem alguma base para analisar a questão de saber se os genes de alguns hormônios polipeptídicos se originaram de um gene precursor comum. Hormônios polipeptídicos individuais podem ser agrupados de acordo com sua semelhança estrutural. Não há nada de surpreendente no fato de que hormônios pertencentes ao mesmo grupo possam ter efeitos fisiológicos semelhantes causados por eles, bem como um mecanismo de ação semelhante. Assim, o hormônio do crescimento (GH), a prolactina e a somatomamotropina coriônica (lactogênio placentário) são caracterizados por um alto grau homologia de sequência de aminoácidos. Hormônios glicoproteicos - hormônio tireotrópico (TSH), gonadotrofina coriônica humana (hCG), hormônios folículo-estimulante (FSH) e luteinizante (LH) - consistem em duas subunidades, cada uma das quais (cadeia A) é idêntica ou quase idêntica para todos os hormônios de um determinado grupo. A sequência de aminoácidos das subunidades B em vários hormônios, embora não idêntica, possui homologia estrutural. São essas diferenças nas cadeias B que provavelmente serão de importância decisiva para conferir especificidade à interação de cada hormônio com seu tecido-alvo. A insulina mostra alguns análogos estruturais e compartilha atividade biológica com outros fatores de crescimento, como somatomedina e atividade semelhante à insulina não suprimida (NIPA).
Quanto ao grupo de hormônios ao qual pertence o hormônio do crescimento, a sequência nucleotídica do mRNA que codifica sua síntese foi parcialmente elucidada. Cada aminoácido requer três nucleotídeos no DNA (e, portanto, no mRNA transcrito dele). Embora este trio de nucleotídeos; (códon) corresponde a esse aminoácido específico, pode haver vários códons para o mesmo aminoácido. Essa "degeneração" do código genético torna possível que as sequências de nucleotídeos dos dois genes dados, que determinam a estrutura dos dois hormônios, sejam mais ou menos homólogas do que as encontradas nas proteínas. Assim, se duas proteínas compartilham homologia de sequência de aminoácidos aleatória, então as sequências de ácido nucleico podem mostrar grandes diferenças. No entanto, com relação aos genes que codificam a síntese de hormônios do grupo somatotropina, este não é o caso; a homologia da sequência de ácido nucleico é superior à homologia da sequência de aminoácidos. O hormônio do crescimento humano e a somatomamotrofina coriônica humana, que compartilham 87% de homologia de sequência de aminoácidos, têm 93% de homologia de sequência de ácido nucleico em seus mRNAs. Hormônios de crescimento humano e de rato compartilham 70% de homologia de sequência de aminoácidos, e seus mRNAs mostram 75% de homologia de sequência de ácido nucleico. Em algumas regiões do mRNA do hormônio de crescimento de rato e da somatomamotropina coriônica humana (mRNA de dois hormônios diferentes em duas espécies biológicas), a homologia é de 85% (Fig. 2-3). Assim, apenas mudanças mínimas de base no DNA causam diferenças hormonais. Portanto, esses dados suportam a conclusão de que os genes para esses hormônios evoluíram de um ancestral comum. Do ponto de vista das idéias acima sobre os símbolos e as reações que eles causam, é significativo que cada um dos três hormônios desse grupo tenha um efeito sobre o crescimento (veja abaixo). O hormônio do crescimento é um fator que determina o crescimento linear. A prolactina desempenha um papel importante nos processos de lactação e, assim, garante o crescimento do recém-nascido. A somatomamotropina coriônica, embora seu significado fisiológico não tenha sido estabelecido com precisão, pode ter um efeito significativo no crescimento intrauterino, direcionando os nutrientes que entram no corpo da mãe para o crescimento fetal.

Arroz. 2-3. Homologia de sequências de aminoácidos (AA) em hormônio de crescimento de rato (GRH) e somatomamotropina coriônica humana (lactogênio placentário humano, PLC) e sequências de ácidos nucleicos em RNA mensageiro que codifica a síntese desses dois hormônios. Os nomes dos aminoácidos são abreviados, assim como os nomes dos ácidos nucleicos. A região correspondente à sequência de aminoácidos 134-149 é mostrada. Os ácidos nucleicos e aminoácidos não homólogos estão sublinhados (Baxter et al.). U - uridina, C - citosina, A - adenosina, G - guanosina.

O trabalho dos genes em qualquer organismo - procariótico, eucariótico, unicelular ou multicelular - é controlado e coordenado.

Diferentes genes têm diferentes atividades temporais. Alguns deles são caracterizados por atividade constante. Tais genes são responsáveis pela síntese de proteínas necessárias para uma célula ou organismo ao longo da vida, por exemplo, genes cujos produtos estão envolvidos na síntese de ATP. A maioria dos genes tem atividade intermitente, funcionam apenas em determinados momentos em que há necessidade de seus produtos - proteínas. Os genes também diferem em seus níveis de atividade (baixo ou alto).

As proteínas celulares são classificadas como reguladoras e estruturais. Proteínas reguladoras sintetizados em genes reguladores e controlam o trabalho de genes estruturais. Os genes estruturais codificam proteínas estruturais que desempenham funções estruturais, enzimáticas, de transporte e outras (exceto regulatórias!).

A regulação da síntese proteica é realizada em todas as etapas desse processo: transcrição, tradução e modificação pós-traducional, seja por indução ou por repressão.

A regulação da atividade gênica em organismos eucarióticos é muito mais complicada do que a regulação da expressão gênica procariótica, que é determinada pela complexidade da organização de um organismo eucariótico e especialmente multicelular. Em 1961, os cientistas franceses F. Jacob, J. Monod e A. Lvov formularam um modelo de controle genético da síntese de proteínas que catalisam a assimilação da lactose pela célula - o conceito de operon.

Um operon é um grupo de genes controlados por um único gene regulador.

Um gene regulador é um gene com baixa atividade constante; nele é sintetizada uma proteína repressora - uma proteína reguladora que pode se ligar a um operador, inativando-o.

Um operador é um ponto de partida para a leitura da informação genética; ele controla o trabalho dos genes estruturais.

Os genes estruturais do operon da lactose contêm informações sobre as enzimas envolvidas no metabolismo da lactose. Portanto, a lactose servirá como um indutor - um agente que inicia o trabalho do operon.

Um promotor é o local de ligação da RNA polimerase.

O terminador é o local de terminação da síntese de mRNA.

Na ausência de um indutor, o sistema não funciona, pois o repressor "livre" do indutor - lactose - está conectado ao operador. Neste caso, a enzima RNA polimerase não pode catalisar o processo de síntese de mRNA. Se a lactose (um indutor) for encontrada na célula, ela, interagindo com o repressor, altera sua estrutura, e o repressor libera o operador. A RNA polimerase se liga ao promotor, inicia-se a síntese de mRNA (transcrição de genes estruturais). Em seguida, as proteínas são formadas nos ribossomos de acordo com o programa do operon mRNA-lactose. Em organismos procarióticos, uma molécula de mRNA reescreve a informação de todos os genes estruturais do operon, ou seja, Um operon é uma unidade de transcrição. A transcrição continua enquanto as moléculas de lactose permanecem no citoplasma da célula. Assim que todas as moléculas são processadas pela célula, o repressor fecha o operador e a síntese de mRNA para.

Assim, a síntese de mRNA e, consequentemente, a síntese de proteínas devem ser rigorosamente reguladas, uma vez que a célula não possui recursos suficientes para a transcrição e tradução simultânea de todos os genes estruturais. Tanto os pró quanto os eucariotos sintetizam constantemente apenas os mRNAs necessários para realizar as funções celulares básicas. ).

PROTEÍNAS REGULATÓRIAS (do lat. regulo - pôr em ordem, ajustar), um grupo de proteínas. envolvidos na regulação do decomp. bioquímica. processos. Um importante grupo de proteínas reguladoras, ao qual este artigo é dedicado, são as proteínas que interagem com o DNA e controlam a expressão gênica (expressão gênica nas características e propriedades de um organismo). A grande maioria dessas proteínas reguladoras funciona no nível da transcrição (síntese de RNA mensageiro, ou mRNA, em um molde de DNA) e são responsáveis pela ativação ou repressão (supressão) da síntese de mRNA (proteínas ativadoras e proteínas repressoras, respectivamente). .

O repressor é geralmente um dímero de duas cadeias polipeptídicas idênticas orientadas em direções mutuamente opostas. Os repressores impedem fisicamente a RNA polimerase de se ligar ao DNA no sítio promotor (o sítio de ligação da enzima RNA polimerase dependente de DNA que catalisa a síntese de mRNA no molde de DNA) e de iniciar a síntese de mRNA. Supõe-se que o repressor apenas previne o início da transcrição e não afeta o alongamento do mRNA.

O repressor pode controlar a síntese para. - l. uma única proteína ou uma gama de proteínas. cuja expressão é coordenada. Como regra, estas são enzimas que servem a um metabólico. caminho; seus genes fazem parte de um operon (um conjunto de genes interconectados e regiões reguladoras adjacentes).

Mn. os repressores podem existir tanto na forma ativa quanto na forma inativa, dependendo de estarem ou não associados a indutores ou correpressores (respectivamente, substratos na presença dos quais a taxa de síntese de uma determinada enzima é especificamente aumentada ou diminuída; ver Reguladores enzimáticos); essas interações possuem natureza não covalente.

Para uma expressão gênica eficiente, é necessário não apenas que o repressor seja inativado pelo indutor, mas também que o específico seja realizado. positivo sinal de ativação, que é mediado por proteínas reguladoras trabalhando "em par" com o cíclico. monofosfato de adenosina (AMPc). Este último liga-se a proteínas reguladoras específicas (a chamada proteína CAP-ativadora de genes catabólitos, ou proteínas. ativadora do catabolismo-BAC). Este é um dímero com um cais. m. 45 mil.Após a ligação ao AMPc, ele adquire a capacidade de anexar ao específico. regiões no DNA, aumentando acentuadamente a eficiência da transcrição dos genes do operon correspondente. Ao mesmo tempo, o CAP não afeta a taxa de crescimento da cadeia de mRNA, mas controla o estágio de iniciação da transcrição - a ligação da RNA polimerase ao promotor. Em contraste com o repressor, o CAP (em complexo com AMPc) facilita a ligação da RNA polimerase ao DNA e torna a iniciação da transcrição mais frequente. O sítio de fixação do CAP ao DNA se une diretamente ao promotor do lado oposto àquele onde o operador está localizado.

A regulação positiva (por exemplo, do operon lac de E. coli) pode ser descrita de forma simplificada: com a diminuição da concentração de glicose (principal fonte de carbono), a concentração de AMPc, que se liga ao CAP, aumenta e a O complexo resultante aumenta com o promotor lac. Como resultado, a ligação da RNA polimerase ao promotor é estimulada e a taxa de transcrição de genes que codificam enzimas que permitem que a célula mude para outra fonte de carbono, a lactose, aumenta. Existem outras proteínas reguladoras especiais (por exemplo, proteína C), cujo funcionamento é descrito por um esquema mais complexo; eles controlam uma faixa estreita de genes e podem atuar como repressores e ativadores.

Repressores e ativadores específicos de operon não afetam a especificidade da própria RNA polimerase. Este último nível de regulação é realizado em casos envolvendo massir. mudança no espectro de genes expressos. Assim, em E. coli, os genes que codificam proteínas de choque térmico, que são expressos em uma série de condições estressantes da célula, são lidos pela RNA polimerase apenas quando uma proteína reguladora especial, a chamada. fator s32. Uma família inteira dessas proteínas reguladoras (fatores s), que alteram a especificidade do promotor da RNA polimerase, foi encontrada em bacilos e outras bactérias.

Dr. uma variedade de proteínas reguladoras muda catalítica. propriedades da RNA polimerase (as chamadas proteínas antiterminadoras). Por exemplo, no bacteriófago X, são conhecidas duas dessas proteínas que modificam a RNA polimerase para que ela não obedeça aos sinais celulares de terminação (final) da transcrição (isso é necessário para a expressão ativa dos genes do fago).

O esquema geral da genética controle, incluindo o funcionamento de proteínas reguladoras, também é aplicável a bactérias e células eucarióticas (todos os organismos, exceto bactérias e algas verde-azuladas).

Eucariótico células respondem a ext. sinais (para eles, por exemplo, hormônios) em princípio, da mesma forma que as células bacterianas reagem a mudanças na concentração de nutrientes. substâncias no ambiente, ou seja, por repressão reversível ou ativação (desrepressão) de genes individuais. Ao mesmo tempo, proteínas reguladoras que controlam simultaneamente a atividade de um grande número de genes podem ser usadas na decomposição. combinações. Genética combinacional semelhante regulação pode fornecer diferenciação. desenvolvimento de todo o organismo multicelular complexo devido à interação. relativamente poucas proteínas reguladoras chave

No sistema de regulação da atividade gênica em eucariotos, há uma adição. um nível ausente em bactérias, ou seja, a tradução de todos os nucleossomos (subunidades de cromatina repetidas) que compõem a unidade de transcrição em uma forma ativa (descondensada) naquelas células onde esse gene deveria ser funcionalmente ativo. Supõe-se que um conjunto de proteínas reguladoras específicas que não possuem análogos em procariontes estejam envolvidos aqui. Essas proteínas não só reconhecem seções de cromatina (ou DNA), mas também causam certas mudanças estruturais nas áreas adjacentes. proteínas reguladoras como ativadores e repressores de bactérias, aparentemente, estão envolvidas na regulação da transcrição subsequente de genes individuais em áreas activir. cromatina.

Uma extensa classe de proteínas reguladoras proteínas receptoras eucarióticas de hormônios esteróides.

A sequência de aminoácidos das proteínas reguladoras é codificada pelos chamados. genes reguladores. A inativação mutacional do repressor leva à síntese descontrolada de mRNA e, consequentemente, de uma determinada proteína (como resultado da síntese de proteínas de tradução no molde de mRNA). Tais organismos são chamados mutantes constitutivos. A perda do ativador como resultado da mutação leva a uma diminuição persistente na síntese da proteína regulada.