4.12: Reguladores de proteínas ligadas covalentemente

As proteínas podem sofrer muitos tipos de modificações pós-traducionais, muitas vezes em resposta a mudanças no seu ambiente. Estas modificações desempenham um papel importante na função e estabilidade destas proteínas. Moléculas ligadas covalentemente incluem grupos funcionais, como grupos metil, acetil e fosfato, e também pequenas proteínas, como a ubiquitina. Existem cerca de 200 tipos diferentes de reguladores covalentes que foram identificados.

Esses grupos modificam aminoácidos específicos em uma proteína. Os grupos fosfato só podem ser ligados covalentemente aos aminoácidos serina, treonina e tirosina, enquanto os grupos metil e acetil só podem ser ligados à lisina. Esses grupos são adicionados e removidos de uma proteína por uma enzima ou par de enzimas. Por exemplo, uma acetiltransferase adiciona um grupo acetil a uma proteína e uma desacetilase pode removê-lo. Cada um desses modificadores pode ter efeitos diferentes na proteína à qual está ligado, dependendo do número e da localização das modificações. Quando uma única molécula de ubiquitina está covalentemente ligada a um determinado receptor da superfície celular, esta proteína é alvo de endocitose; por outro lado, quando múltiplas ubiquitinas ligadas entre si estão ligadas a esta proteína, ela é marcada como alvo para degradação proteolítica.

Uma única proteína pode sofrer múltiplas modificações simultaneamente para controlar sua função. Um exemplo bem conhecido de uma proteína regulada por múltiplas modificações covalentes é a proteína supressora de tumor, p53. A p53 sofre uma variedade de modificações em resposta a vários tipos de estresse, incluindo radiação e agentes cancerígenos. Algumas modificações incluem fosforilação, acetilação e sumoilação em resposta às radiações UV e gama. Os locais e tipos de modificações podem variar dependendo do estressor. Estudos demonstraram que a radiação UV e gama pode resultar na fosforilação da serina 33, mas a serina 392 pode ser fosforilada quando exposta à radiação UV, mas não à radiação gama. Outros tipos de estresse, como a exposição à hipóxia, antimetabólitos e actinomicina D, podem resultar na acetilação da p53. As modificações também podem variar entre diferentes tipos de células e organismos.

Muitas proteínas são reguladas por moléculas covalentemente ligadas, incluindo grupos funcionais, tais como metilo ou acetilo e pequenas proteínas, tais como ubiquitina. As ligações covalentes ocorrem em aminoácidos específicos na cadeia polipeptídica. Por exemplo, os grupos de fosfato são covalentemente ligados à serina, treonina, ou tirosina.

Os grupos de metilo e acetilo estão ligados à lisina. A ubiquitina está ligada a lisina, cistina, serina, ou resíduos de treonina. Uma enzima ou par de enzimas reversivelmente catalisa estas modificações pós-translacionais.

E a acetilo-transferase pode acetilasse uma proteína enquanto uma diacetilasse pode remover mais tarde o grupo. Estas modificações podem alterar a função de uma proteína ou a localização em uma célula. Por exemplo, a acetilação de proteínas histonas regula a expressão gênica abrindo a estrutura de DNA para ativar a transcrição gênica.

A metilação de proteínas histonas, por outro lado, é conhecida para reprimir a transcrição apertando a estrutura. Outro exemplo é p53, uma proteína supressora tumoral principal múltipla que sofre diversas modificações covalentes em resposta ao estresse. A exposição aos agentes prejudiciais do DNA, tais como a radiação UV e gama pode resultar na fosforilação da proteína.

A fosforilação melhora a estabilidade e ativa p53 fazendo com que ele se ligue ao DNA danificado pela radiação e impeça células com DNA mutado de dividir incontrolavelmente. Além da fosforilação, Diferentes tipos de modificações ocorrem em uma única molécula de proteína, que tal como p53, permitem que ela controle precisamente suas funções, tais como ciclo de células, reparo de DNA e apoptose de uma célula.