paneller
Düzenleyici proteinlerin biyolojisi. Proteinlerin düzenleyici işlevi

Düzenleyici proteinlerin biyolojisi. Proteinlerin düzenleyici işlevi

Plan:

1 Hücreler arası sinyalleşmede yer alan proteinler
2 Reseptör proteinleri
3 Hücre içi düzenleyici proteinler
- 3.1 Transkripsiyonel düzenleyici proteinler
- 3.2 Translasyonel düzenleme faktörleri
- 3.3 ekleme düzenleyici faktörler
- 3.4 Protein kinazlar ve protein fosfatazlar

giriiş

Proteinlerin düzenleyici işlevi- bilgi alma ve iletme yetenekleriyle ilişkili bir hücrede veya organizmada süreçlerin düzenlenmesinin proteinler tarafından uygulanması. Düzenleyici proteinlerin etkisi tersine çevrilebilir ve kural olarak bir ligandın varlığını gerektirir. Giderek daha fazla yeni düzenleyici protein sürekli olarak keşfedilmektedir; şu anda muhtemelen bunların sadece küçük bir kısmı bilinmektedir.

Düzenleyici bir işlevi yerine getiren birkaç protein türü vardır:

proteinler - sinyali algılayan reseptörler
sinyal proteinleri - hücreler arası sinyalleşmeyi gerçekleştiren hormonlar ve diğer maddeler (hepsi olmasa da çoğu protein veya peptittir)
hücrelerdeki birçok işlemi düzenleyen düzenleyici proteinler.

1. Hücreler arası sinyalleşmede yer alan proteinler

Hormon proteinleri (ve hücreler arası sinyalleşmede yer alan diğer proteinler) metabolizmayı ve diğer fizyolojik süreçleri etkiler.

hormonlar- endokrin bezlerinde oluşan maddeler kanla taşınır ve bir bilgi sinyali taşır. Hormonlar rastgele yayılır ve yalnızca uygun reseptör proteinlerine sahip hücreler üzerinde etki gösterir. Hormonlar belirli reseptörlere bağlanır. Hormonlar genellikle yavaş süreçleri, örneğin bireysel dokuların büyümesini ve vücudun gelişimini düzenler, ancak istisnalar vardır: örneğin, adrenalin (adrenalin makalesine bakın) bir stres hormonudur, bir amino asit türevidir. Adrenal medullaya bir sinir uyarısı etki ettiğinde salınır.Aynı zamanda kalp daha sık atmaya başlar, kan basıncı yükselir ve diğer tepkiler ortaya çıkar. Aynı zamanda karaciğere de etki eder (glikojeni parçalar). Glikoz kana salınır ve beyin ve kaslar tarafından enerji kaynağı olarak kullanılır.

2. Reseptör proteinleri

Reseptör proteinleri, düzenleyici işlevi olan proteinlere de atfedilebilir. Zar proteinleri - reseptörler, hücre yüzeyinden içeriye doğru bir sinyal iletir ve onu dönüştürür. Hücre dışında bu reseptöre "oturan" bir liganda bağlanarak hücre fonksiyonlarını düzenlerler; sonuç olarak hücre içinde başka bir protein aktive olur.

Hormonların çoğu bir hücreye ancak zarında belirli bir reseptör varsa - başka bir protein veya glikoprotein - etki eder. Örneğin, β2-adrenerjik reseptör karaciğer hücrelerinin zarında bulunur. Stres altında adrenalin molekülü β2-adrenerjik reseptöre bağlanır ve onu aktive eder. Aktive edilmiş reseptör daha sonra GTP'yi bağlayan G proteinini aktive eder. Birçok ara sinyal iletim adımından sonra glikojen fosforolizi meydana gelir. Alıcı, glikojenin parçalanmasına yol açan ilk sinyal iletim işlemini gerçekleştirdi. Onsuz, hücre içinde müteakip reaksiyonlar olmazdı.

3. Hücre içi düzenleyici proteinler

Proteinler, çeşitli mekanizmalar kullanarak hücrelerin içinde meydana gelen süreçleri düzenler:

DNA molekülleri ile etkileşimler (transkripsiyon faktörleri)
diğer proteinlerin fosforilasyonu (protein kinaz) veya fosforilasyonu (protein fosfataz) ile
ribozom veya RNA molekülleri ile etkileşime girerek (çeviri düzenleme faktörleri)
intron çıkarma işlemi üzerindeki etkiler (birleştirme düzenleyici faktörler)
diğer proteinlerin (ubikuitinler, vb.)

3.1. Transkripsiyonel düzenleyici proteinler

transkripsiyon faktörü- bu, çekirdeğe giren, DNA'nın transkripsiyonunu, yani DNA'dan mRNA'ya bilgilerin okunmasını düzenleyen bir proteindir (DNA şablonuna göre mRNA sentezi). Bazı transkripsiyon faktörleri, kromatinin yapısını değiştirerek onu RNA polimerazları için daha erişilebilir hale getirir. Diğer transkripsiyon faktörlerinin sonraki etkisi için istenen DNA konformasyonunu yaratan çeşitli yardımcı transkripsiyon faktörleri vardır. Diğer bir transkripsiyon faktörü grubu, doğrudan DNA moleküllerine bağlanmayan, ancak protein-protein etkileşimleri kullanılarak daha karmaşık kompleksler halinde birleştirilen faktörlerdir.

3.2. Translasyonel düzenleme faktörleri

Yayın- ribozomlar tarafından gerçekleştirilen mRNA şablonuna göre proteinlerin polipeptit zincirlerinin sentezi. Çeviri, mRNA'ya bağlanan baskılayıcı proteinlerin yardımı da dahil olmak üzere çeşitli şekillerde düzenlenebilir. Baskılayıcının bu mRNA tarafından kodlanan protein olduğu birçok durum vardır. Bu durumda, geri besleme düzenlemesi meydana gelir (bunun bir örneği, treonil-tRNA sentetaz enziminin sentezinin baskılanmasıdır).

3.3. ekleme düzenleyici faktörler

Ökaryotik genler içinde amino asitleri kodlamayan bölgeler vardır. Bu bölgelere intron denir. Transkripsiyon sırasında ilk önce pre-mRNA'ya kopyalanırlar, ancak daha sonra özel bir enzim tarafından kesilirler. Bu intronların çıkarılması ve ardından kalan bölümlerin uçlarının birbirine dikilmesi işlemine ekleme (çapraz bağlama, ekleme) denir. Ekleme, genellikle ekleme düzenleyici faktörler olarak adlandırılan proteinlerle ilişkili küçük RNA'lar kullanılarak gerçekleştirilir. Ekleme, enzimatik aktiviteye sahip proteinleri içerir. Pre-mRNA'ya istenen konformasyonu verirler. Kompleksin (spliceosome) bir araya getirilmesi için, bölünebilir ATP molekülleri formunda enerji tüketmek gerekir; bu nedenle, bu kompleks ATPaz aktivitesine sahip proteinler içerir.

Alternatif bir ekleme var. Ekleme özellikleri, intron bölgelerinde veya ekson-intron sınırındaki alanlarda RNA molekülüne bağlanabilen proteinler tarafından belirlenir. Bu proteinler, bazı intronların çıkarılmasını önleyebilir ve aynı zamanda diğerlerinin çıkarılmasını teşvik edebilir. Eklemenin hedeflenen düzenlemesinin önemli biyolojik etkileri olabilir. Örneğin, meyve sineği Drosophila'da, cinsiyet belirleme mekanizmasının temelinde alternatif birleştirme yatar.

3.4. Protein kinazlar ve protein fosfatazlar

Hücre içi süreçlerin düzenlenmesinde en önemli rol, protein kinazlar tarafından oynanır - diğer proteinlerin aktivitesini aktive eden veya inhibe eden enzimler, onlara fosfat grupları bağlayarak.

Protein kinazlar, fosforilasyon yoluyla diğer proteinlerin aktivitesini düzenler - hidroksil gruplarına sahip amino asit kalıntılarına fosforik asit kalıntılarının eklenmesi. Fosforilasyon genellikle enzimatik aktivite gibi proteinin işleyişini ve proteinin hücre içindeki konumunu değiştirir.

Fosfat gruplarını parçalayan proteinler olan protein fosfatazlar da vardır. Protein kinazlar ve protein fosfatazlar, hücre içindeki sinyallerin yanı sıra metabolizmayı da düzenler. Proteinlerin fosforilasyonu ve defosforilasyonu, çoğu hücre içi süreçlerin düzenlenmesinin ana mekanizmalarından biridir.

Reseptörün etkisi altında G-protein aktivasyon döngüsü.

indirmek
Bu özet, Rus Wikipedia'daki bir makaleye dayanmaktadır. Senkronizasyon tamamlandı 18/07/11 07:59:14
Benzer özetler:

DÜZENLEYİCİ PROTEİNLER

(lat. regulo'dan - sıraya koyun, ayarlayın), ayrışmanın düzenlenmesinde yer alan bir grup protein. biyokimya. süreçler. R. b.'nin önemli bir grubu, bu makale Kırım'a ayrılmıştır, DNA ile etkileşime giren ve gen ekspresyonunu kontrol eden proteinlerdir (vücudun işaretlerinde ve özelliklerinde gen ekspresyonu). Böyle R.'nin büyük çoğunluğu. düzeyde çalışır transkripsiyonlar(bir DNA şablonu üzerinde haberci RNA veya mRNA sentezi) ve mRNA sentezinin (sırasıyla, aktivatör proteinler ve baskılayıcı proteinler) aktivasyonundan veya baskılanmasından (baskılanmasından) sorumludur.

Bilinen ca. 10 baskılayıcı. Naib. bunların arasında incelenenler, Escherichia coli'de (E. coli) laktoz metabolizmasında yer alan enzimlerin (lac-represör) sentezini düzenleyen prokaryotik baskılayıcılar (bakteriler, mavi-yeşil algler) ve bakteriyofaj A baskılayıcıdır. Eylemleri, belirli bir şeye bağlanarak gerçekleştirilir. karşılık gelen genlerin DNA bölümleri (operatörleri) ve bu genler tarafından kodlanan mRNA'nın transkripsiyonunun başlatılmasını bloke eder.

Baskılayıcı genellikle karşılıklı olarak zıt yönlerde yönlendirilmiş iki özdeş polipeptit zincirinin bir dimeridir. Bastırıcılar fiziksel olarak engeller RNA polimeraz promotör bölgesinde (DNA şablonunda mRNA sentezini katalize eden DNA'ya bağımlı RNA polimeraz enziminin bağlanma bölgesi) DNA'ya katılın ve mRNA sentezini başlatın. Baskılayıcının sadece transkripsiyonun başlamasını engellediği ve mRNA uzamasını etkilemediği varsayılmaktadır.

Baskılayıcı, sentezi kontrol edebilir - l. ekspresyonu koordine edilen bir protein veya birkaç protein. Kural olarak, bunlar bir metabolik hizmet vermektedir. yol; genleri bir operonun (birbirine bağlı bir dizi gen ve bitişik düzenleyici bölgeler) parçasıdır.

Mn. baskılayıcılar, indükleyiciler veya koruyucular (sırasıyla, varlığında belirli bir enzimin sentez hızını spesifik olarak artıran veya azaltan substratlar; bkz. Enzim Düzenleyiciler); bu etkileşimler kovalent olmayan bir yapıya sahiptir.

Etkili gen ekspresyonu için sadece baskılayıcının indükleyici tarafından inaktive edilmesi değil, aynı zamanda spesifik olanın gerçekleştirilmesi de gereklidir. pozitif R. b.'nin aracılık ettiği açma sinyali, döngüsel ile "çift olarak" çalışıyor. adenosin monofosfat (cAMP). İkincisi, spesifik R. b. (katabolit genlerinin sözde CAP protein aktivatörü veya protein katabolizma aktivatörü-BAC). Bu iskeleli bir dimer. m.45 bin cAMP'ye bağlandıktan sonra spesifiklere bağlanma yeteneği kazanır. DNA üzerindeki bölgeler, karşılık gelen operonun genlerinin transkripsiyonunun verimliliğini keskin bir şekilde arttırır. Aynı zamanda, CAP, mRNA zincirinin büyüme hızını etkilemez, ancak transkripsiyon başlatma aşamasını kontrol eder - RNA polimerazın promotöre bağlanması. Baskılayıcının aksine, CAP (cAMP ile kompleks halinde) RNA polimerazın DNA'ya bağlanmasını kolaylaştırır ve transkripsiyonun daha sık başlamasını sağlar. CAP'nin DNA'ya bağlanma bölgesi, operatörün lokalize olduğu tarafın tersi tarafından doğrudan promotöre bitişiktir.

Pozitif düzenleme (örneğin, E. coli lac operon) basitleştirilmiş bir şema ile tanımlanabilir: glukoz konsantrasyonunda (ana karbon kaynağı) bir azalma ile, SAR'a bağlanan cAMP artar ve sonuçta ortaya çıkan kompleks lac promotörüne . Sonuç olarak, RNA polimerazın promotöre bağlanması uyarılır ve genlerin transkripsiyon hızı artar, çavdar kodlaması, hücrenin başka bir karbon-laktoz kaynağının kullanımına geçmesine izin verir. Başka özel R. b. (örneğin protein C), işleyişi daha karmaşık bir şema ile tarif edilmiştir; dar bir gen aralığını kontrol ederler ve hem baskılayıcı hem de etkinleştirici olarak hareket edebilirler.

Baskılayıcılar ve operona özgü aktivatörler, RNA polimerazın kendisinin özgüllüğünü etkilemez. Bu son düzenleme seviyesi, massir içeren durumlarda gerçekleştirilir. ifade edilen genlerin spektrumunda değişiklik. Bu nedenle, E. coli'de hücrenin bir takım stresli koşullarında ifade edilen ısı şokunu kodlayan genler, yalnızca sınıfına özel bir R.b.-t dahil edildiğinde RNA polimeraz tarafından okunur. aranan faktör 32 . Bunların bütün ailesi R. b. RNA polimerazın promotör özgüllüğünü değiştiren (s-faktörleri) basillerde ve diğer bakterilerde bulunmuştur.

Dr. R.'nin çeşidi b. katalitik değiştirir Saint-va RNA polimeraz (sözde anti-terminatör proteinler). Bu nedenle, X bakteriyofajında, bu tür iki protein bilinmektedir, çavdar RNA polimerazı değiştirir, böylece hücresel transkripsiyon sonlandırma (son) sinyallerine uymaz (bu, faj genlerinin aktif ifadesi için gereklidir).

Genetiğin genel şeması R. b.'nin işleyişi de dahil olmak üzere kontrol, bakteri ve ökaryotik hücreler için de geçerlidir (bakteriler ve mavi-yeşil algler hariç tüm organizmalar).

ökaryotik hücreler ext'ye yanıt verir. sinyaller (örneğin onlar için) prensipte, bakteri hücrelerinin besin konsantrasyonundaki değişikliklere tepki vermesiyle aynı şekilde. içeri girmek çevre, yani, tek tek genlerin tersine çevrilebilir baskılanması veya aktivasyonu (derepresyonu) ile. Aynı zamanda, R. b., aynı anda kontrol Büyük bir sayı genler, ayrıştırmada kullanılabilir. kombinasyonlar. Benzer kombinasyonel genetik düzenleme farklılaşma sağlayabilir. etkileşim nedeniyle tüm karmaşık çok hücreli organizmanın gelişimi. nispeten az sayıda anahtar R. b.

Ökaryotlarda gen aktivitesinin düzenlenmesi sisteminde bir ilave vardır. bakterilerde bulunmayan bir seviye, yani tüm nükleozomların translasyonu (tekrarlayan alt birimler kromatin), transkripsiyon ünitesinin bir parçası olan, fonksiyonel olarak aktif olması gereken hücrelerde aktif (yoğunlaştırılmış) bir forma dönüştürülür. Prokaryotlarda analogları olmayan bir dizi spesifik R. b.'nin burada yer aldığı varsayılmaktadır. Bunlar sadece özellikleri tanımakla kalmaz. kromatin (veya DNA) bölümlerinin yanı sıra bitişik alanlarda belirli yapısal değişikliklere de neden olur. R., bakteri aktivatörlerine ve baskılayıcılarına benzer şekilde, görünüşe göre, aktivir alanlarındaki ayrı genlerin müteakip transkripsiyonunun düzenlenmesine katılır. kromatin.

Kapsamlı sınıf R. b. ökaryot- reseptör proteinleri steroid hormonları.

Amino asit dizisi R. b. sözde kodlanmış. düzenleyici genler Baskılayıcının mutasyonel inaktivasyonu, mRNA'nın kontrolsüz sentezine ve sonuç olarak belirli bir proteine (sonuç olarak) yol açar. tercüme- bir mRNA şablonunda protein sentezi). Bu tür organizmalara denir kurucu mutantlar. Aktivatörün kaybı, düzenlenmiş proteinin sentezinde kalıcı bir azalma ile sonuçlanır.

Aydınlatılmış.: Strayer L., Biyokimya, çev. İngilizceden, cilt 3, M., 1985, s. 112-25.

P.L. Ivanov.

Kimyasal ansiklopedi. - M.: Sovyet Ansiklopedisi. Ed. I. L. Knunyants. 1988 .

"DÜZENLEYİCİ PROTEİNLER" in diğer sözlüklerde neler olduğunu görün:

sincaplar- nefesler için spesifik Polietilen kromozomların nefeslerinde gen aktivasyonu sürecinde yer alan heterojen bir nükleer protein grubu; bu proteinler, uygun transkripsiyon faktörlerini (RNA polimeraz II, düzenleyici proteinler, vb.) ve ayrıca bir dizi ... ... Teknik Çevirmenin El Kitabı

Puf spesifik proteinler- Puflara özgü proteinler * pufa özgü proteinler * pufa özgü proteinler, politen kromozomlarının puflarında gen aktivasyonu sürecinde yer alan heterojen bir nükleer protein grubudur. Bu proteinler enzimler...

Bu terimin başka anlamları vardır, bkz. Proteinler (anlamlar). Proteinler (proteinler, polipeptitler) yüksek moleküler ağırlık organik madde peptit bağı ile bir zincire bağlı alfa amino asitlerden oluşur. Canlı organizmalarda ... ... Wikipedia

Visokomol. doğal bir amid (peptid) bağı hSOCHNHCH ile bağlanan amino asit kalıntılarından oluşturulan polimerler. Her B. özgüllük ile karakterize edilir. amino asit dizisi ve bireysel boşluklar, yapı (konformasyon). Üzerinde… … Kimya Ansiklopedisi

PROTEİNLER, yüksek moleküler organik bileşikler, biyopolimerler, belirli bir sırayla uzun zincirlere bağlı 20 tip L a amino asit kalıntısından oluşur. Proteinlerin moleküler ağırlığı 5 bin ile 1 milyon arasında değişmektedir.Ad ... ... ansiklopedik sözlük

düzenleyici proteinler- * Düzenleyici proteinler * Düzenleyici proteinler - DNA'nın düzenleyici bölgelerine bağlanarak matris işlemlerini düzenleyen proteinler. Hasarlı DNA'ya bağlanan proteinler Genetik. ansiklopedik sözlük

Proteinler, yüksek moleküler ağırlıklı organik amino asit kalıntılarından oluşturulan bileşikler. Hayatta birincil bir rol oynarlar ve sayısız performans sergilerler. yapılarında, gelişiminde ve metabolizmasında görev alır. Mol. m. B. PROTEINS '5000'den diğerlerine ... ...

- (Sciurus), bir sincap cinsi. Uzunluk gövde 20 31 cm İyi tırmanır ve ağaçların arasından geçerler. Uzun (20-30 cm) gür bir kuyruk, zıplarken dümen görevi görür. TAMAM. Kuzeyde 40 tür. yarım kürede ve kuzey güneyde. Amerika, ada da dahil olmak üzere dağ ve ova ormanlarında ... ... Biyolojik ansiklopedik sözlük

PROTEİNLER, proteinler, makromoleküler organik. amino asit kalıntılarından oluşturulan bileşikler. Tüm organizmaların yaşamında, yapılarına, gelişimine ve metabolizmasına katılarak birincil bir rol oynarlar. Mol. m. B. 5000'den mn'ye. milyon... Biyolojik ansiklopedik sözlük

sincaplar- amino asit kalıntılarından oluşan proteinler, proteinler, yüksek moleküler organik maddeler. Tüm organizmaların yaşamında önemli bir rol oynarlar, hücrelerinin ve dokularının bir parçası olurlar ve katalitik (enzimler), düzenleyici işlevler yaparlar ... ... Tarım. Büyük ansiklopedik sözlük

Hormon reseptörleri veya protein kinaz düzenleyici alt birim (cAMP tarafından aktive edilen bir enzim) gibi düzenleyici ligandların (yani sırasıyla hormonlar ve cAMP) bağlanmasını kontrol eden aktivitelere sahiptir. Bu sınıftaki proteinlerin aktivitelerinin ligandlar tarafından özel olarak düzenlenmesi için, bu tür moleküllerin her şeyden önce ligandı spesifik olarak (ve bir kural olarak yüksek afinite ile) bağlayan ve moleküllere ayırt etme yeteneği veren bölgelere sahip olmaları gerekir. diğer kimyasal bileşiklerden ligandlar. Ek olarak, protein, ligand bağlanmasının bir sonucu olarak, konformasyonunun değişebileceği, yani. düzenleyici eylemi etkinleştirin. Örneğin memelilerde, cAMP'nin tek tek protein kinazların düzenleyici alt birimine spesifik bağlanması, bu alt birimin enzimin katalitik alt birimine bağlanma afinitesinde bir azalma ile sonuçlanır. Bu, enzimin her iki protein alt biriminin ayrışmasına neden olur. Düzenleyici alt birimin engelleyici etkisinden salınan katalitik alt birim aktive edilir ve protein fosforilasyonunu katalize eder. Fosforilasyon, cAMP'nin kontrolü altındaki süreçleri etkileyen belirli proteinlerin özelliklerini değiştirir.

Büyüme hormonunun ait olduğu hormon grubuna gelince, bunların sentezini kodlayan mRNA nükleotid dizisi kısmen tanımlanmıştır (Baxter J.D. ea, 1979). Her amino asit, DNA'da (ve dolayısıyla ondan kopyalanan mRNA'da) üç nükleotit gerektirir. Belirli bir nükleotit üçlüsü (kodon) belirli bir amino aside karşılık gelse de, aynı amino asit için birkaç kodon olabilir. Genetik kodun bu "dejenerasyonu", iki hormonun yapısını belirleyen verilen iki genin nükleotid dizilerinin, proteinlerde bulunandan daha fazla veya daha az homolog olmasını mümkün kılar. Bu nedenle, eğer iki protein rastgele amino asit dizisi homolojisini paylaşıyorsa, o zaman diziler nükleik asitler büyük farklılıklar gösterebilir. Ancak somatotropin grubuna ait hormonların sentezini kodlayan genler açısından durum böyle değildir; nükleik asit dizisinin homolojisi, amino asit dizisinin homolojisinden daha yüksektir (Baxter J.D. ea, 1979). %87 amino asit dizi benzerliğini paylaşan insan büyüme hormonu ve koryonik somatomamotropin, mRNA'larında %93 nükleik asit dizi benzerliğine sahiptir. İnsan ve sıçan büyüme hormonları %70 amino asit dizi benzerliğini paylaşır ve mRNA'ları %75 nükleik asit dizi benzerliği gösterir. Sıçan büyüme hormonu ve insan koryonik somatomamotropinin (iki türde iki farklı hormonun mRNA'sı) mRNA'sının bazı bölgelerinde homoloji %85'tir. Böylece DNA'daki sadece minimal baz değişiklikleri hormon farklılıklarına neden olur. Dolayısıyla bu veriler, bu hormonların genlerinin ortak bir atadan evrimleştiği sonucunu desteklemektedir. Semboller ve neden oldukları reaksiyonlarla ilgili yukarıdaki fikirler açısından, bu gruptaki üç hormonun her birinin büyüme üzerinde bir etkisinin olması önemlidir. Büyüme hormonu lineer büyümeyi belirleyen bir faktördür. Prolaktin, emzirme süreçlerinde önemli bir rol oynar ve böylece yenidoğanın büyümesini sağlar. Koryonik somatomamotropin, fizyolojik önemi net olarak ortaya konmamış olmasına rağmen, anne vücuduna giren ve fetal büyümeyi etkileyen besin maddelerini yönlendirerek intrauterin büyüme üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir.

Metabolizmanın düzenlenmesinde yer alan proteinlerin kendileri ligandlar (örneğin peptit hormonları) olarak hizmet edebilir, yani düzenleyici bir etki uygulayan hormon reseptörleri gibi diğer proteinlerle etkileşime girebilir. Hormon reseptörleri veya protein kinaz düzenleyici alt birimi (cAMP tarafından aktive edilen bir enzim) gibi diğer düzenleyici proteinler, düzenleyici ligandların (yani sırasıyla hormonlar ve cAMP) bağlanmasıyla kontrol edilen aktivitelere sahiptir (bkz. Bölüm 4). Bu sınıftaki proteinlerin aktivitelerinin ligandlar tarafından özel olarak düzenlenmesi için, bu tür moleküllerin her şeyden önce ligandı spesifik olarak (ve bir kural olarak yüksek afinite ile) bağlayan ve moleküllere ayırt etme yeteneği veren bölgelere sahip olmaları gerekir. diğer kimyasal bileşiklerden ligand. Ek olarak, protein, ligand bağlanmasının bir sonucu olarak, konformasyonunun değişebileceği, yani düzenleyici bir eylem uygulama olasılığını sağlayacak bir yapıya sahip olmalıdır. Örneğin memelilerde, cAMP'nin belirli protein kinazların düzenleyici alt birimine spesifik bağlanması, bu alt birimin enzimin katalitik alt birimine bağlanma afinitesinde bir azalma ile sonuçlanır (bkz. Bölüm 4). Bu, enzimin her iki protein alt biriminin ayrışmasına neden olur. Düzenleyici alt birimin engelleyici etkisinden salınan katalitik alt birim aktive edilir ve protein fosforilasyonunu katalize eder. Fosforilasyon, cAMP'nin kontrolü altındaki süreçleri etkileyen belirli proteinlerin özelliklerini değiştirir. Steroid hormonlarının reseptörleri ile etkileşimi, reseptörlerinde, onlara hücre çekirdeğine bağlanma yeteneği veren bu tür konformasyonel değişikliklere neden olur (bkz. Bölüm 4). Bu etkileşim ayrıca steroid hormonlarının belirli mRNA türlerinin transkripsiyonu üzerindeki etkisine aracılık etmede önemli olan diğer reseptör özelliklerini de değiştirir.
Proteinler, bu kadar özelleşmiş ve oldukça spesifik fonksiyonlara sahip olabilmek için, amino asit dizilerini belirleyen genlerin evrimi sonucu, şu anda sahip oldukları yapıyı kazanmak zorundaydılar. Bazı durumlarda, düzenleyici proteinleri değiştiren ürünlerin sentezini kodlayan (örneğin, glikosilasyon yoluyla) başka genler de sürece katılır. Görünüşe göre genlerin evrimi, önceden var olan genlerin mutasyonu ve farklı genlerin bölümlerinin (tartışıldığı gibi) rekombinasyonu gibi mekanizmalar nedeniyle meydana geldiğinden, bu, proteinin evrimi üzerinde belirli kısıtlamalar getirdi. Evrimsel bir bakış açısından, mevcut yapıları değiştirmek, tamamen yeni genler yaratmaktan muhtemelen daha kolay olurdu. Bu bağlamda, çeşitli proteinlerin amino asit dizilerinde bir miktar homolojinin varlığı beklenmedik olmayabilir, çünkü genleri ortak öncüllerin evriminin bir sonucu olarak ortaya çıkmış olabilir. Yukarıda belirtildiği gibi, cAMP ve steroidler veya bunların analogları gibi düzenleyici ligandları bağlamak için uyarlanmış protein bölgeleri, bu ligandlar ortaya çıktığında zaten mevcut olması gerektiğinden, bu tür proteinlerin genlerinin modifikasyonunun nasıl yol açabileceğini hayal etmek kolaydır. düzenleyici ligandın yüksek bağlanma özgüllüğünü koruyan diğer proteinlerin sentezi.
Şek. Şekil 2-2, ilkel glukotransferazın üç mevcut düzenleyici protein tipine evrimi için varsayımsal şemalardan birini göstermektedir: laktoz metabolizmasında yer alan enzimleri kodlayan birkaç genin transkripsiyonunu düzenleyen bakteriyel cAMP bağlayıcı protein (CAP veya CRP). , ayrıca insanlarda cAMP'nin etkisine aracılık eden cAMP'ye bağlı protein kinazın aktivitesini düzenleyen bir memeli cAMP bağlayıcı protein (bkz. Bölüm 4) ve adenilat siklaz (bkz. Bölüm 4). Bakteriyel protein ve kinaz ile ilgili olarak, ilkel glukokinazın ATP-bağlanma bölgeleri, daha büyük cAMP bağlanma özgüllüğü elde etme yönünde evrimleşmiştir. Bakteri proteini ayrıca ek bir polinükleotid (DNA) bağlama kapasitesi kazandı. Kinazın evrimi, proteinleri fosforile etmek için glukofosfotransferaz yeteneğinin kazanılmasını içerir. Son olarak, adenilat siklaz, ADP üreten fonksiyonun cAMP üreten bir fonksiyonla değiştirilmesiyle glukokinazdan da oluşturulabilir. Bu sonuçlar tamamen varsayımsal olamaz; yine de, numaralandırılmış düzenleyici proteinlerin moleküler evriminin nasıl gerçekleşmiş olabileceğini gösterirler.

Pirinç. 2-2. cAMP'ye bağımlı protein kinaz, adenilat siklaz ve bakteriyel cAMP bağlayıcı düzenleyici proteinin önerilen kaynağı (Baxter, MacLeod).
Protein evrimi resminde pek çok ayrıntı eksik olmasına rağmen, proteinlerin ve genlerin yapısı hakkında mevcut bilgiler, bazı polipeptit hormonlarının genlerinin ortak bir öncü genden kaynaklanıp kaynaklanmadığı sorusunu analiz etmek için bir temel sağlar. Bireysel polipeptit hormonları, yapısal benzerliklerine göre gruplandırılabilir. Aynı gruba ait hormonların, benzer etki mekanizmalarının yanı sıra, kendilerinden kaynaklanan benzer fizyolojik etkilere sahip olmaları şaşırtıcı değildir. Bu nedenle, büyüme hormonu (GH), prolaktin ve koryonik somatomamotropin (plasental laktojen) ile karakterize edilir. yüksek derece amino asit dizi benzerliği. Glikoprotein hormonları - tirotropik hormon (TSH), insan koryonik gonadotropin (hCG), folikül uyarıcı (FSH) ve luteinize edici (LH) hormonlar - her biri iki alt birimden oluşur ve bunlardan biri (A-zincir) aynı veya hemen hemen aynıdır. belirli bir grubun tüm hormonları. Çeşitli hormonlardaki B alt birimlerinin amino asit dizisi, özdeş olmasa da yapısal homolojiye sahiptir. Her bir hormonun hedef dokusu ile etkileşimine özgüllük kazandırmak için belirleyici öneme sahip olması muhtemel olan B-zincirlerindeki bu farklılıklardır. İnsülin bazı yapısal analoglar gösterir ve biyolojik aktiviteyi somatomedin ve baskılanmamış insülin benzeri aktivite (NIPA) gibi diğer büyüme faktörleriyle paylaşır.
Büyüme hormonunun ait olduğu hormon grubuna gelince, sentezlerini kodlayan mRNA'nın nükleotid dizisi kısmen aydınlatılmıştır. Her amino asit, DNA'da (ve dolayısıyla ondan kopyalanan mRNA'da) üç nükleotit gerektirir. Bu üçlü nükleotit olmasına rağmen; (kodon) bu belirli amino aside karşılık gelir, aynı amino asit için birkaç kodon olabilir. Genetik kodun bu tür "dejenerasyonu", iki hormonun yapısını belirleyen verilen iki genin nükleotid dizilerinin, proteinlerde bulunandan daha fazla veya daha az homolog olmasını mümkün kılar. Bu nedenle, eğer iki protein rastgele amino asit dizisi homolojisini paylaşırsa, nükleik asit dizileri büyük farklılıklar gösterebilir. Ancak somatotropin grubuna ait hormonların sentezini kodlayan genler açısından durum böyle değildir; nükleik asit dizi benzerliği, amino asit dizi benzerliğinden daha yüksektir. %87 amino asit dizi benzerliğini paylaşan insan büyüme hormonu ve insan koryonik somatomamotropini, mRNA'larında %93 nükleik asit dizi benzerliğine sahiptir. İnsan ve sıçan büyüme hormonları %70 amino asit dizi benzerliğini paylaşır ve mRNA'ları %75 nükleik asit dizi benzerliği gösterir. Sıçan büyüme hormonu ve insan koryonik somatomamotropinin (iki biyolojik türdeki iki farklı hormonun mRNA'sı) mRNA'sının bazı bölgelerinde, homoloji %85'tir (Şekil 2-3). Böylece DNA'daki sadece minimal baz değişiklikleri hormon farklılıklarına neden olur. Dolayısıyla bu veriler, bu hormonların genlerinin ortak bir atadan evrimleştiği sonucunu desteklemektedir. Semboller ve neden oldukları reaksiyonlarla ilgili yukarıdaki fikirler açısından, bu grubun üç hormonunun her birinin büyüme üzerinde bir etkiye sahip olması önemlidir (aşağıya bakınız). Büyüme hormonu lineer büyümeyi belirleyen bir faktördür. Prolaktin, emzirme süreçlerinde önemli bir rol oynar ve böylece yenidoğanın büyümesini sağlar. Koryonik somatomamotropin, fizyolojik önemi tam olarak ortaya konmamış olmasına rağmen, anne vücuduna giren besin maddelerini fetal büyümeye yönlendirerek intrauterin büyüme üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir.

Pirinç. 2-3. Sıçan büyüme hormonu (GRH) ve insan koryonik somatomamotropin (insan plasental laktojeni, PLC) amino asit (AA) dizilerinin ve bu iki hormonun sentezini kodlayan haberci RNA'daki nükleik asit dizilerinin homolojisi. Amino asitlerin isimleri, nükleik asitlerin isimleri gibi kısaltılmıştır. 134-149 amino asit dizisine karşılık gelen bölge gösterilmiştir. Homolog olmayan nükleik asitlerin ve amino asitlerin altı çizilmiştir (Baxter ve ark.). U - üridin, C - sitozin, A - adenosin, G - guanozin.

Herhangi bir organizmadaki genlerin çalışması - prokaryotik, ökaryotik, tek hücreli veya çok hücreli - kontrol edilir ve koordine edilir.

Farklı genlerin farklı zamansal aktiviteleri vardır. Bazıları sürekli aktivite ile karakterizedir. Bu tür genler, yaşam boyunca bir hücre veya organizma için gerekli olan proteinlerin, örneğin ürünleri ATP sentezinde yer alan genlerin sentezinden sorumludur. Genlerin çoğu aralıklı aktiviteye sahiptir, yalnızca ürünlerine - proteinlere ihtiyaç duyulduğunda belirli anlarda çalışırlar. Genler ayrıca aktivite seviyelerinde (düşük veya yüksek) farklılık gösterir.

Hücre proteinleri düzenleyici ve yapısal olarak sınıflandırılır. düzenleyici proteinler düzenleyici genler üzerinde sentezlenir ve yapısal genlerin çalışmasını kontrol eder. Yapısal genler, yapısal, enzimatik, taşıma ve diğer işlevleri yerine getiren yapısal proteinleri kodlar (düzenleyiciler hariç!).

Protein sentezinin düzenlenmesi, bu sürecin tüm aşamalarında gerçekleştirilir: indüksiyon veya baskı yoluyla, transkripsiyon, translasyon ve translasyon sonrası modifikasyon.

Ökaryotik organizmalarda gen aktivitesinin düzenlenmesi, ökaryotik bir organizmanın organizasyonunun karmaşıklığı ve özellikle çok hücreli olan tarafından belirlenen prokaryotik gen ekspresyonunun düzenlenmesinden çok daha karmaşıktır. 1961'de Fransız bilim adamları F. Jacob, J. Monod ve A. Lvov, hücre tarafından laktozun asimilasyonunu katalize eden proteinlerin sentezinin bir genetik kontrol modelini formüle ettiler - bir operon kavramı.

Bir operon, tek bir düzenleyici gen tarafından kontrol edilen bir grup gendir.

Düzenleyici gen, sabit düşük aktiviteye sahip bir gendir; üzerinde bir baskılayıcı protein sentezlenir - bir operatöre bağlanabilen ve onu etkisiz hale getirebilen düzenleyici bir protein.

Operatör, genetik bilgiyi okumak için bir başlangıç noktasıdır; yapısal genlerin çalışmasını kontrol eder.

Laktoz operonunun yapısal genleri, laktoz metabolizmasında yer alan enzimler hakkında bilgi içerir. Bu nedenle, laktoz bir indüktör olarak hizmet edecektir - operonun çalışmasını başlatan bir ajan.

Bir promotör, RNA polimeraz için bağlanma bölgesidir.

Sonlandırıcı, mRNA sentezinin sonlanma bölgesidir.

Bir indüktörün yokluğunda, indüktörden "serbest" olan baskılayıcı - laktoz - operatöre bağlı olduğundan sistem çalışmaz. Bu durumda, RNA polimeraz enzimi, mRNA sentezi sürecini katalize edemez. Hücrede laktoz (bir indükleyici) bulunursa, baskılayıcı ile etkileşime girerek yapısını değiştirir ve bunun sonucunda baskılayıcı operatörü serbest bırakır. RNA polimeraz promotöre bağlanır, mRNA sentezi başlar (yapısal genlerin transkripsiyonu). Daha sonra mRNA-laktoz operonunun programına göre ribozomlar üzerinde proteinler oluşur. Prokaryotik organizmalarda, bir mRNA molekülü, operonun tüm yapısal genlerinden gelen bilgileri yeniden yazar, yani. Bir operon bir transkripsiyon birimidir. Transkripsiyon, laktoz molekülleri hücrenin sitoplazmasında kaldığı sürece devam eder. Tüm moleküller hücre tarafından işlenir işlemez, baskılayıcı operatörü kapatır ve mRNA sentezi durur.

Bu nedenle, hücre, tüm yapısal genlerin eşzamanlı transkripsiyonu ve translasyonu için yeterli kaynağa sahip olmadığından, mRNA sentezi ve buna bağlı olarak protein sentezi sıkı bir şekilde düzenlenmelidir. Hem prokaryotlar hem de ökaryotlar sürekli olarak yalnızca temel hücresel işlevleri yerine getirmek için gerekli olan mRNA'ları sentezler.Diğer yapısal genlerin ifadesi, yalnızca belirli bir proteine (proteinler) ihtiyaç duyulduğunda transkripsiyonu tetikleyen düzenleyici sistemlerin sıkı kontrolü altında gerçekleştirilir. ).

DÜZENLEYİCİ PROTEİNLER (lat. regulo'dan - sıraya koyun, ayarlayın), bir grup protein. bozulmanın düzenlenmesinde yer alır. biyokimya. süreçler. Bu makalenin adandığı önemli bir düzenleyici protein grubu, DNA ile etkileşime giren ve gen ifadesini kontrol eden proteinlerdir (bir organizmanın özelliklerinde ve özelliklerinde gen ifadesi). Bu düzenleyici proteinlerin büyük çoğunluğu transkripsiyon düzeyinde (bir DNA şablonu üzerinde haberci RNA veya mRNA sentezi) işlev görür ve mRNA sentezinin (sırasıyla aktivatör proteinler ve baskılayıcı proteinler) aktivasyonundan veya baskılanmasından (baskılanmasından) sorumludur. .

Baskılayıcı genellikle karşılıklı olarak zıt yönlerde yönlendirilmiş iki özdeş polipeptit zincirinin bir dimeridir. Baskılayıcılar, RNA polimerazın promotör bölgesinde (DNA şablonu üzerinde mRNA sentezini katalize eden DNA'ya bağımlı RNA polimeraz-enziminin bağlanma bölgesi) ve mRNA sentezini başlatmasını fiziksel olarak engeller. Baskılayıcının sadece transkripsiyonun başlamasını engellediği ve mRNA uzamasını etkilemediği varsayılmaktadır.

Baskılayıcı, sentezi kontrol edebilir - l. tek bir protein veya bir dizi protein. ifadesi koordine edilir. Kural olarak, bunlar bir metabolizmaya hizmet eden enzimlerdir. yol; genleri bir operonun (birbirine bağlı bir dizi gen ve bitişik düzenleyici bölgeler) parçasıdır.

Mn. baskılayıcılar, indükleyiciler veya koruyucular ile ilişkili olup olmadıklarına bağlı olarak hem aktif hem de aktif olmayan formlarda bulunabilirler (sırasıyla, varlığında belirli bir enzimin sentez hızının spesifik olarak arttığı veya azaldığı substratlar; bkz. Enzim Düzenleyiciler); bu etkileşimler kovalent olmayan bir yapıya sahiptir.

Etkili gen ekspresyonu için sadece baskılayıcının indükleyici tarafından inaktive edilmesi değil, aynı zamanda spesifik olanın gerçekleştirilmesi de gereklidir. pozitif döngüsel ile "çift" çalışan düzenleyici proteinlerin aracılık ettiği açma sinyali. adenosin monofosfat (cAMP). İkincisi, spesifik düzenleyici proteinlere bağlanır (katabolit genlerinin sözde CAP-protein aktivatörü veya proteinler. katabolizma aktivatörü-BAC). Bu iskeleli bir dimer. m.45 bin cAMP'ye bağlandıktan sonra spesifiklere bağlanma yeteneği kazanır. DNA üzerindeki bölgeler, karşılık gelen operonun genlerinin transkripsiyonunun verimliliğini keskin bir şekilde arttırır. Aynı zamanda, CAP, mRNA zincirinin büyüme hızını etkilemez, ancak transkripsiyon başlatma aşamasını kontrol eder - RNA polimerazın promotöre bağlanması. Baskılayıcının aksine, CAP (cAMP ile kompleks halinde) RNA polimerazın DNA'ya bağlanmasını kolaylaştırır ve transkripsiyonun daha sık başlamasını sağlar. CAP'nin DNA'ya bağlanma bölgesi, operatörün lokalize olduğu tarafın tersi tarafından doğrudan promotöre bitişiktir.

Pozitif düzenleme (örneğin, E. coli lac operon'un) basitleştirilmiş bir şekilde tarif edilebilir: glikoz konsantrasyonunda (ana karbon kaynağı) bir azalma ile, CAP'ye bağlanan cAMP konsantrasyonu artar ve lac promotörü ile ortaya çıkan kompleks artışlar. Sonuç olarak, RNA polimerazın promotöre bağlanması uyarılır ve hücrenin başka bir karbon kaynağına, laktoza geçmesine izin veren enzimleri kodlayan genlerin transkripsiyon hızı artar. İşlevleri daha karmaşık bir şema ile açıklanan başka özel düzenleyici proteinler (örneğin protein C) vardır; dar bir gen aralığını kontrol ederler ve hem baskılayıcı hem de etkinleştirici olarak hareket edebilirler.

Baskılayıcılar ve operona özgü aktivatörler, RNA polimerazın kendisinin özgüllüğünü etkilemez. Bu son düzenleme seviyesi, massir içeren durumlarda gerçekleştirilir. ifade edilen genlerin spektrumunda değişiklik. Bu nedenle, E. coli'de, hücrenin bir dizi stresli koşullarında eksprese edilen ısı şoku proteinlerini kodlayan genler, yalnızca sözde özel bir düzenleyici protein olduğunda RNA polimeraz tarafından okunur. faktör s32. RNA polimerazın promotör özgüllüğünü değiştiren bu düzenleyici proteinlerin (s-faktörlerinin) bütün bir ailesi, basillerde ve diğer bakterilerde bulunmuştur.

Dr. çeşitli düzenleyici proteinler katalitik değiştirir. RNA polimerazın özellikleri (sözde anti-terminatör proteinler). Örneğin, X bakteriyofajında, RNA polimerazı, transkripsiyonun hücresel sonlanma (son) sinyallerine uymaması için değiştiren bu tür iki protein bilinmektedir (bu, faj genlerinin aktif ifadesi için gereklidir).

Genetiğin genel şeması düzenleyici proteinlerin işleyişi de dahil olmak üzere kontrol, bakteri ve ökaryotik hücreler (bakteriler ve mavi-yeşil algler hariç tüm organizmalar) için de geçerlidir.

ökaryotik hücreler ext'ye yanıt verir. sinyaller (onlar için, örneğin hormonlar), prensip olarak, bakteri hücrelerinin besin konsantrasyonundaki değişikliklere tepki vermesiyle aynı şekilde. ortamdaki maddeler, yani bireysel genlerin tersine çevrilebilir baskılanması veya aktivasyonu (derepresyonu) ile. Aynı zamanda, çok sayıda genin aktivitesini aynı anda kontrol eden düzenleyici proteinler, ayrıştırmada kullanılabilir. kombinasyonlar. Benzer kombinasyonel genetik düzenleme farklılaşma sağlayabilir. etkileşim nedeniyle tüm karmaşık çok hücreli organizmanın gelişimi. nispeten az sayıda anahtar düzenleyici protein

Ökaryotlarda gen aktivitesinin düzenlenmesi sisteminde bir ilave vardır. bakterilerde bulunmayan bir seviye, yani, transkripsiyon ünitesini oluşturan tüm nükleozomların (tekrarlanan kromatin alt birimleri) translasyonu, bu genin işlevsel olarak aktif olması gereken hücrelerde aktif (yoğunlaştırılmış) bir forma çevrilmesi. Prokaryotlarda analogları olmayan bir dizi spesifik düzenleyici proteinin burada yer aldığı varsayılmaktadır. Bu proteinler sadece belirli kromatin (veya DNA) bölümlerinin yanı sıra bitişik alanlarda belirli yapısal değişikliklere de neden olur. Bakterilerin aktivatörleri ve baskılayıcıları gibi düzenleyici proteinler, görünüşe göre, aktivir alanlarındaki bireysel genlerin müteakip transkripsiyonunun düzenlenmesinde rol oynar. kromatin.

Düzenleyici proteinlerin geniş bir sınıfı, steroid hormonlarının ökaryotik reseptör proteinleridir.

Düzenleyici proteinlerin amino asit dizisi sözde tarafından kodlanır. düzenleyici genler Represörün mutasyonel inaktivasyonu, mRNA'nın ve sonuç olarak belirli bir proteinin (mRNA şablonundaki translasyon-protein sentezinin bir sonucu olarak) kontrolsüz sentezine yol açar. Bu tür organizmalara denir kurucu mutantlar. Aktivatörün mutasyon sonucu kaybı, düzenlenen proteinin sentezinde kalıcı bir azalmaya yol açar.