6.8: Ковалентно связанные белковые регуляторы

Белки могут подвергаться множеству посттрансляционных модификаций, часто в ответ на изменения в окружающей их среде. Эти модификации играют важную роль в функционировании и стабильности этих белков. Ковалентно связанные молекулы включают в себя функциональные группы, такие как метильные, ацетильные и фосфатные группы, а также небольшие белки, такие как убиквитин. Идентифицировано около 200 различных типов ковалентных регуляторов.

Эти группы модифицируют определенные аминокислоты в белке. Фосфатные группы могут быть ковалентно связаны только с аминокислотами серин, треонин и тирозин, тогда как метильные и ацетильные группы могут быть связаны только с лизином.  Эти группы добавляются и удаляются из белка с помощью фермента или пары ферментов.    Например, ацетилтрансфераза добавляет ацетильную группу к белку, а деацетилаза может ее удалить. Каждый из этих модификаторов может по-разному влиять на белок, к которому он присоединен, в зависимости от количества и местоположения модификаций. Когда одна молекула убиквитина ковалентно связана с определенным рецептором клеточной поверхности, этот белок нацелен на эндоцитоз; с другой стороны, когда к этому белку присоединяются несколько связанных вместе убиквитинов, он помечается как мишень для протеолитической деградации.

Один белок может подвергаться нескольким модификациям одновременно для управления его функцией. Одним из известных примеров белка, регулируемого множественными ковалентными модификациями, является белок-супрессор опухолей p53.  p53 подвергается разнообразным модификациям в ответ на различные типы стресса, включая радиацию и канцерогены. Некоторые модификации включают фосфорилирование, ацетилирование и сумоилирование в ответ на ультрафиолетовое и гамма-излучение. Сайты и типы модификаций могут меняться в зависимости от стрессора. Исследования показали, что ультрафиолетовое и гамма-излучение может привести к фосфорилированию серина 33, но серин 392 может фосфорилироваться под воздействием УФ-излучения, но не гамма-излучения. Другие виды стресса, такие как воздействие гипоксии, анти‐метаболитов и актиномицина D, могут привести к ацетилированию p53. Модификации также могут различаться в зависимости от типа клетка и организмов.

Многие белки регулируются молекулами, связанными ковалентно, включая функциональные группы, например, метил или ацетил, части молекул и малые белки, такие как убиквитин. Осуществляются ковалентные связи на специальных аминокислотах в полипептидной цепи. Например, фосфатные группы ковалентно связаны с серином, треонином, или тирозином.

Метиловые и ацетильные группы связаны с лизином. А убиквитин связан с. лизиновыми, цистиновыми, сериновыми, или треониновыми остатками.

Фермент или пара ферментов обратимо катализируют эти пост-трансляционные модификации. И ацетилтрансфераза может ацетилизировать белок, в то время как диацетилаза может позднее убрать эту группу. Эти изменения могут подправить функцию белка или локализацию в клетке.

Например, ацетилирование белков гистона регулирует экспрессию генов путём открытия структуры ДНК для активации функции генной транскрипции. Метилирование белков гистона, с другой стороны, известно, как подавляющее транскрипцию путем подтягивания структуры. Другой пример р53, белк-супрессор многих основных опухолей, который претерпевает несколько ковалентных модификаций в ответ на стресс.

Воздействие агентами, повреждающими ДНК, например, ультрафиолетовым и гамма-излучением, может привести к фосфорилированию белка. Фосфорилирование улучшает стабильность и активирует p53, заставляя его связываться с ДНК, повреждённой излучением для клеток с мутировавшей ДНК предотвращает бесконтрольное деление. Помимо фосфорилирования, различные типы модификаций, возникающих в одиночной белковой молекуле, такой как p53, позволяет ему точно контролировать функции, такие, как остановка клеточного цикла, ремонт ДНК и апоптоз клетки.

• 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.