Регуляторные белки

Регуляторная функция белков

Регуляторная функция белков ― осуществление белками регуляции процессов в клетке или в организме, что связано с их способностью к приёму и передаче информации. Действие регуляторных белков обратимо и, как правило, требует присутствия лиганда. Постоянно открывают всё новые и новые регуляторные белки, в настоящее время известна, вероятно, только малая их часть.

Существует несколько разновидностей белков, выполняющих регуляторную функцию:

• белки-рецепторы, воспринимающие сигнал;
• сигнальные белки-гормоны и другие вещества, осуществляющие межклеточную сигнализацию (многие из них, хотя далеко не все, являются белками или пептидами);
• регуляторные белки, которые регулируют многие процессы внутри клеток.

Белки, участвующие в межклеточной сигнализации[ | ]

Основные статьи: Сигнальная функция белка, Гормоны, Цитокины

Белки-гормоны (и другие белки, участвующие в межклеточной сигнализации) оказывают влияние на обмен веществ и другие физиологические процессы.

Гормоны — это вещества, которые образуются в железах внутренней секреции, переносятся кровью и несут информационный сигнал. Гормоны распространяются безадресно и действуют только на те клетки, которые имеют подходящие белки-рецепторы.

Гормоны связываются со специфическими рецепторами. Обычно гормоны регулируют медленные процессы, например, рост отдельных тканей и развитие организма, однако есть и исключения: например, адреналин — гормон стресса, производное аминокислот.

Он выделяется при воздействии нервного импульса на мозговой слой надпочечников. При этом начинает чаще биться сердце, повышается кровяное давление и наступают другие ответные реакции. Также он действует на печень (расщепляет гликоген).

Глюкоза выделяется в кровь, и её используют мозг и мышцы как источник энергии.

Белки-рецепторы[ | ]

Основная статья: Клеточный рецептор

Цикл активации G-белка под действием рецептора.

К белкам с регуляторной функцией можно отнести также белки-рецепторы. Мембранные белки-рецепторы передают сигнал с поверхности клетки внутрь, преобразовывая его. Они регулируют функции клеток за счет связывания с лигандом, который «сел» на этот рецептор снаружи клетки; в результате активируется другой белок внутри клетки.

Большинство гормонов действуют на клетку, только если на её мембране есть определенный рецептор — другой белок или гликопротеид. Например, β2- адренорецептор находится на мембране клеток печени. При стрессе молекула адреналина связывается с β2- адренорецептором и активирует его.

Далее активированный рецептор активирует G-белок, который присоединяет ГТФ. После многих промежуточных этапов передачи сигнала происходит фосфоролиз гликогена. Рецептор осуществил самую первую операцию по передаче сигнала, ведущего к расщеплению гликогена.

Без него не было бы последующих реакций внутри клетки.

Внутриклеточные регуляторные белки[ | ]

Белки регулируют процессы, происходящие внутри клеток, при помощи нескольких механизмов:

• взаимодействия с молекулами ДНК (транскрипционные факторы);
• при помощи фосфорилирования (протеинкиназы) или дефосфорилирования (протеинфосфатазы) других белков;
• при помощи взаимодействия с рибосомой или молекулами РНК (факторы регуляции трансляции);
• воздействия на процесс удаления интронов (факторы регуляции сплайсинга);
• влияния на скорость распада других белков (убиквитины и др.).

Белки-регуляторы транскрипции[ | ]

Основная статья: Транскрипционный фактор

Транскрипционный фактор — это белок, который, попадая в ядро, регулирует транскрипцию ДНК, то есть считывание информации с ДНК на мРНК (синтез мРНК по матрице ДНК).Некоторые транскрипционные факторы изменяют структуру хроматина, делая его более доступным для РНК-полимераз.

Существуют различные вспомогательные транскрипционные факторы, которые создают нужную конформацию ДНК для последующего действия других транскрипционных факторов.

Еще одна группа транскрипционных факторов — это те факторы, которые не связываются непосредственно с молекулами ДНК, а объединяются в более сложные комплексы с помощью белок-белковых взаимодействий.

[ | ]

Основная статья: Трансляция (биология)

Трансляция — синтез полипептидных цепей белков по матрице мРНК, выполняемый рибосомами.

Регуляция трансляции может осуществляться несколькими способами, в том числе и с помощью белков-репрессоров, которые, связываются с мРНК. Известно много случаев, когда репрессором является белок, который кодируется этой мРНК.

В этом случае происходит регуляция по типу обратной связи (примером этого может служить репрессия синтеза фермента треонил-тРНК-синтетазы).

Протеинкиназы и протеинфосфатазы[ | ]

Основная статья: Протеинкиназы

Важнейшую роль в регуляции внутриклеточных процессов играют протеинкиназы — ферменты, которые активируют или подавляют активность других белков путём присоединения к ним фосфатных групп.

Протеинкиназы регулируют активность других белков путём  — присоединения остатков фосфорной кислоты к остаткам аминокислот, имеющих гидроксильные группы. При фосфорилировании обычно изменяется функционирование данного белка, например, ферментативная активность, а также положение белка в клетке.

Существуют также протеинфосфатазы — белки, которые отщепляют фосфатные группы. Протеинкиназы и протеинфосфатазы регулируют обмен веществ, а также передачу сигналов внутри клетки. Фосфорилирование и дефосфорилирования белков — один из главных механизмов регуляции большинства внутриклеточных процессов.

Ссылки[ | ]

• [1] Контроль транскрипции
• [2] Белки против РНК — кто первым придумал сплайсинг?
• [3] Протеинкиназы
• [4] Трансляция и её регуляция

Литература[ | ]

• Д.Тейлор, Н.Грин, У.Стаут. Биология (в 3-х томах).

Регуляторные белки

G-белки —универсальные посредники, передающиесигнал от рецепторов к ферментамклеточных мембран.

В настоящее время известно более 50G-белков:

• Gs-белок активируетаденилатциклазу. Масса 80000-90000Да.
• Gi-белок ингибируетаденилатциклазу. Масса 80000-90000Да. Через рецептор, активируется соматостатином.
• Gq-белок активируетфосфолипазу С.
• G-белки влияют на активность фосфодиэстеразы, фосфолипазы А2, некоторые типыСа2+— и K+-каналов.
• G-белки также обеспечивают передачу сигнала в сенсорных клетках (фоторецепторных, обонятельных и вкусовых): Свет → родопсин → Gt→ ФДЭцГМФ→ (цГМФ→ГМФ)

G-белки олигомеры, состоят из 3 субъединицα, β, γ.

β-субъединицы (35000 Да) у Gs-и Gi-белков одинаковы.

α- субъединицы (41000 Да у Gi,45000 Да у Gs) кодируютсяразными генами и обеспечивают специфическийответ (“+” или “-”).

STATбелки.

Вторичные посредники (мессенджеры)

Мессенджеры– низкомолекулярныевещества, переносящие сигналы гормоноввнутри клетки. Они обладают высокойскоростью перемещения, расщепления илиудаления(Са2+,цАМФ, цГМФ, ДАГ, ИТФ).

Нарушения обмена мессенджеров приводятк тяжелым последствиям. Например,форболовые эфиры, которые являютсяаналогами ДАГ, но в отличие от которогов организме не расщепляются, способствуютразвитию злокачественных опухолей.

цАМФоткрыта Сазерлендом в 50 годах прошлоговека. За это открытие он получилНобелевскую премию.

цАМФ участвует вмобилизации энергетических запасов(распад углеводов в печени или триглицеридовв жировых клетках), в задержке водыпочками, в нормализации кальциевогообмена, в увеличении силы и частотысердечных сокращений, в образованиистероидных гормонов, в расслаблениигладких мышц и так далее.

цГМФактивируетПКG, ФДЭ, Са2+-АТФазы,закрывает Са2+-каналы и снижаетуровень Са2+в цитоплазме.

Ферменты

Ферментыкаскадных систем катализируют:

• образование вторичных посредников гормонального сигнала;
• активацию и ингибирование других ферментов;
• превращение субстратов в продукты;

Аденилатциклаза(АЦ)

Гликопротеинс массой от 120 до 150 кДа, имеет 8 изоформ,ключевой фермент аденилатциклазнойсистемы, с Mg2+катализируетобразование вторичного посредника цАМФиз АТФ.

АЦ содержит2 –SHгруппы, одна длявзаимодействия с G-белком, другая длякатализа. АЦ содержит несколькоаллостерических центров: для Mg2+,Mn2+,Ca2+,аденозина и форсколина.

Есть во всехклетках, располагается на внутреннейстороне клеточной мембраны. АктивностьАЦ контролируется: 1) внеклеточнымирегуляторами — гормонами, эйкозаноидами,биогенными аминами через G-белки; 2)внутриклеточным регулятором Са2+(4 Са2+-зависимые изоформы АЦактивируются Са2+).

ПротеинкиназаА (ПК А)

ПК А есть вовсех клетках, катализируют реакциюфосфорилирования ОН- групп серина итреонина регуляторных белков и ферментов,участвует в аденилатциклазной системе,стимулируется цАМФ. ПК А состоит из 4субъединиц: 2 регуляторных R(масса 38000 Да) и 2 каталитическихС(масса 49000 Да).

При этом высвобождаются 2активные каталитические субъединицыС, которые катализируют реакциюфосфорилирования регуляторных белкови ферментов, что изменяет их активность.

ПротеинкиназаС (ПК С)

ПК С участвуетв инозитолтрифосфатной системе,стимулируется Са2+, ДАГ ифосфатидилсерином. Имеет регуляторныйи каталитический домен. ПК С катализируетреакцию фосфорилирования белков-ферментов.

ПротеинкиназаG (ПК G)есть только в легких, мозжечке,гладких мышцах и тромбоцитах, участвуетв гуанилатциклазной системе. ПКGсодержит 2 субъединицы, стимулируетсяцГМФ, катализирует реакцию фосфорилированиябелков-ферментов.

ФосфолипазаС (ФЛ С)

Гидролизуетфосфоэфирную связь в фосфатидилинозитолахс образованием ДАГ и ИФ3, имеет 10изоформ. ФЛ С регулируется через G-белкии активируется Са2+.

Фосфодиэстеразы(ФДЭ)

ФДЭ превращаетцАМФ и цГМФ в АМФ и ГМФ, инактивируяаденилатциклазную и гуанилатциклазнуюсистему. ФДЭ активируется Са2+,4Са2+-кальмодулином, цГМФ.

NO-синтаза– это сложный фермент, представляющийсобой димер, к каждой из субъединицкоторого присоединено несколькокофакторов. NO-синтаза имеет изоформы.

Синтезироватьи выделять NO способно большинство клетокорганизма человека и животных, однаконаиболее изучены три клеточные популяции:эндотелий кровеносных сосудов, нейроныи макрофаги. По типу синтезирующей тканиNO-синтаза имеет 3 основные изоформы:нейрональную, макрофагальную иэндотелиальную (обозначаются соответственнокак NO-синтаза I, II и III).

Нейрональнаяи эндотелиальная изоформы NO-синтазыпостоянно присутствуют в клетках внебольших количествах, и синтезируютNO в физиологических концентрациях. Ихактивирует комплекс кальмодулин-4Са2+.

NO-синтаза II в макрофагахв норме отсутствует.

При воздействиина макрофаги липополисахаридов микробногопроисхождения или цитокинов онисинтезируют огромное количествоNO-синтазы II (в 100-1000 раз больше чемNO-синтазы I и III), которая производит NO втоксических концентрациях. Глюкокортикоиды(гидрокортизон, кортизол), известныесвоей противовоспалительной активностью,ингибируют экспрессию NO-синтазы вклетках.

ДействиеNO

В физиологическихконцентрациях NO оказывает мощноесосудорасширяющее действие:

• Эндотелий постоянно продуцирует небольшие количества NO.
• При различных воздействиях – механических (например, при усилении тока или пульсации крови), химических (липополисахариды бактерий, цитокины лимфоцитов и кровяных пластинок и т.д.) – синтез NO в эндотелиальных клетках значительно повышается.
• NO из эндотелия диффундирует к соседним гладкомышечным клеткам стенки сосуда, активирует в них гуанилатциклазу, которая синтезирует через 5с цГМФ.
• цГМФ приводит к снижению уровня ионов кальция в цитозоле клеток и ослаблению связи между миозином и актином, что и позволяет клеткам через 10 с расслабляться.

На этом принципедействует препарат нитроглицерин. Прирасщеплении нитроглицерина образуетсяNO, приводящий к расширению сосудовсердца и снимающий в результате этогочувство боли.

NO регулирует просветмозговых сосудов. Активация нейроновкакой-либо области мозга приводит квозбуждению нейронов, содержащихNO-синтазу, и/или астроцитов, в которыхтакже может индуцироваться синтез NO, ивыделяющийся из клеток газ приводит клокальному расширению сосудов в областивозбуждения.

NO участвует в развитиисептического шока, когда большоеколичество микроорганизмов, циркулирующихв крови, резко активируют синтез NO вэндотелии, что приводит к длительномуи сильному расширению мелких кровеносныхсосудов и как следствие – значительномуснижению артериального давления, струдом поддающемуся терапевтическомувоздействию.

В физиологическихконцентрациях NO улучшает реологическиесвойства крови:

NO, образующийся вэндотелии, препятствует прилипаниюлейкоцитов и кровяных пластинок кэндотелию и также снижает агрегациюпоследних.

NO может выступать вроли антиростового фактора, препятствующегопролиферации гладкомышечных клетокстенки сосудов, важного звена в патогенезеатеросклероза.

В больших концентрацияхNO оказывает на клетки (бактериальные,раковые и т.д) цитостатическое ицитолитическое действие следующимобразом:

• при взаимодействии NO с радикальным супероксид анионом образуется пероксинитрит (ONOO-), который является сильным токсичным окислителем;
• NO прочно связывается с геминовой группой железосодержащих ферментов и ингибирует их (ингибирование митохондриальных ферментов окислительного фосфорилирования блокирует синтез АТФ, ингибирование ферментов репликации ДНК способствуют накоплению в ДНК повреждений).
• NO и пероксинитрит могут непосредственно повреждать ДНК, это приводит к активации защитных механизмов, в частности стимуляции фермента поли(АДФ-рибоза) синтетазы, что еще больше снижает уровень АТФ и может приводить к клеточной гибели (через апоптоз).

Белки — Функции белков в организме

01 марта 2011

1. Белки

2. История изучения
3. Свойства
4. Структура белка
5. Синтез белков
6. Внутриклеточный транспорт и сортировка белков
7. Посттрансляционная модификация белков8. Функции белков в организме

9. Белки в обмене веществ

10. Методы изучения

Так же как и другие биологические макромолекулы и нуклеиновые кислоты, белки — необходимые компоненты всех живых организмов, они участвуют в большинстве жизненных процессов клетки.

Белки осуществляют обмен веществ и энергетические превращения.

Белки входят в состав клеточных структур — органелл, секретируются во внеклеточное пространство для обмена сигналами между клетками, гидролиза пищи и образования межклеточного вещества.

Следует отметить, что классификация белков по их функции достаточно условна, потому что у эукариот один и тот же белок может выполнять несколько функций.

Хорошо изученным примером такой многофункциональности служит лизил-тРНК-синтетаза — фермент из класса аминоацил-тРНК синтетаз, который не только присоединяет лизин к тРНК, но и регулирует транскрипцию нескольких генов. Многие функции белки выполняют благодаря своей ферментативной активности.

Так, ферментами являются двигательный белок миозин, регуляторные белки протеинкиназы, транспортный белок натрий-калиевая аденозинтрифосфатаза и др.

Молекулярная модель фермента уреазы бактерии Helicobacter pylori

Каталитическая функция

Наиболее хорошо известная роль белков в организме — катализ различных химических реакций. Ферменты — группа белков, обладающая специфическими каталитическими свойствами, то есть каждый фермент катализирует одну или несколько сходных реакций.

Ферменты катализируют реакции расщепления сложных молекул и их синтеза, а также репликации и репарации ДНК и матричного синтеза РНК. Известно несколько тысяч ферментов; среди них такие, как, например, пепсин, расщепляют белки в процессе пищеварения.

В процесс посттрансляционной модификации некоторые ферменты добавляют или удаляют химические группы на других белках. Известно около 4000 реакций, катализируемых белками.

Ускорение реакции в результате ферментативного катализа иногда огромно: например, реакция, катализируемая ферментом оротат-карбоксилазой, протекает в 10 быстрее некатализируемой. Молекулы, которые присоединяются к ферменту и изменяются в результате реакции, называются субстратами.

Хотя ферменты обычно состоят из сотен аминокислот, только небольшая часть из них взаимодействует с субстратом, и ещё меньшее количество — в среднем 3—4 аминокислоты, часто расположенные далеко друг от друга в первичной аминокислотной последовательности — напрямую участвуют в катализе. Часть фермента, которая присоединяет субстрат и содержит каталитические аминокислоты, называется активным центром фермента.

Структурная функция

Структурные белки цитоскелета, как своего рода арматура, придают форму клеткам и многим органоидам и участвуют в изменении формы клеток.

Большинство структурных белков являются филаментозными белками: например, мономеры актина и тубулина — это глобулярные, растворимые белки, но после полимеризации они формируют длинные нити, из которых состоит цитоскелет, позволяющий клетке поддерживать форму.

Коллаген и эластин — основные компоненты межклеточного вещества соединительной ткани, а из другого структурного белка кератина состоят волосы, ногти, перья птиц и некоторые раковины.

Мышиное антитело против холеры, присоединённое к углеводородному антигену

Защитная функция

Существуют несколько видов защитных функций белков:

1. Физическая защита. В ней принимает участие коллаген — белок, образующий основу межклеточного вещества соединительных тканейдермы); кератин, составляющий основу роговых щитков, волос, перьев, рогов и др. производных эпидермиса. Обычно такие белки рассматривают как белки со структурной функцией. Примерами этой группы белков служат фибриногены и тромбины, участвующие в свёртывании крови.
2. Химическая защита. Связывание токсинов белковыми молекулами может обеспечивать их детоксикацию. Особенно важную роль в детоксикации у человека играют ферменты печени, расщепляющие яды или переводящие их в растворимую форму, что способствует их быстрому выведению из организма.
3. Иммунная защита. Белки, входящие в состав крови и других биологических жидкостей, участвуют в защитном ответе организма как на повреждение, так и на атаку патогенов. Белки системы комплемента и антитела относятся к белкам второй группы; они нейтрализуют бактерии, вирусы или чужеродные белки. Антитела, входящие в состав адаптативной иммунной системы, присоединяются к чужеродным для данного организма веществам, антигенам, и тем самым нейтрализуют их, направляя к местам уничтожения. Антитела могут секретироваться в межклеточное пространство или закрепляться в мембранах специализированных В-лимфоцитов, которые называются плазмоцитами. В то время как ферменты имеют ограниченное сродство к субстрату, поскольку слишком сильное присоединение к субстрату может мешать протеканию катализируемой реакции, стойкость присоединения антител к антигену ничем не ограничена.

Регуляторная функция

Многие процессы внутри клеток регулируются белковыми молекулами, которые не служат ни источником энергии, ни строительным материалом для клетки.

Эти белки регулируют транскрипцию, трансляцию, сплайсинг, а также активность других белков и др.

Регуляторную функцию белки осуществляют либо за счёт ферментативной активности, либо за счёт специфического связывания с другими молекулами, как правило, влияющего на взаимодействие с этими молекулами ферментов.

Так, транскрипция генов определяется присоединением факторов транскрипции — белков-активаторов и белков-репрессоров к регуляторным последовательностям генов.

Важнейшую роль в регуляции внутриклеточных процессов играют протеинкиназы — ферменты, которые активируют или подавляют активность других белков путём присоединения к ним фосфатных групп.

Структура миоглобина с выделенными α-спиралями

Сигнальная функция

Сигнальная функция белков — способность белков служить сигнальными веществами, передавая сигналы между клетками, тканями, органами и разными организмами. Часто сигнальную функцию объединяют с регуляторной, так как многие внутриклеточные регуляторные белки тоже осуществляют передачу сигналов.

Сигнальную функцию выполняют белки-гормоны, цитокины, факторы роста и др.

Гормоны переносятся кровью. Большинство гормонов животных — это белки или пептиды. Связывание гормона с рецептором является сигналом, запускающим в клетке ответную реакцию. Гормоны регулируют концентрации веществ в крови и клетках, рост, размножение и другие процессы. Примером таких белков служит инсулин, который регулирует концентрацию глюкозы в крови.

Клетки взаимодействуют друг с другом с помощью сигнальных белков, передаваемых через межклеточное вещество. К таким белкам относятся, например, цитокины и факторы роста.

Цитокины — небольшие пептидные информационные молекулы.

Они регулируют взаимодействия между клетками, определяют их выживаемость, стимулируют или подавляют рост, дифференцировку, функциональную активность и апоптоз, обеспечивают согласованность действий иммунной, эндокринной и нервной систем. Примером цитокинов может служить фактор некроза опухоли, который передаёт сигналы воспаления между клетками организма.

Транспортная функция

Растворимые белки, участвующие в транспорте малых молекул, должны иметь высокое сродство к субстрату, когда он присутствует в высокой концентрации, и легко его высвобождать в местах низкой концентрации субстрата.

Примером транспортных белков можно назвать гемоглобин, который переносит кислород из лёгких к остальным тканям и углекислый газ от тканей к лёгким, а также гомологичные ему белки, найденные во всех царствах живых организмов.

Некоторые мембранные белки участвуют в транспорте малых молекул через мембрану клетки, изменяя её проницаемость. Липидный компонент мембраны водонепроницаем, что предотвращает диффузию полярных или заряженных молекул. Мембранные транспортные белки принято подразделять на белки-каналы и белки-переносчики.

Белки-переносчики связывают, подобно ферментам, каждую переносимую молекулу или ион и, в отличие от каналов, могут осуществлять активный транспорт с использованием энергии АТФ.

«Электростанция клетки» — АТФ-синтаза, которая осуществляет синтез АТФ за счёт протонного градиента, также может быть отнесена к мембранным транспортным белкам.

Запасная функция белков

К таким белкам относятся так называемые резервные белки, которые запасаются в качестве источника энергии и вещества в семенах растений и яйцеклетках животных; белки третичных оболочек яйца и основной белок молока также выполняют, главным образом, питательную функцию. Ряд других белков используется в организме в качестве источника аминокислот, которые в свою очередь являются предшественниками биологически активных веществ, регулирующих процессы метаболизма.

Рецепторная функция

Белковые рецепторы могут как находиться в цитоплазме, так и встраиваться в клеточную мембрану. Одна часть молекулы рецептора воспринимает сигнал, которым чаще всего служит химическое вещество, а в некоторых случаях — свет, механическое воздействие и другие стимулы.

При воздействии сигнала на определённый участок молекулы белок-рецептор происходят её конформационные изменения. В результате меняется конформация другой части молекулы, осуществляющей передачу сигнала на другие клеточные компоненты. Существует несколько механизмов передачи сигнала.

Некоторые рецепторы катализируют определённую химическую реакцию; другие служат ионными каналами, которые при действии сигнала открываются или закрываются; третьи специфически связывают внутриклеточные молекулы-посредники.

У мембранных рецепторов часть молекулы, связывающаяся с сигнальной молекулой, находится на поверхности клетки, а домен, передающий сигнал, внутри.

Моторная функция

Целый класс моторных белков обеспечивает движения организма, перемещение клеток внутри организма, движение ресничек и жгутиков, а также активный и направленный внутриклеточный транспорт.

Динеины и кинезины проводят транспортировку молекул вдоль микротрубочек с использованием гидролиза АТФ в качестве источника энергии. Динеины переносят молекулы и органоиды из периферических частей клетки по направлению к центросоме, кинезины в противоположном направлении.

Динеины также отвечают за движение ресничек и жгутиков эукариот. Цитоплазматические варианты миозина могут принимать участие в транспорте молекул и органоидов по микрофиламентам.

План:

Введение
• 1 Белки, участвующие в межклеточной сигнализации
• 2 Белки-рецепторы
• 3 Внутриклеточные регуляторные белки
  • 3.1 Белки-регуляторы транскрипции
  • 3.2 Факторы регуляции трансляции
  • 3.3 Факторы регуляции сплайсинга
  • 3.4 Протеинкиназы и протеинфосфатазы

Литература

Регуляторная функция белков ― осуществление белками регуляции процессов в клетке или в организме, что связано с их способностью к приему и передаче информации. Действие регуляторных белков обратимо и, как правило, требует присутствия лиганда.

Постоянно открывают все новые и новые регуляторные белки, в настоящее время известна, вероятно, только малая их часть.

Существует несколько разновидностей белков, выполняющих регуляторную функцию:

• белки — рецепторы, воспринимающие сигнал
• сигнальные белки — гормоны и другие вещества, осуществляющие межклеточную сигнализацию (многие, хотя и далеко не все, из них является белками или пептидами)
• регуляторные белки, которые регулируют многие процессы внутри клеток.

1. Белки, участвующие в межклеточной сигнализации

Белки-гормоны (и другие белки, участвующие в межклеточной сигнализации) оказывают влияние на обмен веществ и другие физиологические процессы.

Гормоны — вещества, которые образуются в железах внутренней секреции, переносятся кровью и несут информационный сигнал. Гормоны распространяются безадресно и действуют только на те клетки, которые имеют подходящие белки-рецепторы.

Гормоны связываются со специфическими рецепторами. Обычно гормоны регулируют медленных процессы, например, рост отдельных тканей и развитие организма, однако есть и исключения: например, адреналин (см. статью адреналин) — гормон стресса, производное аминокислот.

Он выделяется при воздействии нервного импульса на мозговой слой надпочечников.При этом начинает чаще биться сердце, повышается кровяное давление и наступают другие ответные реакции. Также он действует на печень(расщепляет гликоген).

Глюкоза выделяется в кровь, и ее используют мозг и мышцы как источник энергии.

2. Белки-рецепторы

К белкам с регуляторной функцией можно отнести также белки-рецепторы. Мембранные белки — рецепторы передают сигнал с поверхности клетки внутрь, преобразовывая его. Они регулируют функции клеток за счет связывания с лигандом, который «сел» на этот рецептор снаружи клетки; в результате активируется другой белок внутри клетки.

Большинство гормонов действуют на клетку, только если на ее мембране есть определенный рецептор — другой белок или гликопротеид. Например, β2- адренорецептор находится на мембране клеток печени. При стрессе молекула адреналина связывается с β2- адренорецептором и активирует его.

Далее активированный рецептор активирует G-белок, который присоединяет ГТФ. После многих промежуточных этапов передачи сигнала происходит фосфоролиз гликогена. Рецептор осуществил самую первую операцию по передаче сигнала, ведущего к расщеплению гликогена.

Без него не было бы последующих реакций внутри клетки.

3. Внутриклеточные регуляторные белки

Белки регулируют процессы, происходящие внутри клеток, при помощи нескольких механизмов:

• взаимодействия с молекулами ДНК (транскрипционные факторы)
• при помощи фосфорилирования (протеинкиназы) или дефосфорилирования (протеинфосфатазы) других белков
• при помощи взаимодействия с рибосомой или молекулами РНК (факторы регуляции трансляции)
• воздействия на процесс удаления интронов (факторы регуляции сплайсинга)
• влияния на скорость распада других белков (убиквитины и др.)

3.1. Белки-регуляторы транскрипции

Транскрипционный фактор — это белок, который, попадая в ядро, регулирует транскрипцию ДНК, то есть считывание информации с ДНК на мРНК (синтез мРНК по матрице ДНК). Некоторые транскрипционные факторы изменяют структуру хроматина, делая его более доступным для РНК-полимераз.

Существуют различные вспомогательные транскрипционные факторы, которые создают нужную конформацию ДНК для последующего действия других транскрипционных факторов.

Еще одна группа транскрипционных факторов — это те факторы, которые не связываются непосредственно с молекулами ДНК, а объединяются в более сложные комплексы с помощью белок-белковых взаимодействий.

3.2. Факторы регуляции трансляции

Трансляция — синтез полипептидных цепей белков по матрице мРНК, выполняемый рибосомами.

Регуляция трансляции может осуществляться несколькими способами, в том числе и с помощью белков-репрессоров, которые, связываются с мРНК. Известно много случаев, когда репрессором является белок, который кодируется этой мРНК.

В этом случае происходит регуляция по типу обратной связи (примером этого может служить репрессия синтеза фермента треонил-тРНК-синтетазы).

3.3. Факторы регуляции сплайсинга

Внутри генов эукариот есть участки, не кодирующие аминокислот. Эти участки называются интронами. Они сначала переписываются на пре-мРНК при транскрипции, но затем вырезаются особым ферментом. Этот процесс удаления интронов, а затем последующее сшивание концов оставшихся участков называют сплайсингом (сшивание, сращивание).

Сплайсинг осуществляется с помощью небольших РНК, обычно связанных с белками, которые называются факторами регуляции сплайсинга. В сплайсинге принимают участие белки, обладающие ферментативной активностью. Они придают пре-мРНК нужную конформацию.

Для сборки комплекса(сплайсосомы) необходимо потребление энергии в виде расщепляемых молекул АТФ, поэтому в составе этого комплекса есть белки, обладающие АТФ-азной активностью.

Существует альтернативный сплайсинг. Особенности сплайсинга определяются белками, способными связываться с молекулой РНК в областях интронов или участках на границе экзон-интрон.

Эти белки могут препятствовать удалению одних интронов и в то же время способствовать вырезанию других. Направленная регуляция сплайсинга может иметь значительные биологические последствия.

Например, у плодовой мушки дрозофилы альтернативный сплайсинг лежит в основе механизма определения пола.

3.4. Протеинкиназы и протеинфосфатазы

Важнейшую роль в регуляции внутриклеточных процессов играют протеинкиназы — ферменты, которые активируют или подавляют активность других белков путем присоединения к ним фосфатных групп.

Протеинкиназы регулируют активность других белков путем фосфолирования — присоединения остатков фосфорной кислоты к остаткам аминокислот, имеющих гидроксильные группы. При фосфорилировании обычно изменяется функционирование данного белка, например, ферментативная активность, а также положение белка в клетке.

Существуют также протеинфосфатазы — белки,которые отщепляют фосфатные группы. Протеинкиназы и протеинфосфатазы регулируют обмен веществ, а также передачу сигналов внутри клетки. Фосфорилирование и дефосфорилирования белков — один из главным механизмов регуляции большинства внутриклеточных процессов.

Цикл активации G-белка под действием рецептора.

скачать
Данный реферат составлен на основе статьи из русской Википедии. Синхронизация выполнена 18.07.

Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareA.

Регуляторная функция белков: описание, характеристики и особенности

Белки – это высокомолекулярные органические вещества, которые состоят из альфа-аминокислот, что соединены пептидной связью в единую цепочку. Их главная функция – регуляторная. И о том, в чем и как она проявляется, сейчас следует рассказать в подробностях.

Описание процесса

Белки обладают способностью принимать и передавать информацию. С этим и связано осуществление ими регуляции происходящих в клетках и во всем организме в целом процессов.

Это действие обратимо, и обычно требует присутствия лиганда . Так, в свою очередь, называется химическое соединение, образующее комплекс с биомолекулами, и в дальнейшем производящее определенные эффекты (фармакологические, физиологические или биохимические).

Интересно, что регулярно ученые открывают новые регуляторные белки. Предполагается, что на сегодняшний день известна лишь малая их часть.

Белки, выполняющие регуляторную функцию, делятся на разновидности. И о каждой из них стоит рассказать в отдельности.

Функциональная классификация

Она довольно-таки условная. Ведь один гормон может выполнять самые разные задачи. Но вообще регуляторная функция обеспечивает продвижение клетки по ее циклу, дальнейшую транскрипцию, трансляцию, сплайсинг и активность иных белковых соединений.

Происходит все благодаря связыванию с другими молекулами либо вследствие ферментативного воздействия. К слову, эти вещества играют очень важную роль. Ведь ферменты, являясь сложными молекулами, ускоряют химические реакции в живом организме. И некоторые из них подавляют активность других белков.

А вот теперь можно перейти к изучению видовой классификации.

Белки-гормоны

Они оказывают влияние на различные физиологические процессы и непосредственно на обмен веществ. Белки-гормоны формируются в железах внутренней секреции, после чего переносятся кровью с целью передать информационный сигнал.

Они распространяются хаотично. Однако действуют исключительно на те клетки, у которых есть специфические белки-рецепторы. Только с ними гормоны могут связаться.

Как правило, гормонами регулируются медленные процессы. К таковым можно отнести развитие организма и рост отдельных тканей. Но и тут есть исключения.

Таковым является адреналин – производное аминокислот, основной гормон мозгового вещества надпочечников. Его выделение провоцирует воздействие нервного импульса.

В результате в кровь выделяется глюкоза, и мозг с мышцами используют ее в качестве источника энергии.

Белки-рецепторы

Они также обладают регуляторной функцией. Организм человека – это, по сути, сложная система, постоянно получающая сигналы из внешней и внутренней среды. Этот принцип наблюдается и в работе составляющих его клеток.

Так, например, мембранные рецепторные белки передают сигнал с поверхности структурно-элементарной единицы внутрь, параллельно преобразовывая его. Они регулируют клеточные функции благодаря связыванию с лигандом, находящимся на рецепторе снаружи клетки. Что происходит в итоге? Другой белок внутри клетки активируется.

Стоит отметить один важный нюанс. Подавляющее большинство гормонов влияют на клетку лишь в том случае, если на ее мембране имеется определенный рецептор. Им может быть гликопротеид или другой белок.

Можно привести пример – β2-адренорецептор. Он находится на мембране печеночных клеток. Если происходит стресс, то с ним связывается молекула адреналина, вследствие чего β2-адренорецептор активируется. Что происходит далее? Уже активированный рецептор задействует G-белок, который в дальнейшем присоединяет ГТФ. Спустя множество промежуточных этапов, происходит фосфоролиз гликогена.

Какой вывод? Рецептор осуществил первое действие по передаче сигнала, который привел к расщеплению гликогена. Выходит, без него последующие реакции, происходящие внутри клетки, не произошли бы.

Белки-регуляторы транскрипции

Еще одна тема, которую необходимо затронуть вниманием. В биологии существует понятие транскрипционного фактора. Так называются белки, которым также присуща регуляторная функция. Она заключается в контроле процесса синтеза мРНК на ДНК-матрице. Это называется транскрипцией – переносом генетической информации.

Что можно сказать о данном факторе? Белок выполняет регуляторную функцию либо самостоятельно, либо совместно с другими элементами. Результатом становится снижение или повышение константы связывания РНК-полимеразы с последовательностями регулируемого гена.

У факторов транскрипции есть определяющая черта – наличие в составе одного или нескольких ДНК-доменов, взаимодействующих с конкретными ДНК-участками. Это важно знать. Ведь у других белков, также участвующих в регуляции экспрессии генов, отсутствуют ДНК-домены. Это значит, что их к транскрипционным факторам отнести нельзя.

Протекинкиназы

Рассказывая о том, какие элементы выполняют в клетках регуляторную функцию, необходимо отметить вниманием и эти вещества. Протекинкиназы являются ферментами, модифицирующими другие белки посредством фосфорилирования остатков аминокислот с гидроксильными группами в составе (это тирозин, треонин и серин).

Что представляет собой данный процесс? В ходе фосфорилирования обычно изменяется либо модифицируется функция субстрата. Активность фермента, к слову, также может изменяться, как и положение белка в самой клетке. Интересный факт! Предполагается, что порядка 30% белков могут модифицироваться с помощью протеинкиназ.

А их химическая активность прослеживается в отщеплении от АТФ фосфатной группы и в дальнейшем ковалентном присоединении к остатку какой-либо аминокислоты. Таким образом, протеинкиназы оказывают сильное влияние на клеточную жизнедеятельность. Если нарушится их работа, то могут развиться различные патологии, даже некоторые виды рака.

Протеинфосфатазы

Продолжая изучать особенности и примеры регуляторной функции, следует обратить внимание и на эти белки. Действие, осуществляемое протеинфосфатазами, заключается в отщеплении фосфатных групп.

Что это значит? Выражаясь простым языком, данные элементы выполняют дефосфорилирование – процесс, обратный тому, который происходит в результате воздействия протеинкиназ.

Регуляция сплайсинга

Ее также нельзя обойти вниманием. Сплайсинг – это процесс, в ходе которого из молекул РНК удаляются некоторые нуклеотидные последовательности, а затем соединяются последовательности, которые сохранились в «зрелой» молекуле.

Какое отношение он имеет к изучаемой теме? Внутри генов эукариот имеются участки, которые не кодируют аминокислоты. Называют их интронами. Сначала они переписываются при транскрипции на пре-мРНК, после чего особый фермент их «вырезает».

Кстати, еще существует понятие альтернативного сплайсинга. Это очень интересный процесс. Белки, участвующие в нем, препятствуют вырезанию одних нитронов, но при этом способствуют удалению других.

Углеводный обмен

Регуляторную функцию в организме выполняют многие органы, системы и ткани. Но, раз речь идет о белках, то и о роли углеводов, также являющихся важными органическими соединениями, тоже стоит рассказать.

Это очень подробная тема. Углеводный обмен в целом собой представляет огромное количество ферментативных реакций. И одна из возможностей его регуляции – преобразование активности ферментов. Достигается оно вследствие функционирующих молекул определенного фермента. Либо в результате биосинтеза новых.

Можно сказать, что регуляторная функция углеводов основывается на принципе обратной связи. Сначала избыток субстрата, который поступает в клетку, провоцирует синтез новых ферментных молекул, а затем происходит торможение их биосинтеза (ведь именно к этому приводит накопление метаболических продуктов).

Регуляция обмена жиров

Об этом напоследок. Раз уж было сказано о белках и углеводах, то и жиры нужно упомянуть.

Процесс их обмена тесно связан с углеводным. Если в крови повышается концентрация глюкозы, то распад триглицеридов (жиров) уменьшается, вследствие чего активизируется их синтез. Уменьшение ее количества, наоборот, оказывает тормозящее влияние. В результате расщепление жиров усиливается и ускоряется.

Из всего этого следует простой и логичный вывод. Взаимосвязь углеводного и жирового обмена направлена лишь на одно – на обеспечение испытываемых организмом энергетических потребностей.