panouri
Biologia proteinelor reglatoare. Funcția de reglare a proteinelor

Biologia proteinelor reglatoare. Funcția de reglare a proteinelor

Plan:

1 Proteine implicate în semnalizarea intercelulară
2 Proteine receptor
3 Proteine reglatoare intracelulare
- 3.1 Proteine reglatoare transcripționale
- 3.2 Factori de reglare translațională
- 3.3 factori de reglare a îmbinării
- 3.4 Protein kinaze și protein fosfataze

Introducere

Funcția de reglare a proteinelor— implementarea de către proteine a reglării proceselor într-o celulă sau într-un organism, care este asociată cu capacitatea lor de a primi și transmite informații. Acțiunea proteinelor reglatoare este reversibilă și, de regulă, necesită prezența unui ligand. Din ce în ce mai multe proteine noi de reglare sunt descoperite în mod constant; în prezent, probabil că doar o mică parte dintre ele sunt cunoscute.

Există mai multe tipuri de proteine care îndeplinesc o funcție de reglare:

proteine – receptori care percep semnalul
proteine semnal - hormoni și alte substanțe care efectuează semnalizarea intercelulară (multe, deși nu toate, sunt proteine sau peptide)
proteine reglatoare care reglează multe procese din interiorul celulelor.

1. Proteine implicate în semnalizarea intercelulară

Proteinele hormonale (și alte proteine implicate în semnalizarea intercelulară) afectează metabolismul și alte procese fiziologice.

Hormonii- substanțele care se formează în glandele endocrine, sunt transportate de sânge și poartă un semnal de informare. Hormonii se răspândesc aleatoriu și acționează numai asupra acelor celule care au proteine receptoare adecvate. Hormonii se leagă de receptori specifici. De obicei, hormonii reglează procesele lente, de exemplu, creșterea țesuturilor individuale și dezvoltarea organismului, dar există excepții: de exemplu, adrenalina (vezi articolul adrenalina) este un hormon de stres, un derivat al aminoacizilor. Este eliberat atunci când un impuls nervos acționează asupra medulei suprarenale.În același timp, inima începe să bată mai des, tensiunea arterială crește și apar alte răspunsuri. Acționează și asupra ficatului (descompune glicogenul). Glucoza este eliberată în sânge și este folosită de creier și mușchi ca sursă de energie.

2. Proteine receptor

Proteinele receptorului pot fi atribuite și proteinelor cu funcție de reglare. Proteinele membranei - receptorii transmit un semnal de la suprafața celulei spre interior, transformându-l. Ei reglează funcțiile celulare prin legarea de un ligand care „stă” pe acest receptor în afara celulei; ca urmare, o altă proteină din interiorul celulei este activată.

Majoritatea hormonilor acționează asupra unei celule numai dacă există un anumit receptor pe membrana acesteia - o altă proteină sau glicoproteină. De exemplu, receptorul β2-adrenergic este localizat pe membrana celulelor hepatice. În condiții de stres, molecula de adrenalină se leagă de receptorul β2-adrenergic și îl activează. Receptorul activat activează apoi proteina G, care leagă GTP. După multe etape intermediare de transducție a semnalului, are loc fosforoliza glicogenului. Receptorul a efectuat prima operație de transducție a semnalului care a condus la descompunerea glicogenului. Fără el, nu ar exista reacții ulterioare în interiorul celulei.

3. Proteine reglatoare intracelulare

Proteinele reglează procesele care au loc în interiorul celulelor folosind mai multe mecanisme:

interacțiuni cu moleculele de ADN (factori de transcripție)
prin fosforilarea (protein kinază) sau defosforilarea (protein fosfatază) a altor proteine
prin interacțiunea cu ribozomul sau moleculele de ARN (factori de reglare a translației)
efecte asupra procesului de îndepărtare a intronului (factori reglatori de îmbinare)
influența asupra ratei de degradare a altor proteine (ubiquitine etc.)

3.1. Proteine reglatoare transcripționale

factor de transcripție- aceasta este o proteină care, intrând în nucleu, reglează transcripția ADN-ului, adică citirea informațiilor de la ADN la ARNm (sinteza ARNm conform șablonului ADN). Unii factori de transcripție modifică structura cromatinei, făcând-o mai accesibilă pentru ARN polimeraze. Există diverși factori de transcripție auxiliari care creează conformația ADN dorită pentru acțiunea ulterioară a altor factori de transcripție. Un alt grup de factori de transcripție sunt acei factori care nu se leagă direct de moleculele de ADN, ci sunt combinați în complexe mai complexe folosind interacțiuni proteină-proteină.

3.2. Factori de reglare translațională

Difuzare- sinteza lanțurilor polipeptidice de proteine în funcție de șablonul ARNm, realizată de ribozomi. Traducerea poate fi reglată în mai multe moduri, inclusiv cu ajutorul proteinelor represoare care se leagă de ARNm. Există multe cazuri în care represorul este proteina codificată de acest ARNm. În acest caz, are loc reglarea feedback-ului (un exemplu în acest sens este reprimarea sintezei enzimei treonil-ARNt sintetazei).

3.3. factori de reglare a îmbinării

În genele eucariote, există regiuni care nu codifică aminoacizi. Aceste regiuni se numesc introni. Ele sunt mai întâi transcrise în pre-ARNm în timpul transcripției, dar apoi tăiate de o enzimă specială. Acest proces de îndepărtare a intronilor și apoi cusătura ulterioară împreună a capetelor secțiunilor rămase se numește splicing (reticulare, splicing). Splicing-ul se realizează folosind ARN-uri mici, de obicei asociate cu proteine, numite factori de reglare a splicing-ului. Splicing-ul implică proteine cu activitate enzimatică. Ele dau pre-ARNm conformația dorită. Pentru a asambla complexul (spliceosome), este necesar să se consume energie sub formă de molecule de ATP scindabile; prin urmare, acest complex conține proteine cu activitate ATPază.

Există o îmbinare alternativă. Caracteristicile de splicing sunt determinate de proteinele care sunt capabile să se lege de molecula de ARN în regiunile intronilor sau zonele de la granița exon-intron. Aceste proteine pot împiedica îndepărtarea unor introni și, în același timp, pot favoriza excizia altora. Reglarea direcționată a îmbinării poate avea implicații biologice semnificative. De exemplu, la musca de fructe Drosophila, splicing alternativ stă la baza mecanismului de determinare a sexului.

3.4. Protein kinaze și protein fosfataze

Cel mai important rol în reglarea proceselor intracelulare îl au protein kinazele - enzime care activează sau inhibă activitatea altor proteine prin atașarea grupărilor fosfat la acestea.

Protein kinazele reglează activitatea altor proteine prin fosforilare - adăugarea de resturi de acid fosforic la resturile de aminoacizi care au grupări hidroxil. Fosforilarea modifică de obicei funcționarea proteinei, cum ar fi activitatea enzimatică, precum și poziția proteinei în celulă.

Există și proteine fosfataze - proteine care desprind grupările de fosfat. Protein kinazele și fosfatazele proteice reglează metabolismul, precum și semnalizarea în interiorul celulei. Fosforilarea și defosforilarea proteinelor este unul dintre principalele mecanisme de reglare a majorității proceselor intracelulare.

Ciclul de activare a proteinei G sub acțiunea receptorului.

Descarca
Acest rezumat se bazează pe un articol din Wikipedia rusă. Sincronizare finalizată 18.07.11 07:59:14
Rezumate similare:

PROTEINE REGLATORIE

(din lat. regulo - pus în ordine, ajusta), un grup de proteine implicate în reglarea decomp. biochimie. proceselor. Un grup important de R. b., acest articol este dedicat Crimeei, sunt proteine care interacționează cu ADN-ul și controlează expresia genelor (expresia genelor în semnele și proprietățile corpului). Marea majoritate a unor astfel de R. ar. operează la nivel transcrieri(sinteza ARN-ului mesager, sau ARNm, pe un șablon ADN) și este responsabil pentru activarea sau reprimarea (suprimarea) sintezei ARNm (respectiv, proteinele activatoare și proteinele represoare).

Cunoscut ca. 10 represoare. Naib. printre aceștia se studiază represori procarioți (bacterii, alge albastre-verzi), care reglează sinteza enzimelor implicate în metabolismul lactozei (lac-represor) în Escherichia coli (E. coli), și represorul bacteriofag A. Acțiunea lor se realizează prin legarea de specific. secțiuni de ADN (operatori) ale genelor corespunzătoare și blocând inițierea transcripției ARNm codificat de aceste gene.

Represorul este de obicei un dimer din două lanțuri polipeptidice identice orientate în direcții reciproc opuse. Represorii împiedică fizic ARN polimeraza se unește ADN-ul în regiunea promotor (locul de legare al enzimei ARN-polimerazei dependente de ADN care catalizează sinteza ARNm pe matrița ADN) și începe sinteza ARNm. Se presupune că represorul previne doar inițierea transcripției și nu afectează alungirea ARNm.

Represorul poate controla sinteza la. - l. o proteină sau un număr de proteine, a căror expresie este coordonată. De regulă, acestea servesc un metabolic. cale; genele lor fac parte dintr-un operon (un set de gene interconectate și regiuni reglatoare adiacente).

Mn. represorii pot exista atât sub formă activă, cât și inactivă, în funcție de faptul că sunt sau nu asociați cu inductori sau corepresori (respectiv, substraturi, în prezența cărora în mod specific crește sau scade rata de sinteză a unei anumite enzime; vezi. Regulatori enzimatici); aceste interacțiuni au o natură necovalentă.

Pentru o expresie eficientă a genei, este necesar nu numai ca represorul să fie inactivat de către inductor, ci și ca cel specific să fie realizat. pozitiv semnal de pornire, care este mediat de R. b., lucrând „în pereche” cu ciclic. adenozin monofosfat (cAMP). Acesta din urmă este asociat cu specificul R. b. (așa-numitul activator al proteinei CAP al genelor catabolite sau activator al catabolismului proteic-BAC). Acesta este un dimer cu un dig. m. 45 mii. După legarea la cAMP, dobândește capacitatea de a se atașa la anumite. regiuni ale ADN-ului, crescând brusc eficiența transcripției genelor operonului corespunzător. În același timp, CAP nu afectează rata de creștere a lanțului de ARNm, ci controlează stadiul inițierii transcripției - atașarea ARN polimerazei la promotor. Spre deosebire de represor, CAP (în complex cu AMPc) facilitează legarea ARN polimerazei de ADN și face inițierea transcripției mai frecventă. Locul de atașare a CAP la ADN se învecinează direct cu promotorul din partea opusă celei în care este localizat operatorul.

Reglarea pozitivă (de exemplu, operonul E. coli lac) poate fi descrisă printr-o schemă simplificată: cu o scădere a concentrației de glucoză (sursa principală de carbon), AMPc crește, care se leagă de SAR și complexul rezultat de promotorul lac. . Ca rezultat, legarea ARN polimerazei de promotor este stimulată și viteza de transcripție a genelor crește, la codificarea secară, permițând celulei să treacă la utilizarea unei alte surse de carbon-lactoză. Există și alte R. b. speciale. (de exemplu, proteina C), a cărei funcționare este descrisă printr-o schemă mai complexă; ei controlează o gamă restrânsă de gene și pot acționa atât ca represori, cât și ca activatori.

Represorii și activatorii specifici operonului nu afectează specificitatea ARN polimerazei în sine. Acest ultim nivel de reglementare se realizează în cazurile care implică massir. modificarea spectrului genelor exprimate. Deci, la E. coli, genele care codifică șocul termic, care sunt exprimate într-un număr de condiții stresante ale celulei, sunt citite de ARN polimeraza numai atunci când un R. b.-t special este inclus în clasa sa. numit factorul s 32 . Toată familia acestor R. b. (factori s) care modifică specificitatea promotorului ARN polimerazei au fost găsiți în bacili și alte bacterii.

Dr. varietatea lui R. b. modifică cataliticul Saint-va ARN polimeraza (așa-numitele proteine anti-terminator). Deci, în bacteriofagul X, sunt cunoscute două astfel de proteine, care modifică ARN polimeraza de secară astfel încât să nu se supună semnalelor celulare de terminare (sfârșitul) transcripției (acest lucru este necesar pentru expresia activă a genelor fagilor).

Schema generală a geneticii controlul, inclusiv funcționarea R. b., este aplicabil și bacteriilor și celulelor eucariote (toate organismele, cu excepția bacteriilor și algelor albastre-verzi).

eucariote celulele răspund la ext. semnale (pentru ei, de exemplu), în principiu, în același mod în care celulele bacteriene reacționează la modificările concentrației de nutrienți. in-in in mediu inconjurator, adică prin reprimare reversibilă sau activare (depresiune) a genelor individuale. Totodată, R. b., controlând simultan un numar mare genele, pot fi utilizate în decomp. combinatii. Genetică combinațională similară reglementarea poate oferi diferențiere. dezvoltarea întregului organism multicelular complex datorită interacțiunii. număr relativ mic de cheie R. b.

În sistemul de reglare a activității genelor la eucariote, există o adăugare. un nivel absent în bacterii, și anume translația tuturor nucleozomilor (subunități repetate cromatina), care fac parte din unitatea de transcripție, într-o formă activă (decondensată) în acele celule în care aceasta ar trebui să fie activă funcțional. Se presupune că aici este implicat un set de R. b. specific, care nu au analogi la procariote. Acestea nu recunosc doar specificul. secțiuni de cromatina (sau. ADN), dar provoacă și anumite modificări structurale în zonele adiacente. R., similar cu activatorii și represorii bacteriilor, aparent, participă la reglarea transcripției ulterioare a genelor separate în zonele activir. cromatina.

Clasa extinsă R. b. eucariote- proteine receptor hormoni steroizi.

Secvența de aminoacizi R. b. așa-numitele codificate. gene reglatoare. Inactivarea mutațională a represorului duce la sinteza necontrolată a ARNm și, în consecință, la o anumită proteină (ca rezultat traducere- sinteza proteinelor pe un model de ARNm). Astfel de organisme sunt numite mutanți constitutivi. Pierderea activatorului are ca rezultat o scădere persistentă a sintezei proteinei reglate.

Lit.: Strayer L., Biochimie, trad. din engleză, vol. 3, M., 1985, p. 112-25.

P. L. Ivanov.

Enciclopedie chimică. - M.: Enciclopedia Sovietică. Ed. I. L. Knunyants. 1988 .

Vedeți ce sunt „PROTEINELE REGULATORII” în alte dicționare:

veverite- specific pufurilor Un grup eterogen de proteine nucleare implicate în procesul de activare a genelor în pufurile de cromozomi politenici; aceste proteine includ factori de transcripție propriu-zis (ARN polimeraza II, proteine reglatoare etc.), precum și un număr de ... ... Manualul Traducătorului Tehnic

Proteine specifice pufului- Proteine specifice pufurilor * proteinele specifice pufului * proteinele specifice pufului sunt un grup eterogen de proteine nucleare implicate în procesul de activare a genelor în pufurile de cromozomi politenici. Aceste proteine sunt enzime care...

Acest termen are alte semnificații, vezi Proteine (sensuri). Proteine (proteine, polipeptide) cu greutate moleculară mare materie organică, constând din alfa aminoacizi legați într-un lanț printr-o legătură peptidică. În organismele vii ... ... Wikipedia

Vysokomol. natural polimeri formați din reziduuri de aminoacizi legate printr-o legătură amidă (peptidă) hSOCHNHCH. Fiecare B. se caracterizează prin specificitate. secvență de aminoacizi și spații individuale, structură (conformație). Pe… … Enciclopedia chimică

PROTEINE, compuși organici cu molecular înalt, biopolimeri, formați din 20 de tipuri de reziduuri de aminoacizi L a, conectate într-o anumită secvență în lanțuri lungi. Greutatea moleculară a proteinelor variază de la 5 mii la 1 milion. Nume ... ... Dicţionar enciclopedic

Proteine reglatoare- * Proteine reglatoare * Proteine reglatoare - proteine care reglează procesele matricei prin atașarea acestora la regiunile de reglementare ale ADN-ului. Proteine care se leagă de ADN-ul deteriorat Genetica. Dicţionar enciclopedic

Proteine organice cu greutate moleculară mare compuși formați din reziduuri de aminoacizi. Ei joacă un rol primordial în viață, realizând numeroase. funcţionează în structura, dezvoltarea şi metabolismul lor. Mol. m. B. de la PROTEINE ’5000 la multe altele ......

- (Sciurus), un gen de veverițe. Lungime corp 20 31 cm.Se catara bine si se misca printre copaci. O coadă lungă (20-30 cm) stufoasă servește drept cârmă la sărituri. O.K. 40 de specii, în nord. emisferă și spre nord-sud. America, în pădurile de munte și de câmpie, inclusiv insulă ...... Dicționar enciclopedic biologic

PROTEINE, proteine, organice macromoleculare. compuși formați din reziduuri de aminoacizi. Ele joacă un rol primordial în viața tuturor organismelor, participând la structura, dezvoltarea și metabolismul lor. Mol. m. B. de la 5000 la mn. milion... Dicționar enciclopedic biologic

veverite- proteine, proteine, substanțe organice cu molecul mare construite din reziduuri de aminoacizi. Ele joacă un rol important în viața tuturor organismelor, fiind parte din celulele și țesuturile lor și efectuând catalitice (enzime), reglatoare ... ... Agricultură. Dicționar enciclopedic mare

Cum ar fi receptorii hormonali sau subunitatea de reglare a proteinei kinazei (o enzimă activată de AMPc) au activități care controlează legarea liganzilor de reglare (adică, hormonii și respectiv AMPc). Pentru ca activitățile proteinelor din această clasă să fie reglementate în mod specific de liganzi, astfel de molecule trebuie, în primul rând, să aibă situsuri care leagă în mod specific (și, de regulă, cu afinitate mare) ligandul, ceea ce conferă moleculelor capacitatea de a distinge. liganzi din alți compuși chimici. În plus, proteina trebuie să aibă o astfel de structură încât, ca urmare a legării ligandului, conformația acesteia să se poată modifica, adică. permite acțiunile de reglementare. De exemplu, la mamifere, legarea specifică a AMPc la subunitatea reglatoare a protein kinazelor individuale are ca rezultat o scădere a afinității de legare a acestei subunități la subunitatea catalitică a enzimei. Aceasta determină disocierea ambelor subunități proteice ale enzimei. Subunitatea catalitică, eliberată din acțiunea inhibitoare a subunității de reglare, este activată și catalizează fosforilarea proteinelor. Fosforilarea modifică proprietățile anumitor proteine, ceea ce afectează procesele sub controlul cAMP.

În ceea ce privește grupul de hormoni căruia îi aparține hormonul de creștere, secvența de nucleotide ARNm care codifică sinteza acestora a fost parțial identificată (Baxter J.D. ea, 1979). Fiecare aminoacid necesită trei nucleotide în ADN (și, prin urmare, în ARNm transcris din acesta). Deși un triplet dat de nucleotide (codon) corespunde unui aminoacid dat, pot exista mai mulți codoni pentru același aminoacid. Această „degenerare” a codului genetic face posibil ca secvențele de nucleotide ale celor două gene date, care determină structura celor doi hormoni, să fie mai mult sau mai puțin omoloage decât se găsește în proteine. Astfel, dacă două proteine împărtășesc omologie aleatoare a secvenței de aminoacizi, atunci secvențele acizi nucleici ar putea prezenta mari diferențe. Cu toate acestea, în ceea ce privește genele care codifică sinteza hormonilor din grupul somatotropinei, acesta nu este cazul; omologia secvenței de acid nucleic este mai mare decât omologia secvenței de aminoacizi (Baxter J.D. ea, 1979). Hormonul uman de creștere și somatomamotropina corionică, care au 87% omologie de secvență de aminoacizi, au 93% omologie de secvență de acid nucleic în ARNm. Hormonii de creștere umani și șobolani au 70% omologie de secvență de aminoacizi, iar ARNm-urile lor prezintă 75% omologie de secvență de acid nucleic. În unele regiuni ale ARNm al hormonului de creștere a șobolanului și al somatomamotropinei corionice umane (ARNm a doi hormoni diferiți la două specii), omologia este de 85%. Astfel, doar modificări minime ale bazelor în ADN provoacă diferențe hormonale. Prin urmare, aceste date susțin concluzia că genele acestor hormoni au evoluat dintr-un strămoș comun. Din punctul de vedere al ideilor de mai sus despre simboluri și reacțiile pe care le provoacă, este semnificativ faptul că fiecare dintre cei trei hormoni din acest grup are un efect asupra creșterii. Hormonul de creștere este un factor care determină creșterea liniară. Prolactina joacă un rol important în procesele de lactație și astfel asigură creșterea nou-născutului. Somatomamotropina corionică, deși semnificația sa fiziologică nu a fost clar stabilită, poate avea un efect semnificativ asupra creșterii intrauterine prin direcționarea nutrienților care pătrund în corpul mamei care afectează creșterea fetală (

Proteinele implicate în reglarea metabolismului pot servi ele însele ca liganzi (de exemplu, hormoni peptidici), adică interacționează cu alte proteine, cum ar fi receptorii hormonali, exercitând un efect de reglare. Alte proteine de reglare, cum ar fi receptorii hormonali sau subunitatea de reglare a proteinei kinazei (o enzimă activată de cAMP), au activități controlate de legarea liganzilor de reglare (adică, hormoni și, respectiv, cAMP) (vezi Capitolul 4). Pentru ca activitățile proteinelor din această clasă să fie reglementate în mod specific de liganzi, astfel de molecule trebuie, în primul rând, să aibă situsuri care leagă în mod specific (și, de regulă, cu afinitate mare) ligandul, ceea ce conferă moleculelor capacitatea de a distinge. ligandul din alți compuși chimici. În plus, proteina trebuie să aibă o astfel de structură încât, ca rezultat al legării ligandului, conformația sa se poate modifica, adică să ofere posibilitatea de a exercita o acțiune reglatoare. De exemplu, la mamifere, legarea specifică a AMPc la subunitatea reglatoare a anumitor protein kinaze are ca rezultat o scădere a afinității de legare a acestei subunități la subunitatea catalitică a enzimei (vezi capitolul 4). Aceasta determină disocierea ambelor subunități proteice ale enzimei. Subunitatea catalitică, eliberată din acțiunea inhibitoare a subunității de reglare, este activată și catalizează fosforilarea proteinelor. Fosforilarea modifică proprietățile anumitor proteine, ceea ce afectează procesele sub controlul cAMP. Interacțiunea hormonilor steroizi cu receptorii lor provoacă astfel de modificări conformaționale în aceștia din urmă care le conferă capacitatea de a se lega de nucleul celular (vezi capitolul 4). Această interacțiune modifică și alte proprietăți ale receptorilor care sunt importante în mediarea efectului hormonilor steroizi asupra transcripției anumitor tipuri de ARNm.
Pentru a avea astfel de funcții specializate și foarte specifice, proteinele, ca urmare a evoluției genelor care determină secvența lor de aminoacizi, au trebuit să dobândească structura pe care o au în prezent. În unele cazuri, la proces iau parte și alte gene, care codifică sinteza produselor care modifică proteinele reglatoare în sine (de exemplu, prin glicozilare). Deoarece evoluția genelor, aparent, a avut loc datorită unor mecanisme precum mutația genelor preexistente și recombinarea secțiunilor diferitelor gene (așa cum s-a discutat), acest lucru a impus anumite restricții asupra evoluției proteinei. Din punct de vedere evolutiv, probabil că ar fi mai ușor să modifici structurile prezente decât să creăm gene complet noi. În acest sens, existența unei anumite omologii în secvențele de aminoacizi ale diferitelor proteine poate să nu fie neașteptată, deoarece genele acestora ar fi putut apărea ca urmare a evoluției precursorilor comuni. Deoarece, după cum sa menționat mai sus, regiunile proteice adaptate pentru legarea liganzilor de reglare, cum ar fi AMPc și steroizii sau analogii lor, trebuie să fi existat deja până la apariția acestor liganzi, este ușor de imaginat cum modificarea genelor unor astfel de proteine poate duce la sinteza altor proteine care păstrează specificitatea de legare ridicată a ligandului de reglare.
Pe fig. Figura 2-2 prezintă una dintre schemele ipotetice pentru evoluția glucotransferazei primitive în trei tipuri existente de proteine reglatoare: proteina bacteriană de legare a AMPc (CAP sau CRP), care reglează transcripția mai multor gene care codifică enzime care sunt implicate în metabolismul lactozei. , precum și O proteină de legare a AMPc de mamifer care reglează activitatea protein kinazei dependente de AMPc, care mediază acțiunea AMPc la om (vezi capitolul 4) și adenilat ciclază (vezi capitolul 4). În ceea ce privește proteina bacteriană și kinaza, situsurile de legare a ATP ale glucokinazei primitive au evoluat spre dobândirea unei specificități mai mari de legare a cAMP. Proteina bacteriană a dobândit, de asemenea, o capacitate suplimentară de legare a polinucleotidelor (ADN). Evoluția kinazei implică dobândirea capacității glucofosfotransferazei de a fosforila proteine. În cele din urmă, adenilat ciclaza ar putea fi, de asemenea, formată din glucokinază prin înlocuirea funcției generatoare de ADP cu una generatoare de cAMP. Aceste concluzii nu pot decât să fie pur ipotetice; cu toate acestea, ele arată cum ar fi putut avea loc evoluția moleculară a proteinelor reglatoare enumerate.

Orez. 2-2. Originea propusă a proteinei kinazei dependente de cAMP, adenilat-ciclazei și a proteinei de reglementare bacteriene de legare a cAMP (Baxter, MacLeod).
Deși lipsesc multe detalii din imaginea evoluției proteinelor, informațiile disponibile în prezent despre structura proteinelor și genelor oferă o bază pentru analizarea întrebării dacă genele unor hormoni polipeptidici provin dintr-o genă precursoare comună. Hormonii polipeptidici individuali pot fi grupați în funcție de asemănarea lor structurală. Nu este nimic surprinzător în faptul că hormonii aparținând aceluiași grup pot avea efecte fiziologice similare cauzate de ei, precum și un mecanism similar de acțiune. Deci, hormonul de creștere (GH), prolactina și somatomamotropina corionică (lactogen placentar) se caracterizează prin un grad înalt omologia secvenței de aminoacizi. Hormoni glicoproteici - hormonul tirotrop (TSH), gonadotropina corionică umană (hCG), hormonii foliculo-stimulatori (FSH) și luteinizanți (LH) - constau din două subunități, fiecare dintre ele, una (lanțul A) este identică sau aproape identică pentru toți hormonii unui grup dat. Secvența de aminoacizi a subunităților B din diverși hormoni, deși nu este identică, are omologie structurală. Aceste diferențe în lanțurile B sunt cele care pot fi de o importanță decisivă pentru a conferi specificitate interacțiunii fiecărui hormon cu țesutul său țintă. Insulina prezintă unii analogi structurali și împărtășește activitatea biologică cu alți factori de creștere, cum ar fi somatomedina și activitatea asemănătoare insulinei nesuprimată (NIPA).
În ceea ce privește grupul de hormoni căruia îi aparține hormonul de creștere, secvența de nucleotide a ARNm care codifică sinteza acestora a fost parțial elucidată. Fiecare aminoacid necesită trei nucleotide în ADN (și, prin urmare, în ARNm transcris din acesta). Deși acest triplet de nucleotide; (codon) corespunde acestui aminoacid particular, pot exista mai mulți codoni pentru același aminoacid. O astfel de „degenerare” a codului genetic face posibil ca secvențele de nucleotide ale celor două gene date, care determină structura celor doi hormoni, să fie mai mult sau mai puțin omoloage decât se găsește în proteine. Astfel, dacă două proteine împărtășesc omologie aleatoare a secvenței de aminoacizi, atunci secvențele de acid nucleic ar putea prezenta diferențe mari. Cu toate acestea, în ceea ce privește genele care codifică sinteza hormonilor din grupul somatotropinei, acesta nu este cazul; omologia secvenței de acid nucleic este mai mare decât omologia secvenței de aminoacizi. Hormonul uman de creștere și somatomamotropina corionică umană, care împărtășesc 87% omologie de secvență de aminoacizi, au 93% omologie de secvență de acid nucleic în ARNm. Hormonii de creștere umani și șobolani au 70% omologie de secvență de aminoacizi, iar ARNm-urile lor prezintă 75% omologie de secvență de acid nucleic. În unele regiuni ale ARNm al hormonului de creștere la șobolan și al somatomamotropinei corionice umane (ARNm a doi hormoni diferiți la două specii biologice), omologia este de 85% (Fig. 2-3). Astfel, doar modificări minime ale bazelor în ADN provoacă diferențe hormonale. Prin urmare, aceste date susțin concluzia că genele acestor hormoni au evoluat dintr-un strămoș comun. Din punctul de vedere al ideilor de mai sus despre simboluri și reacțiile pe care le provoacă, este semnificativ faptul că fiecare dintre cei trei hormoni ai acestui grup are un efect asupra creșterii (vezi mai jos). Hormonul de creștere este un factor care determină creșterea liniară. Prolactina joacă un rol important în procesele de lactație și astfel asigură creșterea nou-născutului. Somatomamotropina corionică, deși semnificația sa fiziologică nu a fost stabilită cu precizie, poate avea un efect semnificativ asupra creșterii intrauterine, direcționând nutrienții care intră în corpul mamei către creșterea fetală.

Orez. 2-3. Omologia secvențelor de aminoacizi (AA) în hormonul de creștere a șobolanului (GRH) și somatomamotropina corionica umană (lactogen placentar uman, PLC) și secvențele de acid nucleic din ARN mesager care codifică sinteza acestor doi hormoni. Numele aminoacizilor sunt prescurtate, la fel ca și denumirile acizilor nucleici. Este prezentată regiunea corespunzătoare secvenței de aminoacizi 134-149. Acizii nucleici și aminoacizii neomologi sunt subliniați (Baxter și colab.). U - uridină, C - citozină, A - adenozină, G - guanozină.

Lucrarea genelor în orice organism - procariote, eucariote, unicelulare sau multicelulare - este controlată și coordonată.

Genele diferite au activitate temporală diferită. Unele dintre ele sunt caracterizate de activitate constantă. Astfel de gene sunt responsabile pentru sinteza proteinelor necesare unei celule sau organism de-a lungul vieții, de exemplu, gene ale căror produse sunt implicate în sinteza ATP. Majoritatea genelor au activitate intermitentă, funcționează doar în anumite momente când este nevoie de produsele lor - proteine. Genele diferă și prin nivelurile lor de activitate (scăzut sau ridicat).

Proteinele celulare sunt clasificate ca reglatoare și structurale. Proteine reglatoare sintetizate pe gene reglatoare și controlează activitatea genelor structurale. Genele structurale codifică proteine structurale care îndeplinesc funcții structurale, enzimatice, de transport și alte funcții (cu excepția celor de reglementare!).

Reglarea sintezei proteinelor se realizează în toate etapele acestui proces: transcripție, traducere și modificare post-translațională, fie prin inducție, fie prin represiune.

Reglarea activității genelor în organismele eucariote este mult mai complicată decât reglarea expresiei genelor procariote, care este determinată de complexitatea organizării unui organism eucariot, și în special a unui organism multicelular. În 1961, oamenii de știință francezi F. Jacob, J. Monod și A. Lvov au formulat un model de control genetic al sintezei proteinelor care catalizează asimilarea lactozei de către celulă - conceptul de operon.

Un operon este un grup de gene controlate de o singură genă regulatoare.

O genă reglatoare este o genă cu activitate constantă scăzută; pe ea este sintetizată o proteină represoare - o proteină reglatoare care se poate lega de un operator, inactivând-o.

Un operator este un punct de plecare pentru citirea informațiilor genetice; el controlează activitatea genelor structurale.

Genele structurale ale operonului lactozei conțin informații despre enzimele implicate în metabolismul lactozei. Prin urmare, lactoza va servi ca inductor - un agent care inițiază activitatea operonului.

Un promotor este locul de atașare pentru ARN polimeraza.

Terminatorul este locul de terminare a sintezei ARNm.

În absența unui inductor, sistemul nu funcționează, deoarece represorul „liber” de inductor - lactoză - este conectat la operator. În acest caz, enzima ARN polimerază nu poate cataliza procesul de sinteză a ARNm. Dacă în celulă se găsește lactoză (un inductor), aceasta, interacționând cu represorul, își schimbă structura, în urma căreia represorul eliberează operatorul. ARN polimeraza se leagă de promotor, începe sinteza ARNm (transcripția genelor structurale). Apoi proteinele se formează pe ribozomi conform programului operonului ARNm-lactoză. În organismele procariote, o moleculă de ARNm rescrie informațiile din toate genele structurale ale operonului, de exemplu. Un operon este o unitate de transcripție. Transcripția continuă atâta timp cât moleculele de lactoză rămân în citoplasma celulei. De îndată ce toate moleculele sunt procesate de celulă, represorul închide operatorul și sinteza ARNm se oprește.

Astfel, sinteza ARNm și, în consecință, sinteza proteinelor trebuie să fie strict reglementate, deoarece celula nu are suficiente resurse pentru transcripția și traducerea simultană a tuturor genelor structurale. Atât pro- cât și eucariote sintetizează în mod constant doar acele ARNm care sunt necesare pentru îndeplinirea funcțiilor celulare de bază.Expresia altor gene structurale se realizează sub controlul strict al sistemelor de reglare care declanșează transcripția doar atunci când este nevoie de o anumită proteină (proteine). ).

PROTEINE REGLATORII (din lat. regulo - puse in ordine, ajusta), un grup de proteine. implicate în reglementarea decomp. biochimie. proceselor. Un grup important de proteine de reglementare, căruia îi este dedicat acest articol, sunt proteinele care interacționează cu ADN-ul și controlează expresia genelor (expresia genelor în caracteristicile și proprietățile unui organism). Marea majoritate a acestor proteine reglatoare funcționează la nivelul transcripției (sinteza ARN-ului mesager, sau ARNm, pe un șablon ADN) și sunt responsabile pentru activarea sau reprimarea (suprimarea) sintezei ARNm (proteine activatoare și, respectiv, proteine represoare) .

Represorul este de obicei un dimer din două lanțuri polipeptidice identice orientate în direcții reciproc opuse. Represorii împiedică fizic ARN polimeraza să se atașeze la ADN la locul promotor (locul de legare a enzimei ARN polimerazei dependente de ADN care catalizează sinteza ARNm pe matrița ADN) și să înceapă sinteza ARNm. Se presupune că represorul previne doar inițierea transcripției și nu afectează alungirea ARNm.

Represorul poate controla sinteza la. - l. o singură proteină sau o serie de proteine. a căror expresie este coordonată. De regulă, acestea sunt enzime care servesc un metabolic. cale; genele lor fac parte dintr-un operon (un set de gene interconectate și regiuni reglatoare adiacente).

Mn. represorii pot exista atât sub formă activă, cât și inactivă, în funcție de faptul dacă sunt sau nu asociați cu inductori sau corepresori (respectiv, substraturi în prezența cărora rata de sinteză a unei anumite enzime este crescută sau scăzută în mod specific; vezi Regulatori enzimatici); aceste interacțiuni au o natură necovalentă.

Pentru o expresie eficientă a genei, este necesar nu numai ca represorul să fie inactivat de către inductor, ci și ca cel specific să fie realizat. pozitiv semnal de pornire, care este mediat de proteinele reglatoare care lucrează „în pereche” cu ciclice. adenozin monofosfat (cAMP). Acesta din urmă se leagă de proteine de reglare specifice (așa-numitul CAP-protein-activator of catabolite genes, sau proteine. activator of catabolism-BAC). Acesta este un dimer cu un dig. m. 45 mii. După legarea la cAMP, dobândește capacitatea de a se atașa la anumite. regiuni ale ADN-ului, crescând brusc eficiența transcripției genelor operonului corespunzător. În același timp, CAP nu afectează rata de creștere a lanțului de ARNm, ci controlează stadiul inițierii transcripției - atașarea ARN polimerazei la promotor. Spre deosebire de represor, CAP (în complex cu AMPc) facilitează legarea ARN polimerazei de ADN și face inițierea transcripției mai frecventă. Locul de atașare a CAP la ADN se învecinează direct cu promotorul din partea opusă celei în care este localizat operatorul.

Reglarea pozitivă (de exemplu, a operonului E. coli lac) poate fi descrisă într-un mod simplificat: cu o scădere a concentrației de glucoză (sursa principală de carbon), concentrația de cAMP, care se leagă de CAP, crește și complexul rezultat crește cu promotorul lac. Ca rezultat, legarea ARN polimerazei de promotor este stimulată și viteza de transcripție a genelor care codifică enzime care permit celulei să treacă la o altă sursă de carbon, lactoză, crește. Există și alte proteine reglatoare speciale (de exemplu, proteina C), a căror funcționare este descrisă printr-o schemă mai complexă; ei controlează o gamă restrânsă de gene și pot acționa atât ca represori, cât și ca activatori.

Represorii și activatorii specifici operonului nu afectează specificitatea ARN polimerazei în sine. Acest ultim nivel de reglementare se realizează în cazurile care implică massir. modificarea spectrului genelor exprimate. Deci, la E. coli, genele care codifică proteinele de șoc termic, care sunt exprimate într-o serie de condiții stresante ale celulei, sunt citite de ARN polimeraza doar atunci când o proteină reglatoare specială, așa-numita. factorul s32. O întreagă familie a acestor proteine reglatoare (factori s), care modifică specificitatea promotorului ARN polimerazei, a fost găsită în bacili și alte bacterii.

Dr. o varietate de proteine reglatoare se modifică catalitic. proprietățile ARN polimerazei (așa-numitele proteine anti-terminator). De exemplu, în bacteriofagul X, sunt cunoscute două astfel de proteine care modifică ARN polimeraza astfel încât aceasta să nu se supună semnalelor celulare de terminare (sfârșitul) transcripției (acest lucru este necesar pentru expresia activă a genelor fagilor).

Schema generală a geneticii controlul, inclusiv funcționarea proteinelor de reglare, este aplicabil și bacteriilor și celulelor eucariote (toate organismele, cu excepția bacteriilor și algelor albastre-verzi).

eucariote celulele răspund la ext. semnale (pentru ei, de exemplu, hormoni) în principiu, în același mod în care celulele bacteriene reacționează la modificările concentrației de nutrienți. substanțe din mediu, de ex. prin reprimare reversibilă sau activare (depresiune) a genelor individuale. În același timp, proteinele reglatoare care controlează simultan activitatea unui număr mare de gene pot fi utilizate în decomp. combinatii. Genetică combinațională similară reglementarea poate oferi diferențiere. dezvoltarea întregului organism multicelular complex datorită interacțiunii. relativ puține proteine reglatoare cheie

În sistemul de reglare a activității genelor la eucariote, există o adăugare. un nivel absent în bacterii, și anume, translația tuturor nucleozomilor (subunități repetate de cromatină) care alcătuiesc unitatea de transcripție într-o formă activă (decondensată) în acele celule în care această genă ar trebui să fie activă funcțional. Se presupune că aici sunt implicate un set de proteine reglatoare specifice care nu au analogi la procariote. Aceste proteine nu numai că recunosc specifice secțiuni de cromatina (sau. ADN), dar provoacă și anumite modificări structurale în zonele adiacente. proteinele de reglare precum activatorii și represorii bacteriilor, aparent, sunt implicate în reglarea transcripției ulterioare a genelor individuale în zonele activir. cromatina.

O clasă extinsă de proteine de reglare proteine receptore eucariote ale hormonilor steroizi.

Secvența de aminoacizi a proteinelor reglatoare este codificată de așa-numitele. gene reglatoare. Inactivarea mutațională a represorului duce la sinteza necontrolată a ARNm și, în consecință, a unei anumite proteine (ca urmare a sintezei proteinei de translație pe șablonul ARNm). Astfel de organisme sunt numite mutanți constitutivi. Pierderea activatorului ca urmare a mutației duce la o scădere persistentă a sintezei proteinei reglate.