Регуляторная функция белков. Регуляторные белки Внутриклеточные регуляторные белки

РЕГУЛЯТОРНЫЕ БЕЛКИ

(от лат. regulo-привожу в порядок, налаживаю), группа белков, участвующих в регуляции разл. биохим. процессов. Важная группа Р. б., к-рым посвящена эта статья,-белки, взаимодействующие с ДНК и управляющие экспрессией генов (выражение гена в признаках и св-вах организма). Подавляющее большинство таких Р. б. функционирует на уровне транскрипции (синтез матричных РНК, или мРНК, на ДНК-матрице) и отвечает за активацию или репрессию (подавление) синтеза мРНК (соотв. белки-активаторы и белки-репрессоры).

Известно ок. 10 репрессоров. Наиб. изучены среди них репрессоры прокариот (бактерии, синезеленые водоросли), регулирующие синтез ферментов, участвующих в метаболизме лактозы (lac-репрессор) в Escherichia coli (E.coli), и репрессор бактериофага А,. Их действие реализуется путем связывания со специфич. участками ДНК (операторами) соответствующих генов и блокирования инициации транскрипции кодируемых этими генами мРНК.

Репрессор представляет собой обычно димер из двух идентичных полипептидных цепей, ориентированных во взаимно противоположных направлениях. Репрессоры физически препятствуют РНК-полимеразе присоединиться к ДНК в промоторном участке (место связывания ДНК-зависимой РНК-полимеразы-фермента, катализирующего синтез мРНК на ДНК-матрице) и начать синтез мРНК. Предполагают, что репрессор препятствует только инициации транскрипции и не оказывает влияния на элонгацию мРНК.

Репрессор может контролировать синтез к.-л. одного белка или целого ряда белков, экспрессия к-рых носит координированный характер. Как правило, это , обслуживающие один метаболич. путь; их гены входят в состав одного оперона (совокупность связанных между собой генов и прилегающих к ним регуляторных участков).

Мн. репрессоры могут существовать как в активной, так и в неактивной форме в зависимости от того, связаны они или нет с индукторами или корепрессорами (соотв. субстраты, в присут. к-рых специфически повышается или понижается скорость синтеза определенного фермента; см. Регуляторы ферментов ); эти взаимод. имеют нековалент-ную природу.

Для эффективной экспрессии генов необходимо не только, чтобы репрессор был инактивирован индуктором, но также реализовался и специфич. положит. сигнал включения, к-рый опосредуется Р. б., работающими "в паре" с циклич. аденозинмонофосфатом (цАМФ). Последний связывается со специфическими Р. б. (т. наз. САР-белок-активатор ката-болитных генов, или белковый активатор катаболизма-БАК). Это димер с мол. м. 45 тыс. После связывания с цАМФ он приобретает способность присоединяться к специфич. участкам на ДНК, резко увеличивая эффективность транскрипции генов соответствующего оперона. При этом САР не влияет на скорость роста цепи мРНК, а контролирует стадию инициации транскрипции-присоединение РНК-полимеразы к промотору. В противоположность реп-рессору САР (в комплексе с цАМФ) облегчает связывание РНК-полимеразы с ДНК и делает акты инициации транскрипции более частыми. Участок присоединения САР к ДНК примыкает непосредственно к промотору со стороны, противоположной той, где локализован оператор.

Позитивную регуляцию (напр., lac-оперона E.coli) можно описать упрощенной схемой: при понижении концентрации глюкозы (осн. источника углерода) увеличивается цАМФ, к-рый связывается с САР, а образовавшийся комплекс-с lac-промотором. В результате стимулируется связывание РНК-полимеразы с промотором и возрастает скорость транскрипции генов, к-рые кодируют , позволяющие клетке переключаться на использование др. источника углерода-лактозы. Существуют и др. специальные Р. б. (напр., белок С), функционирование к-рых описывается более сложной схемой; они контролируют узкий спектр генов и могут выступать в роли как репрессоров, так и активаторов.

Репрессоры и оперон-специфичные активаторы не влияют на специфичность самой РНК-полимеразы. Этот последний уровень регуляции реализуется в случаях, предполагающих массир. изменение спектра экспрессирующихся генов. Так, у E.coli гены, кодирующие теплового шока, к-рые экспрессируются при целом ряде стрессовых состояний клетки, считываются РНК-полимеразой только тогда, когда в ее сослав включается особый Р. б.-т. наз. фактор s 32 . Целое семейство этих Р. б. (s-факторы), изменяющие про-моторную специфичность РНК-полимеразы, обнаружены у бацилл и др. бактерий.

Др. разновидность Р. б. изменяет каталитич. св-ва РНК-полимеразы (т. наз. белки-антитерминаторы). Так, у бактериофага X известны два таких белка, к-рые модифицируют РНК-полимеразу так, что она не подчиняется клеточным сигналам терминации (окончания) транскрипции (это необходимо для активной экспрессии фаговых генов).

Общая схема генетич. контроля, включающая функционирование Р. б., приложима также к бактериям и к клеткам эукариот (все организмы, за исключением бактерий и сине-зеленых водорослей).

Эукариотич. клетки реагируют на внеш. сигналы (для них это, напр., ) в принципе так же, как бактериальные клетки реагируют на изменения концентрации питат. в-в в окружающей среде, т. е. путем обратимой репрессии или активации (дерепрессии) отдельных генов. При этом Р. б., одновременно контролирующие большого числа генов, могут использоваться в разл. комбинациях. Подобная комбинационная генетич. регуляция может обеспечивать дифференцир. развитие всего сложного многоклеточного организма благодаря взаимод. относительно небольшого числа ключевых Р. б.

В системе регуляции активности генов у эукариот имеется дополнит. уровень, отсутствующий у бактерий, а именно-перевод всех нуклеосом (повторяющихся субъединиц хроматина), входящих в состав транскрипционной единицы, в активную (деконденсированную) форму в тех клетках, где данный должен быть функционально активен. Предполагается, что здесь задействован набор специфических Р. б., не имеющих аналогов у прокариот. Эти не только узнают специфич. участки хроматина (или. ДНК), но и вызывают определенные структурные изменения в прилежащих областях. Р. б., подобные активаторам и репрессорам бактерий, по-видимому, участвуют в регуляции последующей транскрипции отдельных генов в районах активир. хроматина.

Обширный класс Р. б. эукариот -рейепторные белки стероидных гормонов.

Аминокислотная последовательность Р. б. кодируется т. наз. регуляторными генами. Мутационная инактивация репрессора приводит к неконтролируемому синтезу мРНК, и, следовательно, определенного белка (в результате транс-ляции- синтеза белка на мРНК-матрице). Такие организмы наз. конститутивными мутантами. Утрата в результате активатора приводит к стойкому снижению синтеза регулируемого белка.

Лит.: Страйер Л., Биохимия, пер. с англ., т. 3, М., 1985, с. 112-25.

П. Л. Иванов.

Химическая энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . Под ред. И. Л. Кнунянца . 1988 .

Смотреть что такое "РЕГУЛЯТОРНЫЕ БЕЛКИ" в других словарях:

белки - специфичные для пуфов Разнородная группа ядерных белков, участвующих в процессе активации генов в пуфах политенных хромосом; к этим белкам относятся факторы собственно транскрипции (РНК полимераза II, регуляторные белки и др.), а также ряд… … Справочник технического переводчика

Белки специфичные для пуфов - Белки, специфичные для пуфов * бялкі, спецыфічныя для пуфаў * puff specific proteins разнородная группа ядерных белков, участвующих в процессе активации генов в пуфах политенных хромосом. К этим белкам относятся ферменты, осуществляющие… …

У этого термина существуют и другие значения, см. Белки (значения). Белки (протеины, полипептиды) высокомолекулярные органические вещества, состоящие из соединённых в цепочку пептидной связью альфа аминокислот. В живых организмах… … Википедия

Высокомол. прир. полимеры, построенные из остатков аминокислот, соединенных амидной (пептидной) связью ЧСОЧNHЧ. Каждый Б. характеризуется специфич. аминокислотной последовательностью и индивидуальной пространств, структурой (конформацией). На… … Химическая энциклопедия

БЕЛКИ, высокомолекулярные органические соединения, биополимеры, построенные из 20 видов L a аминокислотных остатков, соединенных в определенной последовательности в длинные цепи. Молекулярная масса белков варьируется от 5 тыс. до 1 млн. Название… … Энциклопедический словарь

Белки регуляторные - * бялкі рэгуляторныя * regulatory proteins белки, осуществляющие регуляцию матричных процессов путем их посадки на регуляторные области ДНК. Белки, связывающиеся с поврежденной ДНК * бялкі, якія звязваюцца з пашкоджанай ДНК * DNA damage binding… … Генетика. Энциклопедический словарь

Протеины, высокомолекулярные органич. соединения, построенные из остатков аминокислот. Играют первостепенную роль в жизнедеятельности, выполняя многочисл. функции в их строении, развитии и обмене веществ. Мол. м. Б. от БЕЛКИ’ 5000 до мн.… …

- (Sciurus), род беличьих. Дл. тела 20 31 см. Хорошо лазают и передвигаются по деревьям. Длинный (20 30 см) пышный хвост служит рулём при прыжках. Ок. 40 видов, в Сев. полушарии и на С. Юж. Америки, в горных и равнинных лесах, включая островные… … Биологический энциклопедический словарь

БЕЛКИ́, протеины, высокомолекулярные органич. соединения, построенные из остатков аминокислот. Играют первостепенную роль в жизнедеятельности всех организмов, участвуя в их строении, развитии и обмене веществ. Мол. м. Б. от 5000 до мн. миллионов … Биологический энциклопедический словарь

белки - белки, протеины, высокомолекулярные органические вещества, построенные из остатков аминокислот. Играют важнейшую роль в жизнедеятельности всех организмов, входя в состав их клеток и тканей и выполняя каталитические (ферменты), регуляторные… … Сельское хозяйство. Большой энциклопедический словарь

Белки, принимающие участие в регуляции метаболизма, сами мо­гут служить лигандами (например, пептидные гормоны), т. е. взаимодействовать с другими белками, такими, как гормональные рецепторы, оказывая регуляторное действие. Другие регуляторные белки такие, как рецепторы гормонов или регуляторная субъ­единица протеинкиназы (фермент, активируемый цАМФ), обла­дают активностями, контролируемыми связыванием регуляторных лигандов (т. е. гормонов и цАМФ соответственно) (см. главу 4). Для того чтобы активности белков этого класса могли специфи­чески регулироваться лигандами, такие молекулы прежде всего должны обладать участками, специфически (и, как правило, с вы­соким сродством) связывающими лиганд, что придает молекулам способность отличать лиганд от других химических соединений. Кроме того, белок должен обладать такой структурой, чтобы в результате связывания лиганда его конформация могла менять­ся, т. е. обеспечивать возможность оказания регуляторного дей­ствия. Например, у млекопитающих специфическое связывание цАМФ с регуляторной субъединицей отдельных протеинкиназ приводит к уменьшению сродства связи этой субъединицы с ка­талитической субъединицей фермента (см. главу 4). Это обус­ловливает диссоциацию обеих белковых субъединиц фермента. Каталитическая субъединица, освободившись из-под ингибиторного действия регуляторной субъединицы, активируется и ката­лизирует фосфорилирование белков. Фосфорилирование изменяет свойства определенных белков, что сказывается на процессах, на­ходящихся под контролем цАМФ. Взаимодействие стероидных гормонов со своими рецепторами вызывает в последних такие конформационные изменения, которые придают им способность связываться с клеточным ядром (см. главу 4). Это взаимодейст­вие изменяет и другие свойства рецепторов, важные для опосредования эффекта стероидных гормонов на транскрипцию опреде­ленных видов мРНК.

Для того чтобы обладать столь специализированными и вы­сокоспецифическими функциями, белки в результате эволюции генов, определяющих их аминокислотную последовательность, должны были приобрести ту структуру, которую они имеют в настоящее время. В некоторых случаях в процессе принимают участие и другие гены, кодирующие синтез продуктов, модифи­цирующих сами регуляторные белки (например, путем гликозилирования). Поскольку эволюция генов, по-видимому, происхо­дила за счет таких механизмов, как мутация предсуществующих генов и рекомбинация участков различных генов (о чем говори­лось), это наложило определенные ограничения на эволюцию белка. С эволюционной точки зрения, вероятно, было бы проще видоизменить присутствующие структуры, чем создавать совер­шенно новые гены. В связи с этим существование некоторой го­мологии в аминокислотных последовательностях различных бел­ков может и не быть неожиданностью, так как их гены могли возникнуть вследствие эволюции общих предшественников. По­скольку, как отмечалось выше, участки белков, приспособленные для связывания регуляторных лигандов, таких, как цАМФ и сте­роиды или их аналоги, уже должны были существовать ко вре­мени появления этих лигандов, легко представить себе, как мо­дификация генов таких белков может привести к синтезу других белков, сохраняющих высокую специфичность связывания регу­ляторного лиганда.

На рис. 2-2 приведена одна из гипотетических схем эволю­ции примитивной глюкотрансферазы в три существующие типа регуляторных белков: бактериальный цАМФ-связывающий белок (CAP или CRP), регулирующий транскрипцию нескольких генов, кодирующих ферменты, которые принимают участие в метабо­лизме лактозы , а также цАМФ-связывающий белок млекопи­тающих, который регулирует активность цАМФ-зависимой про­теинкиназы, опосредующей действие цАМФ у человека (см. гла­ву 4), и аденилатциклазу (см. главу 4). Применительно к бактериальному белку и киназе АТФ-связывающие участки при­митивной глюкокиназы эволюционировали в направлении при­обретения большей специфичности связывания цАМФ. Бактери­альный белок приобрел также дополнительную полинуклеотид (ДНК)-связывающую способность. Эволюция киназы предполага­ет приобретение глюкофосфотрансферазной способности фосфорилировать белки. Наконец, из глюкокиназы путем замены АДФ-генерирующей функции на цАМФ-генерирующую могла бы об­разоваться и аденилатциклаза. Эти заключения не могут не быть сугубо гипотетическими; тем не менее они показывают, как могла осуществляться молекулярная эволюция перечисленных регуля­торных белков.

Рис.2-2. Предположительное происхождение цАМФ-зависимой протеинки­назы, аденилатциклазы и бактериального цАМФ-связывающего регулятор­ного белка (Baxter, MacLeod ).

Хотя многие детали в картине эволюции белков отсутствуют, имеющиеся в настоящее время сведения о структуре белков и генов дают некоторые основания для анализа вопроса о том, про­изошли ли гены некоторых полипептидных гормонов из общего гена-предшественника . Отдельные полипептидные гормоны можно сгруппировать по структурному сходству. Нет ничего уди­вительного в том, что гормоны, относящиеся к одной группе, мо­гут обладать и сходством вызываемых ими физиологических эф­фектов, а также сходным механизмом действия. Так, гормон роста (СТГ), пролактин и хорионический соматомаммотропин (плацентарный лактоген) характеризуются высокой степенью го­мологии аминокислотной последовательности. Гликопротеидные гормоны - тиротропный гормон (ТТГ), хорионический гонадо­тропин человека (ХГЧ), фолликулостимулирующий (ФСГ) и лю­теинизирующий (ЛГ) гормоны - состоят из двух субъединиц, каждый, одна из которых (А-цепь) идентична или почти иден­тична у всех гормонов данной группы . Аминокислотная после­довательность субъединиц В в различных гормонах, хотя и не идентична, но имеет структурную гомологию. Вероятно, именно эти различия В-цепей имеют решающее значение для придания специфичности взаимодействию каждого гормона с его тканью-мишенью. Инсулин обнаруживает некоторые структурные анало­ги и обладает общей биологической активностью с другими фак­торами роста, такими, как соматомедин и неподавляемая инсулиноподобная активность (НИПА) .

Что касается группы гормонов, к которой принадлежит гор­мон роста, то нуклеотидная последовательность мРНК, кодирую­щих их синтез, частично выяснена . Для каждой аминокисло­ты необходимы три нуклеотида в ДНК (и, следовательно, в транс­крибируемой с нее мРНК). Хотя данному триплету нуклеотидов; (кодон) соответствует именно данная аминокислота, для одной и той же аминокислоты могут существовать несколько кодонов. Та­кая «вырожденность» генетического кода обусловливает возмож­ность большей или меньшей гомологии нуклеотидных последова­тельностей двух данных генов, определяющих структуру двух гормонов, чем имеется в белках. Так, если два белка обладают случайной гомологией аминокислотной последовательности, то по­следовательности нуклеиновых кислот могли бы обнаруживать большие различия. Однако в отношении генов, кодирующих син­тез гормонов группы соматотропина, это не так; гомология по­следовательности нуклеиновых кислот выше, чем гомология ами­нокислотной последовательности . Гормон роста человека и хорионический соматомаммотропин, которые имеют 87% гомоло­гию аминокислотных последовательностей, в своих мРНК имеют 93% гомологию последовательностей нуклеиновых кислот. Гормо­ны роста человека и крысы обладают 70% гомологией аминокис­лотных последовательностей, а их мРНК обнаруживают 75% го­мологию последовательности нуклеиновых кислот. В некоторых участках мРНК гормона роста крысы и хорионического соматомаммотропина человека (мРНК двух разных гормонов у двух биологических видов) гомология составляет 85% (рис. 2-3). Та­ким образом, лишь минимальные изменения оснований в ДНК обусловливают различия гормонов. Следовательно, эти данные подтверждают заключение о том, что гены таких гормонов об­разовались в ходе эволюции из общего предшественника. С по­зиций изложенных представлений о символах и вызываемых ими реакциях существенно, что каждый из трех гормонов данной группы обладает влиянием на рост (см. далее). Гормон роста представляет собой фактор, определяющий линейный рост. Про­лактин играет важную роль в процессах лактации и тем самым обеспечивает рост новорожденного. Хорионический соматомаммотропин, хотя его физиологическое значение точно не установле­но, может оказывать существенное влияние на внутриутробный рост, направляя поступающие в организм матери пищевые веще­ства на рост плода .

Работа генов в любом организме – прокариотическом, эукариотическом, одноклеточном или многоклеточном – контролируется и координируется.

Различные гены обладают неодинаковой временной активностью. Одни из них характеризуются постоянной активностью. Такие гены отвечают за синтез белков, необходимых клетке или организму на протяжении всей жизни, например, гены, продукты которых участвуют в синтезе АТФ. Большинство же генов обладает непостоянной активностью, они работают только в определенные моменты, когда появляется необходимость в их продуктах – белках. Гены различаются и по уровням своей активности (низкий или высокий).

Белки клетки классифицируются как регуляторные и структурные. Регуляторные белки синтезируются на регуляторных генах и контролируют работу структурных генов. Структурные гены кодируют структурные белки, выполняющие структурную, ферментативную, транспортную и другие функции (кроме регуляторной!).

Регуляция синтеза белка осуществляется на всех этапах этого процесса: транскрипции, трансляции и посттрансляционной модификации либо путем индукции, либо путем репрессии.

Регуляция активности генов эукариотических организмов намного сложнее регуляции экспрессии генов прокариот, что определяется сложностью организации эукариотического организма и особенно многоклеточного. В 1961 г. французские ученые Ф. Жакоб, Ж. Моно и А. Львов сформулировали модель генетического контроля синтеза белков, катализирующих усвоение клеткой лактозы – концепцию оперона.

Опероном называют группу генов, работа которых контролируется одним геном-регулятором.

Ген-регулятор – это ген, обладающий постоянной низкой активностью, на нем синтезируется белок-репрессор – регуляторный белок, который может соединяться с оператором, инактивируя его.

Оператор – точка начала считывания генетической информации, он управляет работой структурных генов.

В структурных генах лактозного оперона содержится информация о ферментах, участвующих в метаболизме лактозы. Поэтому лактоза будет служить индуктором – агентом, инициирующим работу oпepoна.

Промотор – место прикрепления РНК-полимеразы.

Терминатор – место окончания синтеза иРНК.

При отсутствии индуктора система не функционирует, поскольку "свободный" от индуктора – лактозы – репрессор соединен с оператором. В этом случае фермент РНК-полимераза не может катализировать процесс синтеза иРНК. Если в клетке оказывается лактоза (индуктор), она, взаимодействуя с репрессором, изменяет его структуру, в результате чего репрессор освобождает оператор. РНК-полимераза соединяется с промотором, начинается синтез иРНК (транскрипция структурных генов). Затем на рибосомах формируются белки по программе иРНК-лактозного оперона. У прокариотических организмов на одну молекулу иРНК переписывается информация со всех структурных генов оперона, т.е. оперон – это единица транскрипции. Транскрипция продолжается до тех пор, пока в цитоплазме клетки сохраняются молекулы лактозы. Как только все молекулы будут клеткой переработаны, репрессор закрывает оператор, синтез иРНК прекращается.

Таким образом, синтез иРНК и, соответственно, синтез белка должны строго регулироваться, поскольку у клетки недостаточно ресурсов для одновременной транскрипции и трансляции всех структурных генов. И про-, и эукариоты постоянно синтезируют только те иРНК, которые необходимы для выполнения основных клеточных функций Экспрессия остальных структурных генов осуществляется под строгим контролем регуляторных систем, запускающих транскрипцию только в том случае, когда возникает потребность в определенном белке (белках).

РЕГУЛЯТОРНЫЕ БЕЛКИ (от лат. regulo-привожу в порядок, налаживаю), группа белков. участвующих в регуляции разл. биохим. процессов. Важная группа регуляторные белки, которым посвящена эта статья,-белки, взаимодействующие с ДНК и управляющие экспрессией генов (выражение гена в признаках и свойствах организма). Подавляющее большинство таких регуляторные белки функционирует на уровне транскрипции (синтез матричных РНК, или мРНК, на ДНК-матрице) и отвечает за активацию или репрессию (подавление) синтеза мРНК (соотв. белки-активаторы и белки-репрессоры).

Известно ок. 10 репрессоров. Наиб. изучены среди них репрессоры прокариот (бактерии, синезеленые водоросли), регулирующие синтез ферментов, участвующих в метаболизме лактозы (lac-репрессор) в Escherichia coli (E.coli), и репрессор бактериофага А,. Их действие реализуется путем связывания со специфич. участками ДНК (операторами) соответствующих генов и блокирования инициации транскрипции кодируемых этими генами мРНК.

Репрессор представляет собой обычно димер из двух идентичных полипептидных цепей, ориентированных во взаимно противоположных направлениях. Репрессоры физически препятствуют РНК-полимеразе присоединиться к ДНК в промоторном участке (место связывания ДНК-зависимой РНК-полимеразы-фермента, катализирующего синтез мРНК на ДНК-матрице) и начать синтез мРНК. Предполагают, что репрессор препятствует только инициации транскрипции и не оказывает влияния на элонгацию мРНК.

Репрессор может контролировать синтез к.-л. одного белка или целого ряда белков. экспрессия которых носит координированный характер. Как правило, это ферменты, обслуживающие один метаболич. путь; их гены входят в состав одного оперона (совокупность связанных между собой генов и прилегающих к ним регуляторных участков).

Мн. репрессоры могут существовать как в активной, так и в неактивной форме в зависимости от того, связаны они или нет с индукторами или корепрессорами (соотв. субстраты, в присутствии которых специфически повышается или понижается скорость синтеза определенного фермента; см. Регуляторы ферментов); эти взаимод. имеют нековалент-ную природу.

Для эффективной экспрессии генов необходимо не только, чтобы репрессор был инактивирован индуктором, но также реализовался и специфич. положит. сигнал включения, который опосредуется регуляторные белки, работающими "в паре" с циклич. аденозинмонофосфатом (цАМФ). Последний связывается со специфическими регуляторные белки (т.наз. САР-белок-активатор ката-болитных генов, или белков.й активатор катаболизма-БАК). Это димер с мол. м. 45 тыс. После связывания с цАМФ он приобретает способность присоединяться к специфич. участкам на ДНК, резко увеличивая эффективность транскрипции генов соответствующего оперона. При этом САР не влияет на скорость роста цепи мРНК, а контролирует стадию инициации транскрипции-присоединение РНК-полимеразы к промотору. В противоположность реп-рессору САР (в комплексе с цАМФ) облегчает связывание РНК-полимеразы с ДНК и делает акты инициации транскрипции более частыми. Участок присоединения САР к ДНК примыкает непосредственно к промотору со стороны, противоположной той, где локализован оператор.

Позитивную регуляцию (напр., lac-оперона E.coli) можно описать упрощенной схемой: при понижении концентрации глюкозы (осн. источника углерода) увеличивается концентрация цАМФ, который связывается с САР, а образовавшийся комплекс-с lac-промотором. В результате стимулируется связывание РНК-полимеразы с промотором и возрастает скорость транскрипции генов, которые кодируют ферменты, позволяющие клетке переключаться на использование др. источника углерода-лактозы. Существуют и др. специальные регуляторные белки (напр., белок С), функционирование которых описывается более сложной схемой; они контролируют узкий спектр генов и могут выступать в роли как репрессоров, так и активаторов.

Репрессоры и оперон-специфичные активаторы не влияют на специфичность самой РНК-полимеразы. Этот последний уровень регуляции реализуется в случаях, предполагающих массир. изменение спектра экспрессирующихся генов. Так, у E.coli гены, кодирующие белки теплового шока, которые экспрессируются при целом ряде стрессовых состояний клетки, считываются РНК-полимеразой только тогда, когда в ее сослав включается особый регуляторные белки-т.наз. фактор s32. Целое семейство этих регуляторные белки (s-факторы), изменяющие про-моторную специфичность РНК-полимеразы, обнаружены у бацилл и др. бактерий.

Др. разновидность регуляторные белки изменяет каталитич. свойства РНК-полимеразы (т.наз. белки-антитерминаторы). Так, у бактериофага X известны два таких белка, которые модифицируют РНК-полимеразу так, что она не подчиняется клеточным сигналам терминации (окончания) транскрипции (это необходимо для активной экспрессии фаговых генов).

Общая схема генетич. контроля, включающая функционирование регуляторные белки, приложима также к бактериям и к клеткам эукариот (все организмы, за исключением бактерий и сине-зеленых водорослей).

Эукариотич. клетки реагируют на внеш. сигналы (для них это, например, гормоны) в принципе так же, как бактериальные клетки реагируют на изменения концентрации питат. веществ в окружающей среде, т.е. путем обратимой репрессии или активации (дерепрессии) отдельных генов. При этом регуляторные белки, одновременно контролирующие активность большого числа генов, могут использоваться в разл. комбинациях. Подобная комбинационная генетич. регуляция может обеспечивать дифференцир. развитие всего сложного многоклеточного организма благодаря взаимод. относительно небольшого числа ключевых регуляторные белки

В системе регуляции активности генов у эукариот имеется дополнит. уровень, отсутствующий у бактерий, а именно-перевод всех нуклеосом (повторяющихся субъединиц хроматина), входящих в состав транскрипционной единицы, в активную (деконденсированную) форму в тех клетках, где данный ген должен быть функционально активен. Предполагается, что здесь задействован набор специфических регуляторные белки, не имеющих аналогов у прокариот. Эти белки не только узнают специфич. участки хроматина (или. ДНК), но и вызывают определенные структурные изменения в прилежащих областях. регуляторные белки, подобные активаторам и репрессорам бактерий, по-видимому, участвуют в регуляции последующей транскрипции отдельных генов в районах активир. хроматина.

Обширный класс регуляторные белки эукариот-рейепторные белки стероидных гормонов.

Аминокислотная последовательность регуляторные белки кодируется т.наз. регуляторными генами. Мутационная инактивация репрессора приводит к неконтролируемому синтезу мРНК, и, следовательно, определенного белка (в результате транс-ляции-синтеза белка на мРНК-матрице). Такие организмы наз. конститутивными мутантами. Утрата в результате мутации активатора приводит к стойкому снижению синтеза регулируемого белка.

Особенности нервно-мышечного синапса

Свойства актина

Свойства миозина

Быстрые легкоутомляемые

Медленные малоутомляемые

Классификация по работоспособности

Классификация по количеству двигательных единиц в мышце

Двигательная единица

Свойства мышц

1. Проводимость

2. Возбудимость

3. Сократимость

4. Эластичность – способность сокращаться при растягивании.

5. Тонус

Два варианта классификации скелœетных мышц

1. Анатомическая. По плотности иннервации (количество двигательных единиц в мышце)

2. Функциональная.По работоспособности двигательных единиц

Комплекс, включающий один мотонейрон и иннервируемые им мышечные волокна, принято называть ДВИГАТЕЛЬНОЙ ИЛИ НЕЙРОМОТОРНОЙ ЕДИНИЦЕЙ.

Много двигательных единиц на одну мышцу Плотность иннервации высокая 1 мотонейрон иннервирует 10 – 25 волокон

В мышцах, приспособленных для тонких движений (пальцы, язык, наружные мышцы глаза).

Мало двигательных единиц на одну мышцу

Плотность иннервации низкая

1 мотонейрон иннервирует 700 – 1000 волокон)

В мышцах поддерживающих позу, осуществляющих "грубые" движения (мышцы туловища).

Саркомер – функциональная единица сократительного аппарата мышечной клетки. Длина саркомера 2,5 мкм, поперечник – 1мкм.

Толстые миофиламенты – образованы молекулами миозина, четыре легкие цепи миозина и две тяжелые цепи, скрученные между собой.

Тяжелые цепи миозина - головка миозина и шейка.

Головка обладает АТФ-азной активностью

Шейка эластическими свойствами.

В толстой филаменте 150 молекул миозина.

Под электронным микроскопом на толстой миофиламенте видны выступы, расположенные под углом 120 градусов. Οʜᴎ получили название поперечных мостиков.Эти мостики образованы головкой и шейкой молекул миозина, их длина 20 нм.

Тонкие миофиламенты построены из глобулярных молекул белка актина. Актиновые филаменты представляют из себязакрученную двойную спираль Таких нитей в саркомере 2000.

Эти нити одним концом прикреплены к Z- пластинке, а второй конец достигает середины саркомера.

Одно мышечное волокно получает нервный импульс от одного синапса

1. Большая поверхность пресинаптической мембраны

2. Синаптическая щель содержит много ГАГ, митохондрий

3. Большая складчатость постсинаптической мембраны

4. Нет суммации – ПКП сразу переходит в ПД.

В продольных бороздках актиновой спирали располагаются нитевидные молекулы белка тропомиозина. Тропомиозин закрывает активные центры на актиновых нитях

К молекуле тропомиозина равномерно прикреплены молекулы тропонина. Этот белок может связывать катионы Са++

Регуляторные белки - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Регуляторные белки" 2017, 2018.

(от лат. regulo-привожу в порядок, налаживаю), группа белков, участвующих в регуляции разл. биохим. процессов. Важная группа Р. б., к-рым посвящена эта статья,-белки, взаимодействующие с ДНК и управляющие экспрессией генов (выражение гена в признаках и св-вах организма). Подавляющее большинство таких Р. б. функционирует на уровне транскрипции (синтез матричных РНК, или мРНК, на ДНК-матрице) и отвечает за активацию или репрессию (подавление) синтеза мРНК (соотв. белки-активаторы и белки-репрессоры).

Известно ок. 10 репрессоров. Наиб. изучены среди них репрессоры прокариот (бактерии, синезеленые водоросли), регулирующие синтез ферментов, участвующих в метаболизме лактозы (lac-репрессор) в Escherichia coli (E.coli), и репрессор бактериофага А,. Их действие реализуется путем связывания со специфич. участками ДНК (операторами) соответствующих генов и блокирования инициации транскрипции кодируемых этими генами мРНК.

Репрессор представляет собой обычно димер из двух идентичных полипептидных цепей, ориентированных во взаимно противоположных направлениях. Репрессоры физически препятствуют РНК-полимеразе присоединиться к ДНК в промоторном участке (место связывания ДНК-зависимой РНК-полимеразы-фермента, катализирующего синтез мРНК на ДНК-матрице) и начать синтез мРНК. Предполагают, что репрессор препятствует только инициации транскрипции и не оказывает влияния на элонгацию мРНК.

Репрессор может контролировать синтез к.-л. одного белка или целого ряда белков, экспрессия к-рых носит координированный характер. Как правило, это ферменты, обслуживающие один метаболич. путь; их гены входят в состав одного оперона (совокупность связанных между собой генов и прилегающих к ним регуляторных участков).

Мн. репрессоры могут существовать как в активной, так и в неактивной форме в зависимости от того, связаны они или нет с индукторами или корепрессорами (соотв. субстраты, в присут. к-рых специфически повышается или понижается скорость синтеза определенного фермента; см. Регуляторы ферментов ); эти взаимод. имеют нековалент-ную природу.

Для эффективной экспрессии генов необходимо не только, чтобы репрессор был инактивирован индуктором, но также реализовался и специфич. положит. сигнал включения, к-рый опосредуется Р. б., работающими "в паре" с циклич. аденозинмонофосфатом (цАМФ). Последний связывается со специфическими Р. б. (т.наз. САР-белок-активатор ката-болитных генов, или белковый активатор катаболизма-БАК). Это димер с мол. м. 45 тыс. После связывания с цАМФ он приобретает способность присоединяться к специфич. участкам на ДНК, резко увеличивая эффективность транскрипции генов соответствующего оперона. При этом САР не влияет на скорость роста цепи мРНК, а контролирует стадию инициации транскрипции-присоединение РНК-полимеразы к промотору. В противоположность реп-рессору САР (в комплексе с цАМФ) облегчает связывание РНК-полимеразы с ДНК и делает акты инициации транскрипции более частыми. Участок присоединения САР к ДНК примыкает непосредственно к промотору со стороны, противоположной той, где локализован оператор.

Позитивную регуляцию (напр., lac-оперона E.coli) можно описать упрощенной схемой: при понижении концентрации глюкозы (осн. источника углерода) увеличивается концентрация цАМФ, к-рый связывается с САР, а образовавшийся комплекс-с lac-промотором. В результате стимулируется связывание РНК-полимеразы с промотором и возрастает скорость транскрипции генов, к-рые кодируют ферменты, позволяющие клетке переключаться на использование др. источника углерода-лактозы. Существуют и др. специальные Р. б. (напр., белок С), функционирование к-рых описывается более сложной схемой; они контролируют узкий спектр генов и могут выступать в роли как репрессоров, так и активаторов.

Репрессоры и оперон-специфичные активаторы не влияют на специфичность самой РНК-полимеразы. Этот последний уровень регуляции реализуется в случаях, предполагающих массир. изменение спектра экспрессирующихся генов. Так, у E.coli гены, кодирующие белки теплового шока, к-рые экспрессируются при целом ряде стрессовых состояний клетки, считываются РНК-полимеразой только тогда, когда в ее сослав включается особый Р.б.-т.наз. фактор s 32 . Целое семейство этих Р.б. (s -факторы), изменяющие про-моторную специфичность РНК-полимеразы, обнаружены у бацилл и др. бактерий.

Др. разновидность Р.б. изменяет каталитич. св-ва РНК-полимеразы (т.наз. белки-антитерминаторы). Так, у бактериофага X известны два таких белка, к-рые модифицируют РНК-полимеразу так, что она не подчиняется клеточным сигналам терминации (окончания) транскрипции (это необходимо для активной экспрессии фаговых генов).

Общая схема генетич. контроля, включающая функционирование Р.б., приложима также к бактериям и к клеткам эукариот (все организмы, за исключением бактерий и сине-зеленых водорослей).

Эукариотич. клетки реагируют на внеш. сигналы (для них это, напр., гормоны) в принципе так же, как бактериальные клетки реагируют на изменения концентрации питат. в-в в окружающей среде, т.е. путем обратимой репрессии или активации (дерепрессии) отдельных генов. При этом Р.б., одновременно контролирующие активность большого числа генов, могут использоваться в разл. комбинациях. Подобная комбинационная генетич. регуляция может обеспечивать дифференцир. развитие всего сложного многоклеточного организма благодаря взаимод. относительно небольшого числа ключевых Р. б.

В системе регуляции активности генов у эукариот имеется дополнит. уровень, отсутствующий у бактерий, а именно-перевод всех нуклеосом (повторяющихся субъединиц хроматина), входящих в состав транскрипционной единицы, в активную (деконденсированную) форму в тех клетках, где данный ген должен быть функционально активен. Предполагается, что здесь задействован набор специфических Р. б., не имеющих аналогов у прокариот. Эти белки не только узнают специфич. участки хроматина (или. ДНК), но и вызы вают определенные структурные изменения в прилежащих областях. Р.б., подобные активаторам и репрессорам бактерий, по-видимому, участвуют в регуляции последующей транскрипции отдельных генов в районах активир. хроматина.

Обширный класс Р.б. эукариот -рейепторные белки стероидных гормонов.

Аминокислотная последовательность Р.б. кодируется т.наз. регуляторными генами. Мутационная инактивация репрессора приводит к неконтролируемому синтезу мРНК, и, следовательно, определенного белка (в результате транс-ляции- синтеза белка на мРНК-матрице). Такие организмы наз. конститутивными мутантами. Утрата в результате мутации активатора приводит к стойкому снижению синтеза регулируемого белка.

===
Исп. литература для статьи «РЕГУЛЯТОРНЫЕ БЕЛКИ» : Страйер Л., Биохимия, пер. с англ., т. 3, М., 1985, с. 112-25.

П.Л.Иванов.

Страница «РЕГУЛЯТОРНЫЕ БЕЛКИ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.