82. Специфика регуляции синтеза белка у прокариот.

Эукариоты устроены значительно сложнее прокариот. Особенности организации их систем делают невозможным управление синтезом белков на прокариотическом уровне. Укажем лишь наиболее ярко выраженные особенности эукариот, выдвигающие новые требования к системам и путям регуляции синтеза белка:

– эукариоты намного больше прокариот по размерам генома, клетки, организма в целом,

– могут состоять из разных типов клеток,

– их жизненный цикл более сложен и продолжителен,

– ядерная ДНК находится не в одной молекуле, а представлена несколькими разными молекулами, уложенными в хромосомы.

– генотип в большинстве случаев диплоидный

– кроме ядерной ДНК, имеется ДНК митохондрий и хлоропластов, которая должна находиться под контролем ядра,

– из-за наличия ядра процессы транскрипции и трансляции разделены в пространстве и по времени.

Поэтому способы регуляции синтеза белка у эукариот более разнообразны, сложны и часто сильно отличаются от прокариотических.

В отличие от прокариот, у эукариот большинство генов “выключено”, репрессировано (работают механизмы, запрещающие синтез с них каких-либо продуктов), поэтому регуляция направлена на их “включение”.

Второй особенностью эукариот является возможность более “плавной” регуляции. Если у прокариот скорость синтеза белка может принимать очень ограниченное число значений (“выключено” – “включено” или, в лучшем случае, с добавлением к этим крайним нескольких промежуточных положений), то у эукариот число возможных уровней интенсивности белкового синтеза резко возрастает.

В качестве четвертой особенности можно указать активное использование эукариотами стратегии наработки мРНК не по потребности данного момента, а более или менее заранее, впрок. Такие метаболически стабильные мРНК необязательно сразу вступают в трансляцию, а их активность избирательно регулируется во времени и во внутриклеточном пространстве путем активации – инактивации.

83. Регуляция на уровне трансляции.

Механизмы регуляции на стадии трансляции менее экономичны, зато отличаются быстротой реагирования на изменения потребности клетки в данном белке. Регуляторные механизмы трансляции направлены на то, чтобы: а) разрешить или не разрешить синтез белка по мРНК. Специальные механизмы “не разрешают” всем или только некоторым уже построенным мРНК являться матрицами при синтезе белковых молекул. Такие мРНК в неактивной форме могут храниться “про запас”. б) если синтез разрешен, задать скорость (эффективность) построения белковой молекулы. Скорость синтеза белка данного вида можно изменить, изменив число рибосом, прощедших по данной мРНК: чем больше рибосом – тем больше молекул белка будет синтезировано. Как при транскрипции, в большинстве случаев регуляция трансляции идет через регуляцию ее инициации. Для этого существуют 3 основных способа:

1. Дискриминация мРНК (discriminate – уметь отличать, распознавать; имеется как у про-, так и у эукариот). Рибосомы либо сами (у прокариот), либо с помощью белковых факторов инициации (у эукариот) “распознают”, с каких мРНК им строить много копий белка, а с каких – мало. Это способ позитивной регуляции на основе сродства мРНК к рибосомам и факторам инициации трансляции.

2. Трансляционная репрессия (как у про-, так и у эукариот) и маскирование мРНК (только у эукариот) – негативная регуляция либо с помощью белков, либо с помощью особых микроРНК, находящихся в составе белковых комплексов. В первом случае белок-репрессор связывается с определенным участком на мРНК, тем самым, мешая присоединению к мРНК рибосомы. Вещество-эффектор, появляясь в среде, снимает белок-репрессор с мРНК и разблокирует синтез белка. Во втором случае присоединение к мРНК антисмысловой микроРНК также вызывает трансляционную репрессию, причины которой в настоящее время продолжают изучаться. Способами 1 и 2 трансляция каждой мРНК может контролироваться независимо от других мРНК.

3. Тотальная регуляция трансляции всей совокупности мРНК клетки (только у эукариот). Она осуществляется через изменение активности факторов инициации трансляции (обычно – через инактивацию фактора eIF2).