Панелями
Біологія регуляторні білки. Регуляторна функція білків

Біологія регуляторні білки. Регуляторна функція білків

План:

1 Білки, що беруть участь у міжклітинній сигналізації
2 Білки-рецептори
3 Внутрішньоклітинні регуляторні білки
- 3.1 Білки-регулятори транскрипції
- 3.2 Фактори регулювання трансляції
- 3.3 Фактори регуляції сплайсингу
- 3.4 Протеїнкінази та протеїнфосфатази

Вступ

Регуляторна функція білків― здійснення білками регуляції процесів у клітині або в організмі, що пов'язано з їх здатністю до прийому та передачі інформації. Дія регуляторних білків оборотна і, як правило, вимагає присутності ліганду. Постійно відкривають нові й нові регуляторні білки, нині відома, мабуть, лише мала їх частина.

Існує кілька різновидів білків, що виконують регуляторну функцію:

білки - рецептори, які сприймають сигнал
сигнальні білки - гормони та інші речовини, що здійснюють міжклітинну сигналізацію (багато, хоч і далеко не всі, з них є білками або пептидами)
регуляторні білки, які регулюють багато процесів усередині клітин.

1. Білки, що беруть участь у міжклітинній сигналізації

Білки-гормони (та інші білки, що беруть участь у міжклітинній сигналізації) впливають на обмін речовин та інші фізіологічні процеси.

Гормони- речовини, що утворюються у залозах внутрішньої секреції, переносяться кров'ю та несуть інформаційний сигнал. Гормони поширюються безадресно і діють лише ті клітини, які мають відповідні белки-рецепторы. Гормони зв'язуються із специфічними рецепторами. Зазвичай гормони регулюють повільні процеси, наприклад, зростання окремих тканин і розвиток організму, проте є й винятки: наприклад, адреналін (див. статтю адреналін) – гормон стресу, похідне амінокислот. Він виділяється при дії нервового імпульсу на мозковий шар надниркових залоз. При цьому починає частіше битися серце, підвищується кров'яний тиск і наступають інші реакції у відповідь. Також він діє на печінку (розщеплює глікоген). Глюкоза виділяється в кров, і її використовують мозок та м'язи як джерело енергії.

2. Білки-рецептори

До білків із регуляторною функцією можна віднести також білки-рецептори. Мембранні білки - рецептори передають сигнал із поверхні клітини всередину, перетворюючи його. Вони регулюють функції клітин за рахунок зв'язування з лігандом, що «сів» на цей рецептор зовні клітини; в результаті активується інший білок усередині клітини.

Більшість гормонів діють на клітину тільки якщо на її мембрані є певний рецептор - інший білок або глікопротеїд. Наприклад, β2-адренорецептор знаходиться на мембрані клітин печінки. При стресі молекула адреналіну зв'язується з β2-адренорецептором та активує його. Далі активований рецептор активує G-білок, який приєднує ГТФ. Після багатьох проміжних етапів сигналу відбувається фосфороліз глікогену. Рецептор здійснив першу операцію з передачі сигналу, що веде до розщеплення глікогену. Без нього не було б наступних реакцій усередині клітини.

3. Внутрішньоклітинні регуляторні білки

Білки регулюють процеси, що відбуваються всередині клітин, за допомогою кількох механізмів:

взаємодії з молекулами ДНК (транскрипційні фактори)
за допомогою фосфорилювання (протеїнкінази) або дефосфорилювання (протеїнфосфатази) інших білків
за допомогою взаємодії з рибосомою чи молекулами РНК (чинники регуляції трансляції)
впливу на процес видалення інтронів (чинники регуляції сплайсингу)
впливу на швидкість розпаду інших білків (убіквітини та ін.)

3.1. Білки-регулятори транскрипції

Транскрипційний фактор- це білок, який, потрапляючи до ядра, регулює транскрипцію ДНК, тобто зчитування інформації з ДНК на мРНК (синтез мРНК по матриці ДНК). Деякі транскрипційні фактори змінюють структуру хроматину, роблячи його доступнішим для РНК-полімераз. Існують різні допоміжні транскрипційні фактори, що створюють потрібну конформацію ДНК для подальшої дії інших транскрипційних факторів. Ще одна група транскрипційних факторів - це ті фактори, які не зв'язуються безпосередньо з молекулами ДНК, а об'єднуються у складніші комплекси за допомогою білок-білкових взаємодій.

3.2. Фактори регулювання трансляції

Трансляція- синтез поліпептидних ланцюгів білків по матриці мРНК, який виконують рибосоми. Регуляція трансляції може здійснюватися декількома способами, у тому числі і за допомогою білків-репресорів, що зв'язуються з мРНК. Відомо багато випадків, коли репресор є білок, який кодується цієї мРНК. У цьому випадку відбувається регуляція типу зворотного зв'язку (прикладом цього може служити репресія синтезу ферменту треоніл-тРНК-синтетази).

3.3. Фактори регуляції сплайсингу

Усередині генів еукаріотів є ділянки, що не кодують амінокислот. Ці ділянки називаються інтронами. Вони спочатку переписуються на премРНК при транскрипції, але потім вирізуються особливим ферментом. Цей процес видалення інтронів, а потім подальше зшивання кінців ділянок, що залишилися, називають сплайсингом (зшивання, зрощування). Сплайсинг здійснюється за допомогою невеликих РНК, які зазвичай пов'язані з білками, які називаються факторами регуляції сплайсингу. У сплайсингу беруть участь білки, що володіють ферментативною активністю. Вони надають пре-мРНК необхідну конформацію. Для складання комплексу (сплайсосоми) необхідне споживання енергії у вигляді молекул АТФ, що розщеплюються, тому у складі цього комплексу є білки, що володіють АТФ-азною активністю.

Існує альтернативний сплайсинг. Особливості сплайсингу визначаються білками, здатними зв'язуватися з молекулою РНК в областях інтронів або ділянках на межі екзон-інтрон. Ці білки можуть перешкоджати видаленню одних інтронів і водночас сприяти вирізанню інших. Спрямована регуляція сплайсингу може мати значні біологічні наслідки. Наприклад, у плодової мушки дрозофіли альтернативний сплайсинг є основою механізму визначення статі.

3.4. Протеїнкінази та протеїнфосфатази

Найважливішу роль регуляції внутрішньоклітинних процесів грають протеїнкінази - ферменти, які активують чи пригнічують активність інших білків шляхом приєднання до них фосфатних груп.

Протеїнкінази регулюють активність інших білків шляхом фосфолювання - приєднання залишків фосфорної кислоти до залишків амінокислот, що мають гідроксильні групи. При фосфорилюванні зазвичай змінюється функціонування цього білка, наприклад, ферментативна активність, а також положення білка в клітині.

Існують також протеінфосфатази – білки, які відщеплюють фосфатні групи. Протеїнкінази та протеїнфосфатази регулюють обмін речовин, а також передачу сигналів усередині клітини. Фосфорилювання та дефосфорилювання білків – один з головних механізмів регуляції більшості внутрішньоклітинних процесів.

Цикл активації G-білка під впливом рецептора.

завантажити
Даний реферат складено на основі статті з російської Вікіпедії. Синхронізацію виконано 18.07.11 07:59:14
Схожі реферати:

РЕГУЛЯТОРНІ БІЛКИ

(від латів. regulo-приводжу до ладу, налагоджую), група білків, що у регуляції разл. біохім. процесів. Важлива група Р. б., яким присвячена ця стаття,-білки, що взаємодіють з ДНК і управляють експресією генів (вираз гена в ознаках і св-вах організму). Переважна більшість таких Р. б. функціонує лише на рівні транскрипції(Синтез матричних РНК, або мРНК, на ДНК-матриці) і відповідає за активацію або репресію (придушення) синтезу мРНК (соотв. білки-активатори та білки-репресори).

Відомо прибл. 10 репресорів. наиб. вивчені серед них репресори прокаріотів (бактерії, синьо-зелені водорості), що регулюють синтез ферментів, що беруть участь у метаболізмі лактози (lac-репресор) в Escherichia coli (E.coli), і репресор бактеріофага А,. Їхня дія реалізується шляхом зв'язування зі специфіч. ділянками ДНК (операторами) відповідних генів та блокування ініціації транскрипції кодованих цими генами мРНК.

Репресор є зазвичай димером з двох ідентичних поліпептидних ланцюгів, орієнтованих у взаємно протилежних напрямках. Репресори фізично перешкоджають РНК-полімеразіприєднатися до ДНК у промоторній ділянці (місце зв'язування ДНК-залежної РНК-полімерази-ферменту, що каталізує синтез мРНК на ДНК-матриці) та розпочати синтез мРНК. Припускають, що репресор перешкоджає лише ініціації транскрипції та впливає на елонгацію мРНК.

Репресор може контролювати синтез к.-л. одного білка або цілого ряду білків, експресія яких брало носить координований характер. Як правило, це обслуговують один метаболіч. шлях; їх гени входять до складу одного оперону (сукупність пов'язаних між собою генів та прилеглих до них регуляторних ділянок).

багато. репресори можуть існувати як в активній, так і в неактивній формі залежно від того, пов'язані вони чи ні з індукторами або корепресорами (соотв. субстрати, в присут. яких брало специфічно підвищується або знижується швидкість синтезу певного ферменту; див. Регулятори ферментів); ці взаємодії. мають нековалентну природу.

Для ефективної експресії генів необхідно не тільки щоб репресор був інактивований індуктором, але також реалізувався і специфічний. покладе. сигнал включення, який опосередковується Р. б., що працюють "у парі" з циклич. аденозинмонофосфатом (цАМФ). Останній пов'язується зі специфічними Р. б. (т. зв. САР-білок-активатор катаболітних генів, або білковий активатор катаболізму-БАК). Це димер з мол. м. 45 тис. Після зв'язування з цАМФ він набуває здатності приєднуватися до специфіч. ділянкам на ДНК, різко збільшуючи ефективність транскрипції генів відповідного оперону. У цьому САР впливає швидкість зростання ланцюга мРНК, а контролює стадію ініціації транскрипции-присоединение РНК-полимеразы до промотору. На противагу реп-ресору САР (у комплексі з цАМФ) полегшує зв'язування РНК-полімерази з ДНК і робить акти ініціації транскрипції більш частими. Ділянка приєднання САР до ДНК примикає безпосередньо до промотору з боку, протилежного до того, де локалізований оператор.

Позитивну регуляцію (напр., lac-оперона E.coli) можна описати спрощеною схемою: при зниженні концентрації глюкози (осн. джерела вуглецю) збільшується цАМФ, який зв'язується з САР, а комплекс, що утворився, з lac-промотором. В результаті стимулюється зв'язування РНК-полімерази з промотором і зростає швидкість транскрипції генів, які кодують, що дозволяють клітині перемикатися на використання ін. джерела вуглецю-лактози. Існують та ін. спеціальні Р. б. (Напр., Білок С), функціонування яких брало описується більш складною схемою; вони контролюють вузький спектр генів і можуть бути як репресорів, і активаторів.

Репресори та оперон-специфічні активатори не впливають на специфічність самої РНК-полімерази. Цей останній рівень регуляції реалізується у випадках, які передбачають масир. зміна спектра генів, що експресуються. Так, у E.coli гени, що кодують теплового шоку, які експресуються при цілій низці стресових станів клітини, зчитуються РНК-полімеразою тільки тоді, коли в її сослав включається особливий Р. б.-т. зв. фактор s 32 . Ціле сімейство цих Р. б. (s-фактори), що змінюють промоторну специфічність РНК-полімерази, виявлені у бацил та ін бактерій.

Др. різновид Р. б. змінює каталітич. св-ва РНК-полімерази (т. зв. білки-антитермінатори). Так, у бактеріофага X відомі два таких білки, які модифікують РНК-полімеразу так, що вона не підпорядковується клітинним сигналам термінації (закінчення) транскрипції (це необхідно для активної експресії фагових генів).

Загальна схема генетич. контролю, що включає функціонування Р. б., додається також до бактерій і клітин еукаріотів (всі організми, за винятком бактерій і синьо-зелених водоростей).

Еукаріотич. клітини реагують на зовніш. сигнали (їм це, напр., ) у принципі як і, як бактеріальні клітини реагують зміни концентрації питат. в-у в навколишньому середовищіт. е. шляхом оборотної репресії чи активації (дерепресії) окремих генів. При цьому Р. б., які одночасно контролюють великої кількостігенів, можуть використовуватися в разл. комбінаціях. Подібна комбінаційна генетич. регуляція може забезпечувати диференціювання. розвиток всього складного багатоклітинного організму завдяки взаємодіям. щодо невеликої кількості ключових Р. б.

У системі регуляції активності генів у еукаріотів є доповнить. рівень, відсутній у бактерій, а саме-переведення всіх нуклеосом (повторюваних субодиниць хроматину),що входять до складу транскрипційної одиниці, активну (деконденсовану) форму в тих клітинах, де даний повинен бути функціонально активний. Передбачається, що тут задіяно набір специфічних Р. б., які не мають аналогів у прокаріотів. Ці не тільки дізнаються специфічні. ділянки хроматину (чи. ДНК), а й викликають певні структурні зміни у прилеглих областях. Р. б., подібні до активаторів і репресорів бактерій, мабуть, беруть участь у регуляції наступної транскрипції окремих генів в районах активір. хроматину.

Великий клас Р. б. еукаріот-Реєпторні білкистероїдних гормонів.

Амінокислотна послідовність Р. б. кодується т. зв. регуляторними генами. Мутаційна інактивація репресора призводить до неконтрольованого синтезу мРНК і, отже, певного білка (в результаті транс-ляції-синтезу білка на мРНК-матриці). Такі організми зв. конститутивними мутантами. Втрата в результаті активатора призводить до стійкого зниження синтезу білка, що регулюється.

Літ.:Страйєр Л., Біохімія, пров. з англ., т. 3, М., 1985, с. 112-25.

П. Л. Іванов.

Хімічна енциклопедія - М: Радянська енциклопедія. За ред. І. Л. Кнунянца. 1988 .

Дивитись що таке "РЕГУЛЯТОРНІ БІЛКИ" в інших словниках:

білки- специфічні для пуфів Різнорідна група ядерних білків, що у процесі активації генів у пуфах політенних хромосом; до цих білків відносяться фактори власне транскрипції (РНК полімераза II, регуляторні білки та ін), а також ряд ... Довідник технічного перекладача

Білки специфічні для пуфів- Білки, специфічні для пуфів; * бялкі, специфічні для пуфів; До цих білків відносяться ферменти, що здійснюють…

Цей термін має й інші значення, див. Білки (значення). Білки (протеїни, поліпептиди) високомолекулярні органічні речовини, що складаються із з'єднаних у ланцюжок пептидним зв'язком альфа амінокислот В живих організмах ... Вікіпедія

Високомол. прир. полімери, побудовані з залишків амінокислот, з'єднаних амідним (пептидним) зв'язком ЧСОЧNHЧ. Кожен Б. характеризується специфічністю. амінокислотною послідовністю та індивідуальною просторів, структурою (конформацією). На… … Хімічна енциклопедія

БІЛКИ, високомолекулярні органічні сполуки, біополімери, побудовані з 20 видів L a амінокислотних залишків, з'єднаних у певній послідовності довгі ланцюги. Молекулярна маса білків варіюється від 5 тис. до 1 млн. Назва ... Енциклопедичний словник

Білки регуляторні- * бялкі регуляторні * regulatory proteins білки, що здійснюють регуляцію матричних процесів шляхом їх посадки на регуляторні області ДНК. Білки, що зв'язуються з пошкодженою ДНК * бялкі, які зв'язуються з пашкоджаною ДНК * DNA damage binding… Генетика. Енциклопедичний словник

Протеїни, високомолекулярні органічні. сполуки, побудовані із залишків амінокислот. Відіграють першорядну роль життєдіяльності, виконуючи багаточисельний. функції у їх будову, розвитку та обміні речовин. Мовляв. м. Б. від БІЛКИ 5000 до мн.

- (Sciurus), рід білицьких. Дл. тіла 20 31 см. Добре лазять та пересуваються по деревах. Довгий (20-30 см) пишний хвіст служить кермом при стрибках. Ок. 40 видів, в Пн. півкулі та на С. Юж. Америки, у гірських та рівнинних лісах, включаючи острівні… Біологічний енциклопедичний словник

БІЛКИ, протеїни, високомолекулярні органічні. сполуки, побудовані із залишків амінокислот. Відіграють першорядну роль життєдіяльності всіх організмів, беручи участь у їх будову, розвитку та обмін речовин. Мовляв. м. Би. від 5000 до мн. мільйонів … Біологічний енциклопедичний словник

білки- білки, протеїни, високомолекулярні органічні речовини, побудовані із залишків амінокислот. Відіграють найважливішу роль у життєдіяльності всіх організмів, входячи до складу їх клітин та тканин та виконуючи каталітичні (ферменти), регуляторні… Сільське господарство. Великий енциклопедичний словник

Такі, як рецептори гормонів або регуляторна субодиниця протеїнкінази (фермент, що активується цАМФ), мають активності, що контролюють зв'язування регуляторних лігандів (тобто гормонів і цАМФ відповідно). Для того щоб активності білків цього класу могли специфічно регулюватися лігандами, такі молекули насамперед повинні володіти ділянками, що специфічно (і, як правило, з високою спорідненістю) зв'язують ліганд, що надає молекулам здатність відрізняти ліганди від інших хімічних сполук. Крім того, білок повинен мати таку структуру, щоб в результаті зв'язування ліганду, його конформація могла змінюватися, тобто. забезпечувати можливість надання регуляторної дії. Наприклад, у ссавців специфічне зв'язування цАМФ з регуляторною субодиницею окремих протеїнкіназ призводить до зменшення спорідненості зв'язку цієї субодиниці з каталітичною субодиницею ферменту. Це зумовлює дисоціацію обох білкових субодиниць ферменту. Каталітична субодиниця, звільнившись з-під інгібіторної дії регуляторної субодиниці, активується та каталізує фосфорилювання білків. Фосфорилювання змінює властивості певних білків, що позначається на процесах, що під контролем цАМФ.

Що стосується групи гормонів, до якої належить гормон росту, то нуклеотидна послідовність мРНК, що кодує їх синтез, частково виявлена (Baxter J.D. ea, 1979). Для кожної амінокислоти необхідні три нуклеотиди в ДНК (і, отже, транскрибируемой з неї мРНК). Хоча цьому триплету нуклеотидів (кодон) відповідає саме дана амінокислота, для однієї й тієї ж амінокислоти можуть існувати кілька кодонів. Така "виродженість" генетичного коду обумовлює можливість більшої чи меншої гомології нуклеотидних послідовностей двох даних генів, що визначають структуру двох гормонів, ніж у білках. Так, якщо два білки мають випадкову гомологію амінокислотної послідовності, то послідовності нуклеїнових кислотмогли б виявляти великі відмінності. Однак щодо генів, що кодують синтез гормонів групи соматотропіну, це не так; гомологія послідовності нуклеїнових кислот вища, ніж гомологія амінокислотної послідовності (Baxter J.D. ea, 1979). Гормон росту людини та хоріонічний соматомаммотропін, які мають 87% гомологію амінокислотних послідовностей, у своїх мРНК мають 93% гомологію послідовностей нуклеїнових кислот. Гормони росту людини і щури мають 70% гомологію амінокислотних послідовностей, а їх мРНК виявляють 75% гомологію послідовності нуклеїнових кислот. У деяких ділянках мРНК гормону росту щура та хоріонічного соматомаммотропіну людини (мРНК двох різних гормонів у двох біологічних видів) гомологія становить 85%. Таким чином, лише мінімальні зміни основ ДНК обумовлюють відмінності гормонів. Отже, ці дані підтверджують висновок, що гени таких гормонів утворилися в ході еволюції із загального попередника. З позицій викладених уявлень про символи та викликані ними реакції істотно, що кожен із трьох гормонів цієї групи має вплив на зростання. Гормон зростання є чинником, що визначає лінійне зростання. Пролактин відіграє у процесах лактації і цим забезпечує зростання новонародженого. Хоріонічний соматомаммотропін, хоча його фізіологічне значення точно не встановлено, може істотно впливати на внутрішньоутробний ріст, спрямовуючи харчові речовини, що надходять в організм матері, що впливають на ріст плода.

Білки, які беруть участь у регуляції метаболізму, самі можуть служити лігандами (наприклад, пептидні гормони), тобто взаємодіяти з іншими білками, такими як гормональні рецептори, надаючи регуляторну дію. Інші регуляторні білки такі, як рецептори гормонів або регуляторна субодиниця протеїнкінази (фермент, що активується цАМФ), мають активності, контрольовані зв'язуванням регуляторних лігандів (тобто гормонів і цАМФ відповідно) (див. розділ 4). Для того щоб активності білків цього класу могли специфічно регулюватися лігандами, такі молекули перш за все повинні володіти ділянками, що специфічно (і, як правило, з високою спорідненістю) зв'язують ліганд, що надає молекулам здатність відрізняти ліганд від інших хімічних сполук. Крім того, білок повинен мати таку структуру, щоб в результаті зв'язування ліганду його конформація могла змінюватися, тобто забезпечувати можливість надання регуляторної дії. Наприклад, у ссавців специфічне зв'язування цАМФ з регуляторною субодиницею окремих протеїнкіназ призводить до зменшення спорідненості зв'язку цієї субодиниці з каталітичною субодиницею ферменту (див. розділ 4). Це зумовлює дисоціацію обох білкових субодиниць ферменту. Каталітична субодиниця, звільнившись з-під інгібіторної дії регуляторної субодиниці, активується та каталізує фосфорилювання білків. Фосфорилювання змінює властивості певних білків, що позначається на процесах, що знаходяться під контролем цАМФ. Взаємодія стероїдних гормонів зі своїми рецепторами викликає в останніх такі конформаційні зміни, які надають їм здатність зв'язуватися з клітинним ядром (див. розділ 4). Ця взаємодія змінює інші властивості рецепторів, важливі для опосередкування ефекту стероїдних гормонів на транскрипцію певних видів мРНК.
Для того щоб мати такі спеціалізовані і високоспецифічні функції, білки в результаті еволюції генів, що визначають їх амінокислотну послідовність, повинні були придбати ту структуру, яку вони мають в даний час. У деяких випадках у процесі беруть участь і інші гени, що кодують синтез продуктів, що модифікують самі регуляторні білки (наприклад, шляхом глікозилювання). Оскільки еволюція генів, мабуть, відбувалася за рахунок таких механізмів, як мутація передбачуваних генів і рекомбінація ділянок різних генів (про що говорилося), це наклало певні обмеження на еволюцію білка. З еволюційної точки зору, ймовірно, було б простіше видозмінити присутні структури, ніж створювати абсолютно нові гени. У зв'язку з цим існування деякої гомології в амінокислотних послідовностях різних білків може і не бути несподіванкою, так як їх гени могли виникнути внаслідок еволюції загальних попередників. Оскільки, як зазначалося вище, ділянки білків, пристосовані для зв'язування регуляторних лігандів, таких, як цАМФ і стероїди або їх аналоги, вже мали існувати на час появи цих лігандів, легко уявити, як модифікація генів таких білків може призвести до синтезу інших білків, що зберігають високу специфічність зв'язування регуляторного ліганду.
На рис. 2-2 наведена одна з гіпотетичних схем еволюції примітивної глюкотрансферази в три існуючі типи регуляторних білків: бактеріальний цАМФ-зв'язуючий білок (CAP або CRP), що регулює транскрипцію декількох генів, що кодують ферменти, які беруть участь у метаболізмі лактози, цАМФ-зв'язуючий білок ссавців, який регулює активність цАМФ-залежної протеїнкінази, що опосередковує дію цАМФ у людини (див. розділ 4), та аденілат-циклазу (див. розділ 4). Стосовно бактеріального білка і кінази АТФ-зв'язувальні ділянки примітивної глюкокінази еволюціонували в напрямку набуття більшої специфічності зв'язування цАМФ. Бактеріальний білок придбав також додаткову полінуклеотид (ДНК)-зв'язуючу здатність. Еволюція кінази передбачає придбання глюкофосфотрансферазної здатності фосфорилювати білки. Нарешті, з глюкокінази шляхом заміни АДФ-генеруючої функції на цАМФ-генеруючу могла б утворитися і аденілатциклаза. Ці висновки не можуть не бути суто гіпотетичними; проте вони показують, як могла здійснюватися молекулярна еволюція перерахованих регуляторних білків.

Рис. 2-2. Можливе походження цАМФ-залежної протеїнкінази, аденілатциклази та бактеріального цАМФ-зв'язуючого регуляторного білка (Baxter, MacLeod).
Хоча багато деталей у картині еволюції білків відсутні, наявні у час відомості про структуру білків і генів дають деякі підстави аналізу питання у тому, чи відбулися гени деяких полипептидных гормонів із загального гена-попередника . Окремі поліпептидні гормони можна згрупувати структурною подібністю. Немає нічого дивного в тому, що гормони, що відносяться до однієї групи, можуть мати і схожість фізіологічних ефектів, що викликаються ними, а також подібним механізмом дії. Так, гормон росту (СТГ), пролактин та хоріонічний соматомаммотропін (плацентарний лактоген) характеризуються високим ступенемгомології амінокислотної послідовності Глікопротеїдні гормони - тиротропний гормон (ТТГ), хоріонічний гонадотропін людини (ХГЛ), фолікулостимулюючий (ФСГ) і лютеїнізуючий (ЛГ) гормони - складаються з двох субодиниць, кожен, одна з яких (А-ланцюг) ідентична або майже ідентична у всіх гормонів групи. Амінокислотна послідовність субодиниць У різних гормонах, хоч і не ідентична, але має структурну гомологію. Ймовірно, саме ці відмінності В-ланцюгів мають вирішальне значення для надання специфічності взаємодії кожного гормону з його тканиною-мішенню. Інсулін виявляє деякі структурні аналоги і має загальну біологічну активність з іншими факторами росту, такими як соматомедин і непригнічена інсуліноподібна активність (НІПА).
Що стосується групи гормонів, до якої належить гормон росту, то нуклеотидна послідовність мРНК, що кодують їхній синтез, частково з'ясована. Для кожної амінокислоти необхідні три нуклеотиди в ДНК (і, отже, транс-крибируемой з неї мРНК). Хоча цьому триплету нуклеотидів; (Кодон) відповідає саме дана амінокислота, для однієї і тієї ж амінокислоти можуть існувати кілька кодонів. Така «виродженість» генетичного коду обумовлює можливість більшої чи меншої гомології нуклеотидних послідовностей двох даних генів, що визначають структуру двох гормонів, ніж є в білках. Так, якщо два білки мають випадкову гомологію амінокислотної послідовності, то послідовності нуклеїнових кислот могли б виявляти великі відмінності. Однак щодо генів, що кодують синтез гормонів групи соматотропіну, це не так; гомологія послідовності нуклеїнових кислот вища, ніж гомологія амінокислотної послідовності. Гормон росту людини та хоріонічний соматомаммотропін, які мають 87% гомологію амінокислотних послідовностей, у своїх мРНК мають 93% гомологію послідовностей нуклеїнових кислот. Гормони росту людини і щури мають 70% гомологію амінокислотних послідовностей, а їх мРНК виявляють 75% гомологію послідовності нуклеїнових кислот. У деяких ділянках мРНК гормону росту щура та хоріонічного соматомаммотропіну людини (мРНК двох різних гормонів у двох біологічних видів) гомологія становить 85% (рис. 2-3). Таким чином, лише мінімальні зміни основ ДНК обумовлюють відмінності гормонів. Отже, ці дані підтверджують висновок, що гени таких гормонів утворилися в ході еволюції із загального попередника. З позицій викладених уявлень про символи і реакції, що викликаються ними, істотно, що кожен з трьох гормонів даної групи має вплив на зростання (див. далі). Гормон зростання є чинником, що визначає лінійне зростання. Пролактин відіграє у процесах лактації і цим забезпечує зростання новонародженого. Хоріонічний соматомаммотропін, хоча його фізіологічне значення точно не встановлено, може істотно впливати на внутрішньоутробний ріст, спрямовуючи харчові речовини, що надходять в організм матері, на ріст плода.

Рис. 2-3. Гомологія амінокислотних (АК) послідовностей в гормоні росту щура (ГРК) і хоріонічному соматомаммотропіні людини (плацентарний лактоген людини, ПЛЧ) і послідовностей нуклеїнових кислот в матричних РНК, що кодують синтез цих двох гормонів. Назви амінокислот дано у скороченні, так само як і назви нуклеїнових кислот. Показана область, що відповідає амінокислотній послідовності 134-149. Негомологічні нуклеїнові та амінокислоти підкреслені (Baxter та співр.). У – урідін, Ц – цитозин, А – аденозин, Г – гуанозин.

Робота генів у будь-якому організмі – прокаріотичному, еукаріотичному, одноклітинному чи багатоклітинному – контролюється та координується.

Різні гени мають неоднакову тимчасову активність. Одні їх характеризуються постійної активністю. Такі гени відповідають за синтез білків, необхідних клітині або організму протягом усього життя, наприклад, гени, продукти яких беруть участь у синтезі АТФ. Більшість же генів має непостійну активність, вони працюють лише у певні моменти, коли виникає потреба у їх продуктах – білках. Гени розрізняються і за рівнем своєї активності (низький або високий).

Білки клітини класифікуються як регуляторні та структурні. Регуляторні білкисинтезуються на регуляторних генах та контролюють роботу структурних генів.Структурні гени кодують структурні білки, що виконують структурну, ферментативну, транспортну та інші функції (крім регуляторної!).

Регуляція синтезу білка здійснюється на всіх етапах цього процесу: транскрипції, трансляції та посттрансляційної модифікації шляхом індукції, або шляхом репресії.

Регуляція активності генів еукаріотичних організмів набагато складніша за регуляцію експресії генів прокаріотів, що визначається складністю організації еукаріотичного організму і особливо багатоклітинного. У 1961 р. французькі вчені Ф. Жакоб, Ж. Моно та О. Львів сформулювали модель генетичного контролю синтезу білків, які каталізують засвоєння клітиною лактози – концепцію оперону.

Оперона називають групу генів, робота яких контролюється одним геном-регулятором.

Ген-регулятор – це ген, який має постійну низьку активність, на ньому синтезується білок-репресор – регуляторний білок, який може з'єднуватися з оператором, інактивуючи його.

Оператор - точка початку зчитування генетичної інформації, він керує роботою структурних генів.

У структурних генах лактозного оперону міститься інформація про ферменти, що беруть участь у метаболізмі лактози. Тому лактоза буде служити індуктором - агентом, який ініціює роботу оперона.

Промотор – місце прикріплення РНК-полімерази.

Термінатор – місце закінчення синтезу іРНК.

За відсутності індуктора система не працює, оскільки "вільний" від індуктора – лактози – репресор з'єднаний з оператором. В цьому випадку фермент РНК-полімеразу не може каталізувати процес синтезу іРНК. Якщо клітині виявляється лактоза (індуктор), вона, взаємодіючи з репресором, змінює його структуру, у результаті репресор звільняє оператор. РНК-полімераза з'єднується з промотором, починається синтез іРНК (транскрипція структурних генів). Потім на рибосомах формуються білки за програмою іРНК-лактозного оперону. У прокаріотичних організмів однією молекулу иРНК переписується інформація з усіх структурних генів оперону, тобто. оперон – це одиниця транскрипції. Транскрипція продовжується доти, доки в цитоплазмі клітини зберігаються молекули лактози. Як тільки всі молекули будуть перероблені клітиною, репресор закриває оператор, синтез іРНК припиняється.

Таким чином, синтез іРНК і, відповідно, синтез білка повинні суворо регулюватися, оскільки клітини недостатньо ресурсів для одночасної транскрипції і трансляції всіх структурних генів. І про-, і еукаріоти постійно синтезують ті іРНК, які необхідні виконання основних клітинних функцій Експресія інших структурних генів здійснюється під суворим контролем регуляторних систем, що запускають транскрипцію лише тому випадку, коли виникає потреба у певному білку (білках).

РЕГУЛЯТОРНІ БІЛКИ (від латів. regulo-наводжу в порядок, налагоджую), група білків. що у регуляції разл. біохім. процесів. Важлива група - регуляторні білки, яким присвячена ця стаття, - білки, що взаємодіють з ДНК і керують експресією генів (вираз гена в ознаках та властивостях організму). Переважна більшість таких регуляторних білків функціонує на рівні транскрипції (синтез матричних РНК, або мРНК, на ДНК-матриці) і відповідає за активацію або репресію (придушення) синтезу мРНК (соотв. білки-активатори та білки-репресори).

Репресор є зазвичай димером з двох ідентичних поліпептидних ланцюгів, орієнтованих у взаємно протилежних напрямках. Репресори фізично перешкоджають РНК-полімеразі приєднатися до ДНК у промоторній ділянці (місце зв'язування ДНК-залежної РНК-полімерази-ферменту, що каталізує синтез мРНК на ДНК-матриці) і розпочати синтез мРНК. Припускають, що репресор перешкоджає лише ініціації транскрипції та впливає на елонгацію мРНК.

Репресор може контролювати синтез к.-л. одного білка або цілого ряду білків. експресія яких має координований характер. Як правило, це ферменти, які обслуговують один метаболіч. шлях; їх гени входять до складу одного оперону (сукупність пов'язаних між собою генів та прилеглих до них регуляторних ділянок).

багато. репресори можуть існувати як в активній, так і в неактивній формі залежно від того, пов'язані вони чи ні з індукторами або корепресорами (соотв. субстрати, у присутності яких специфічно підвищується або знижується швидкість синтезу певного ферменту; див. Регулятори ферментів); ці взаємодії. мають нековалентну природу.

Для ефективної експресії генів необхідно не тільки щоб репресор був інактивований індуктором, але також реалізувався і специфічний. покладе. сигнал включення, який опосередковується регуляторними білками, що працюють "у парі" з циклич. аденозинмонофосфатом (цАМФ). Останній зв'язується зі специфічними регуляторними білками (т.зв. САР-білок-активатор катаболітних генів, або білковий активатор катаболізму-БАК). Це димер з мол. м. 45 тис. Після зв'язування з цАМФ він набуває здатності приєднуватися до специфіч. ділянкам на ДНК, різко збільшуючи ефективність транскрипції генів відповідного оперону. У цьому САР впливає швидкість зростання ланцюга мРНК, а контролює стадію ініціації транскрипции-присоединение РНК-полимеразы до промотору. На противагу реп-ресору САР (у комплексі з цАМФ) полегшує зв'язування РНК-полімерази з ДНК і робить акти ініціації транскрипції більш частими. Ділянка приєднання САР до ДНК примикає безпосередньо до промотору з боку, протилежного до того, де локалізований оператор.

Позитивну регуляцію (напр., lac-оперона E.coli) можна описати спрощеною схемою: при зниженні концентрації глюкози (осн. джерела вуглецю) збільшується концентрація цАМФ, який зв'язується з САР, а комплекс, що утворився, з lac-промотором. В результаті стимулюється зв'язування РНК-полімерази з промотором і зростає швидкість транскрипції генів, які кодують ферменти, що дозволяють клітині перемикатися на інше використання вуглецю-лактози. Існують та ін спеціальні регуляторні білки (напр., білок С), функціонування яких описується більш складною схемою; вони контролюють вузький спектр генів і можуть бути як репресорів, і активаторів.

Репресори та оперон-специфічні активатори не впливають на специфічність самої РНК-полімерази. Цей останній рівень регуляції реалізується у випадках, які передбачають масир. зміна спектра генів, що експресуються. Так, у E.coli гени, що кодують білки теплового шоку, які експресуються при цілій низці стресових станів клітини, зчитуються РНК-полімеразою тільки тоді, коли в її сослав включається особливий регуляторні білки-т.зв. фактор s32. Ціле сімейство цих регуляторні білки (s-фактори), що змінюють промоторну специфічність РНК-полімерази, виявлені у бацил та ін бактерій.

Др. Різновид регуляторні білки змінює каталітич. властивості РНК-полімерази (т.зв. білки-антитермінатори). Так, у бактеріофага X відомі два такі білки, які модифікують РНК-полімеразу так, що вона не підпорядковується клітинним сигналам термінації (закінчення) транскрипції (це необхідно для активної експресії фагових генів).

Загальна схема генетич. контролю, що включає функціонування регуляторні білки, додається також до бактерій і клітин еукаріотів (всі організми, за винятком бактерій і синьо-зелених водоростей).

Еукаріотич. клітини реагують на зовніш. сигнали (їм це, наприклад, гормони) у принципі як і, як бактеріальні клітини реагують зміни концентрації питат. речовин у довкіллі, тобто. шляхом оборотної репресії чи активації (дерепресії) окремих генів. При цьому регуляторні білки, що одночасно контролюють активність великої кількості генів, можуть використовуватися в разл. комбінаціях. Подібна комбінаційна генетич. регуляція може забезпечувати диференціювання. розвиток всього складного багатоклітинного організму завдяки взаємодіям. щодо невеликої кількості ключових регуляторні білки

У системі регуляції активності генів у еукаріотів є доповнить. рівень, відсутній у бактерій, а саме-переведення всіх нуклеосом (повторюваних субодиниць хроматину), що входять до складу транскрипційної одиниці, активну (деконденсовану) форму в тих клітинах, де даний ген повинен бути функціонально активний. Передбачається, що тут задіяний набір специфічних регуляторних білків, які не мають аналогів у прокаріотів. Ці білки не тільки дізнаються специфічні. ділянки хроматину (чи. ДНК), а й викликають певні структурні зміни у прилеглих областях. регуляторні білки, подібні до активаторів і репресорів бактерій, мабуть, беруть участь у регуляції наступної транскрипції окремих генів в районах активіру. хроматину.

Великий клас регуляторні білки еукаріот-рейепторні білки стероїдних гормонів.

Амінокислотна послідовність регуляторні білки кодується т.зв. регуляторними генами. Мутаційна інактивація репресора призводить до неконтрольованого синтезу мРНК, і, отже, певного білка (в результаті трансляції-синтезу білка на мРНК-матриці). Такі організми зв. конститутивними мутантами. Втрата в результаті мутації активатора призводить до стійкого зниження синтезу білка, що регулюється.