Regolatori proteici legati covalentemente

Le proteine possono subire molti tipi di modifiche post-traduzionali, spesso in risposta a cambiamenti nel loro ambiente. Queste modifiche svolgono un ruolo importante nella funzione e nella stabilità di queste proteine. Le molecole legate in modo covalente includono gruppi funzionali, come i gruppi metile, acetile e fosfato, e anche piccole proteine, come l'ubiquitina. Sono stati identificati circa 200 tipi diversi di regolatori covalenti.

Questi gruppi modificano amminoacidi specifici in una proteina. I gruppi fosfato possono essere legati covalentemente solo agli amminoacidi serina, treonina e tirosina, mentre i gruppi metile e acetile possono essere legati solo alla lisina. Questi gruppi vengono aggiunti e rimossi da una proteina da un enzima o da una coppia di enzimi. Ad esempio, un'acetiltransferasi aggiunge un gruppo acetile a una proteina e una deacetilasi può rimuoverlo. Ciascuno di questi modificatori può avere effetti diversi sulla proteina a cui è attaccato a seconda del numero e della posizione delle modifiche. Quando una singola molecola di ubiquitina è legata covalentemente a un determinato recettore della superficie cellulare, questa proteina viene presa di mira per l'endocitosi; d'altra parte, quando più ubiquitine legate insieme sono attaccate a questa proteina, questa viene contrassegnata come bersaglio per la degradazione proteolitica.

Una singola proteina può subire più modifiche contemporaneamente per controllare la sua funzione. Un esempio ben noto di proteina regolata da molteplici modifiche covalenti è la proteina soppressore del tumore, p53. p53 subisce una serie di modifiche in risposta a vari tipi di stress, comprese le radiazioni e gli agenti cancerogeni. Alcune modifiche includono la fosforilazione, l'acetilazione e la sumoilazione in risposta alle radiazioni UV e gamma. I siti e i tipi di modifiche possono variare a seconda del fattore di stress. Gli studi hanno dimostrato che le radiazioni UV e gamma possono provocare la fosforilazione della serina 33, ma la serina 392 può essere fosforilata se esposta ai raggi UV ma non alle radiazioni gamma. Altri tipi di stress, come l’esposizione all’ipossia, agli antimetaboliti e all’actinomicina D, possono provocare l’acetilazione di p53. Le modifiche possono anche variare tra diversi tipi di cellule e organismi.