Регуляция синтеза белка

Концентрация многих белков в клетке непостоянна и изменяется в зависимости от состояния клетки и внешних условий. Это происходит в результате регуляции скоростей синтеза и распада белков.

Гены – участки ДНК, кодирующие синтез тРНК, рРНК, мРНК.

Гены, кодирующие синтез мРНК, называют генами белков.

Регуляция на уровне транскрипции (образование первичного транскрипта) – наиболее распространенный механизм регуляции синтеза белков.

Различают две формы регуляции – индукция синтеза (положительная регуляция) и репрессия синтеза (отрицательная регуляция).

Понятия индукции и репрессии предполагают изменение скорости синтеза белка по отношению к исходному (базальному) уровню.

Синтез в базальном состоянии – конститутивный синтез.

Если скорость конститутивного синтеза белка высока, то белок регулируется по механизму репрессии синтеза, и, наоборот – при низкой базальной скорости бывает индукция синтеза.

В генетическом аппарате клетки существуют опероны – отрезки ДНК, содержащие структурные гены определенных белков и регуляторные участки.

Считывание генетического кода начинается с промотора, расположенного рядом с геном-оператором.

Ген-оператор расположен на крайнем отрезке структурного гена. Он либо запрещает, либо разрешает репликацию мРНК на ДНК.

У эукариот преобладают положительные регуляторные механизмы. Основной регуляторной точкой является стадия инициации транскрипции. Регуляторные элементы, стимулирующие транскрипцию, называют энхансерами, а подавляющие ее – силансерами (сайленсерами). Они могут избирательно соединяться с белками-регуляторами: энхансеры – с белками-индукторами, сайленсеры – с белками-репрессорами.

Белок-репрессор осуществляет связь опероном и геном-регулятором. Репрессор образуется в рибосомах ядра на мРНК, синтезированной на гене-регуляторе. Он образует комплекс с геном-оператором и блокируется синтез мРНК, а, следовательно, и белка. Репрессор может связываться с низкомолекулярными веществами – индукторами или эффекторами. После этого он теряет способность связываться с геном-оператором, ген-оператор выходит из-под контроля гена-регулятора, и начинается синтез мРНК.

В клетках млекопитающих существуют два вида регуляции биосинтеза белков:

- кратковременная, обеспечивающая адаптацию организма к изменениям окружающей среды;

- длительная, стабильная, определяющая дифференцировку клеток и разный белковый состав органов и тканей.

Ингибирование синтеза белка

Знание особенностей структуры и функционирования рибосом прокариот и эукариот позволило разработать новые типы антибиотиков. Синтез белков является ключевым процессом, необходимым для поддержания жизнедеятельности клетки. Если его каким-либо образом выключить - клетка погибнет. Созданы лекарственные препараты, прекращающие белковый синтез только в клетках бактерий. В настоящее время примерно половины всех антибиотиков действуют именно на бактериальные рибосомы.

Например, левомицетин ингибирует пептидилтрансферазную реакцию синтеза белка в 70S рибосоме бактерий; на этот же процесс в 80S рибосоме он не действует. Эритромицин нарушает синтез белка на уровне 50S-единицы рибосомы.