6.8: מווסתי חלבונים מקושרים קוולנטית

חלבונים יכולים לעבור סוגים רבים של שינויים לאחר התרגום, לעתים קרובות בתגובה לשינויים בסביבתם. שינויים אלה ממלאים תפקיד חשוב בתפקוד וביציבות של חלבונים אלה. מולקולות מקושרות קוולנטית כוללות קבוצות פונקציונליות, כגון קבוצות מתיל, אצטיל ופוספט, וגם חלבונים קטנים, כגון יוביקוויטין. ישנם כ -200 סוגים שונים של רגולטורים קוולנטיים שזוהו.

קבוצות אלה משנות חומצות אמינו ספציפיות בחלבון. קבוצות פוספט יכולות להיות מקושרות באופן קוולנטי רק לחומצות האמינו סרין, תראונין וטירוזין, ואילו קבוצות מתיל ואצטיל יכולות להיות מקושרות רק לליזין. קבוצות אלה מוסיפות לחלבון ומוסרות ממנו על-ידי אנזים או זוג אנזימים. לדוגמה, אצטילטרנספראז מוסיף קבוצת אצטיל לחלבון. ו deacetylase יכול להסיר אותו. לכל אחד מהמשנים הללו יכולות להיות השפעות שונות על החלבון שאליו הוא מחובר בהתאם למספר ולמיקום השינויים. כאשר מולקולת יוביקוויטין בודדת מקושרת באופן קוולנטי לקולטן מסוים לפני השטח של התא, חלבון זה מיועד לאנדוציטוזה; מצד שני, כאשר מספר יוביקוויטין המקושרים יחד מחוברים לחלבון זה, הוא מסומן כיעד לפירוק פרוטאוליטי.

חלבון יחיד יכול לעבור שינויים מרובים בו זמנית כדי לשלוט בתפקודו. דוגמה ידועה אחת לחלבון המווסת על ידי שינויים קוולנטיים מרובים היא חלבון מדכא גידולים, p53. P53 עובר מגוון שינויים בתגובה לסוגים שונים של עקה, כולל קרינה וחומרים מסרטנים. שינויים מסוימים כוללים זרחון, אצטילציה וסומוילציה בתגובה לקרינת UV וגמא. האתרים וסוגי השינויים יכולים להשתנות בהתאם לגורם הלחץ. מחקרים הראו כי קרינת UV וגמא יכולה לגרום לזרחון של סרין 33, אך סרין 392 יכול להיות זרחן כאשר הוא נחשף לקרינת UV אך לא לקרינת גמא. סוגים אחרים של מתח, כגון חשיפה להיפוקסיה, נוגדי מטבוליטים ואקטינומיצין D, יכולים לגרום לאצטילציה של p53. השינויים יכולים גם להשתנות בין סוגי תאים ואורגניזמים שונים.

חלבונים רבים מווסתים על ידי מולקולות הקשורות באופן קוולנטי, כולל קבוצות פונקציונליות, כגון מתיל או אצטיל moieties, וחלבונים קטנים, כגון ubiquitin.

קשרים קוולנטיים מתרחשים על חומצות אמינו ספציפיות בשרשרת הפוליפפטידים. לדוגמה, קבוצות פוספטים קשורות באופן קוולנטי לסרין, תראונין או טירוזין; קבוצות מתיל ואצטיל קשורות לליזין; ויוביקוויטין קשור לשאריות ליזין, ציסטאין, סרין או תראונין.

אנזים או זוג אנזימים מזרזים באופן הפיך את השינויים שלאחר התרגום. אצטילטרנספראז יכול ליצור אצטילט של חלבון, ואילו דאצטילאז יכול להסיר את הקבוצה מאוחר יותר.

שינויים אלה יכולים לשנות את תפקוד החלבון או את מיקומו בתא.

לדוגמה, אצטילציה של חלבוני היסטון מווסתת את ביטוי הגנים על ידי פתיחת מבנה הדנ"א כדי להפעיל שעתוק גנים. מתילציה של חלבוני היסטון, לעומת זאת, ידועה כמדכאת שעתוק על ידי הידוק המבנה.

דוגמה נוספת היא p53, חלבון מדכא גידולים רב-תחומי שעובר מספר שינויים קוולנטיים בתגובה ללחץ. חשיפה לחומרים מזיקים לדנ"א, כגון קרינת UV וגמא, עלולה לגרום לזרחון של החלבון.

הזרחן משפר את היציבות ומפעיל p53, גורם לו להיקשר לדנ"א שניזוק מהקרינה ומונע מתאים עם דנ"א שעבר מוטציה להתחלק ללא שליטה.

בנוסף לזרחון, סוגים שונים של שינויים המתרחשים במולקולת חלבון יחידה, כגון p53, מאפשרים לה לשלוט במדויק בתפקודיה כגון מעצר מחזור התא, תיקון DNA ואפופטוזיס של תא.

• Post-Translational Modification - Covalent modifications made to proteins after synthesis.
• Covalently Linked Proteins - Proteins that have been chemically bonded together.
• Protein Degradation - The process by which proteins are broken down in cells.
• Covalent Regulation - Control of protein function by adding/removing chemical groups.
• Ubiquitination - A post-translational modification involving the attachment of ubiquitin to proteins.

• Define Post-Translational Modification - The changes made to proteins after they are synthesized (e.g., covalently linked).
• Contrast Pre and Post-Translational Modification - Understand the differences and unique functions (e.g., covalent regulation vs ubiquitination).
• Explore Examples - How proteins are targeted for degradation (e.g., ubiquitination).
• Explain the Process - How post-translational modifications regulate protein functions.
• Apply in Context - How post-translational modifications impact biological systems.

• What is Post-Translational Modification and why is it important?
• What are the different types of Post-Translational Modifications?
• How does Post-Translational Modification regulate protein function?

• Students - Grasp the complex nature of protein structure and function.
• Educators - Provides a detailed overview of an advanced topic in molecular biology.
• Researchers - Essential understanding for genetic research and drug discovery efforts.
• Science Enthusiasts - Delve into the intricacies of protein regulation and modification.