6.8: Kovalent Bağlantılı Protein Regülatörleri

Proteinler, genellikle çevrelerindeki değişikliklere yanıt olarak birçok translasyon sonrası modifikasyona maruz kalabilirler. Bu modifikasyonlar, bu proteinlerin işlevinde ve stabilitesinde önemli bir rol oynar. Kovalent olarak bağlı moleküller, metil, asetil ve fosfat grupları gibi fonksiyonel grupları ve ayrıca ubikuitin gibi küçük proteinleri içerir. Tanımlanmış yaklaşık 200 farklı tipte kovalent regülatör vardır.

Bu gruplar bir proteindeki spesifik amino asitleri değiştirir. Fosfat grupları sadece serin, treonin ve tirozin amino asitlerine kovalent olarak bağlanabilirken, metil ve asetil grupları sadece lisine bağlanabilir. Bu gruplar bir enzim veya enzim çifti tarafından bir proteine eklenir ve çıkarılır. Örneğin, asetiltransferaz bir proteine bir asetil grubu ekler ve bir deasetilaz bu grubu koparabilir. Bu düzenleyicilerin her biri, modifikasyonların sayısına ve konumuna bağlı olarak bağlı olduğu protein üzerinde farklı etkilere sahip olabilir. Tek bir ubikuitin molekülü belirli bir hücre yüzeyi reseptörüne kovalent olarak bağlandığında, bu protein endositoz için hedeflenir; öte yandan, birbirine bağlı birden fazla ubikuitin bu proteine bağlandığında, proteolitik bozunma için bir hedef olarak işaretlenir.

Tek bir protein, işlevini kontrol etmek için aynı anda birden fazla modifikasyona tabi tutulabilir. Çoklu kovalent modifikasyonlarla düzenlenen bir proteinin iyi bilinen bir örneği, tümör baskılayıcı protein olan p53'tür. p53, radyasyon ve kanserojenler de dahil olmak üzere çeşitli stres türlerine yanıt olarak çeşitli modifikasyonlara uğrar. Bazı modifikasyonlar, UV ve gama radyasyona yanıt olarak fosforilasyon, asetilasyon ve sumolasyonu içerir. Modifikasyonların yerleri ve türleri stresöre bağlı olarak değişebilir. Çalışmalar, UV ve gama radyasyonun serin 33'ün fosforilasyonuna yol açabileceğini, ancak serin 392'nin UV'ye maruz kaldığında fosforile edilirken gama radyasyon maruziyetinde fosforilazyonun gerçekleşmediğini göstermiştir. Hipoksi, anti-metabolitler ve aktinomisin D'ye maruz kalma gibi diğer stres türleri, p53'ün asetilasyonuna neden olabilir. Modifikasyonlar ayrıca farklı hücre tipleri ve organizmalar arasında da değişebilir.

Birçok protein;metil veya asetil parçaları gibi fonksiyonel gruplar ve ubikuitin gibi küçük proteinler de dahil olmak üzere kovalent bağlı moleküller tarafından regüle edilir. Polipeptid zincirindeki belirli amino asitlerde kovalent bağlanmalar gerçekleşir. Örneğin, fosfat grupları;serin, treonin veya tirozin ile kovalent bağlanır.

Metil ve asetil grupları, lizin ile bağlanır. Ubikuitin;lizin, sistin, serin veya treonin rezidüleri ile bağlanır. Bir enzim veya enzim çifti, bu translasyon-sonrası modifikasyonları geri dönüşümlü bir şekilde katalize eder.

Asetil transferaz, bir proteini asetillerken, bir diasetilaz da daha sonra bu grubu koparabilir. Bu modifikasyonlar, bir proteinin hücre içindeki işlevini veya lokalizasyonunu değiştirebilir. Örneğin, histon proteinlerinin asetilasyonu, gen transkripsiyonunu aktive etmek için DNA yapısını açarak, gen ekspresyonunu regüle eder.

Diğer taraftan, histon proteinlerinin metilasyonunun, yapıyı sıkılaştırarak transkripsiyonu baskıladığı bilinmektedir. Başka bir örnek, strese yanıt olarak birçok kovalent değişikliklere uğrayan, ana tümör baskılayıcı proteinler olan p53'tür. UV ve gama radyasyonu gibi DNA'ya zarar veren ajanlara maruz kalmak, proteinin fosfatlanmasına neden olabilir.

Fosfatlanma, stabiliteyi artırır ve p53'ü etkinleştirerek radyasyondan zarar gören DNA'ya bağlanmasına neden olur ve mutasyona uğramış DNA'lı hücrelerin kontrolsüz bir şekilde bölünmesini önler. Fosfatlanmaya ek olarak, p53 gibi tek bir protein molekülünde meydana gelen farklı modifikasyon tipleri;hücre döngüsünün durması, DNA onarımı ve bir hücrenin apoptozisi gibi işlevlerini hassas bir şekilde kontrol etmesine izin verir.

• 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.