6.8: Reguladores de Proteínas Ligadas Covalentemente

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

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

Uma única proteína pode sofrer múltiplas modificações em simultâneo para controlar a sua função. Um exemplo bem conhecido de uma proteína regulada por múltiplas modificações covalentes é a proteína supressora tumoral, p53.  p53 sofre uma variedade de modificações em resposta a vários tipos de stress, incluindo radiação e agentes carcinogénicos. Algumas modificações incluem fosforilação, acetilação, e sumoilação em resposta a radiações UV e gamma. Os locais e os tipos de modificações podem variar dependendo do factor de stress. Estudos demonstraram que radiações UV e gamma podem resultar na fosforilação da serina 33, mas a serina 392 pode ser fosforilada quando exposta a radiação UV, mas não a radiação gamma. Outros tipos de stress, como exposição a hipóxia, anti‐metabolitos, 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.

• 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.