16.6: Еукаріотична трансляційна та посттрансляційна регуляція генів

Last updated
Save as PDF

Page ID: 1895

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Навички для розвитку

Зрозумійте процес перекладу та обговоріть його ключові фактори
Опишіть, як комплекс ініціації контролює переклад
Поясніть різні способи, якими відбувається посттрансляційний контроль експресії генів

Після того як РНК транспортується в цитоплазму, вона переводиться в білок. Контроль цього процесу багато в чому залежить від молекули РНК. Як обговорювалося раніше, стабільність РНК матиме великий вплив на її перетворення в білок. Зі зміною стабільності змінюється і кількість часу, який він доступний для перекладу.

Комплекс ініціації та швидкість перекладу

Як і транскрипція, переклад контролюється білками, які зв'язують і ініціюють процес. У перекладі комплекс, який збирається для запуску процесу, іменується комплексом ініціації. Першим білком, який зв'язується з РНК, щоб ініціювати трансляцію, є фактор ініціації еукаріоті-2 (EIF-2). Білок EIF-2 активний, коли він зв'язується з високоенергетичною молекулою гуанозинтрифосфату (GTP). GTP забезпечує енергію для початку реакції, відмовляючись від фосфату і стаючи гуанозиндифосфат (ВВП). Білок EIF-2, пов'язаний з GTP, зв'язується з невеликою рибосомною субодиницею 40S. При зв'язці ініціатор метіоніну тРНК асоціюється з рибосомним комплексом EIF-2/40s, приносячи разом з ним мРНК для перекладу. У цей момент, коли комплекс ініціатора збирається, ГТП перетворюється в ВВП і виділяється енергія. Фосфат і білок EIF-2 вивільняються з комплексу, а велика рибосомальна субодиниця 60S зв'язується для перекладу РНК. Зв'язування ЕІФ-2 з РНК контролюється фосфорилуванням. Якщо EIF-2 фосфорильований, він зазнає конформаційних змін і не може зв'язуватися з GTP. Тому комплекс ініціації не може сформуватися належним чином і переклад перешкоджає (рис.\(\PageIndex{1}\)). Коли ЕІФ-2 залишається нефосфорильованим, він зв'язує РНК і активно транслює білок.

Мистецтво З'єднання

Білок eiF2 - це фактор трансляції, який зв'язується з невеликою субодиницею рибосом 40S. Коли eiF2 фосфорилюється, трансляція блокується. — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Експресія генів може контролюватися факторами, які пов'язують комплекс ініціації перекладу.

Підвищення рівня фосфорилювання EIF-2 спостерігалося у пацієнтів з нейродегенеративними захворюваннями, такими як хвороба Альцгеймера, Паркінсона та Хантінгтона Який вплив, на вашу думку, це може мати на синтез білка?

Хімічні модифікації, білкова активність, і довговічність

Білки можуть бути хімічно модифіковані з додаванням груп, включаючи метил, фосфат, ацетил та убиквітин групи. Додавання або видалення цих груп з білків регулює їх активність або тривалість часу їх існування в клітці. Іноді ці модифікації можуть регулювати, де білок знаходиться в клітині - наприклад, в ядрі, цитоплазмі або прикріплений до плазматичної мембрани.

Хімічні модифікації відбуваються у відповідь на зовнішні подразники, такі як стрес, нестача поживних речовин, тепло або вплив ультрафіолетового світла. Ці зміни можуть змінити епігенетичну доступність, транскрипцію, стабільність мРНК або переклад - все це призводить до змін експресії різних генів. Це ефективний спосіб для клітини швидко змінювати рівні специфічних білків у відповідь на навколишнє середовище. Оскільки білки беруть участь у кожному етапі регуляції генів, фосфорилювання білка (залежно від білка, який модифікується) може змінити доступність до хромосоми, може змінювати трансляцію (змінюючи зв'язування або функцію транскрипційного фактора), може змінювати ядерний шатлінг (впливаючи модифікації ядерного порового комплексу), може змінювати стабільність РНК (зв'язуючи або не зв'язуючись з РНК для регулювання її стабільності), може змінювати трансляцію (збільшувати або зменшувати), або може змінювати посттрансляційні модифікації (додавати або видаляти фосфати або інші хімічні модифікації).

Додавання групи убіквітину до білка позначає цей білок для деградації. Убіквітин діє як прапор, який вказує на те, що тривалість життя білка завершена. Ці білки переміщуються в протеасому, органелу, яка функціонує для видалення білків, деградації (рис.\(\PageIndex{2}\)). Таким чином, одним із способів контролю експресії генів є зміна довговічності білка.

Кілька груп убіквітину зв'язуються з білком. Потім тегований білок подається в порожнисту трубку протеасоми. Протеасома розкладає білок. — Малюнок\(\PageIndex{2}\): Білки з мітками убихітину відзначені для деградації всередині протеасоми.

Резюме

Зміна статусу РНК або самого білка може вплинути на кількість білка, функцію білка або на те, як довго він знаходиться в клітці. Для перекладу білка на РНК повинен зібратися комплекс ініціатора білка. Модифікації (такі як фосфорилювання) білків у цьому комплексі можуть запобігти належному трансляції. Після синтезу білка його можна модифікувати (фосфорильований, ацетильований, метильований або убіквітинований). Ці посттрансляційні модифікації можуть значно вплинути на стабільність, деградацію або функцію білка.

Мистецькі зв'язки

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Підвищення рівня фосфорилювання EIF-2 спостерігалося у пацієнтів з нейродегенеративними захворюваннями, такими як хвороба Альцгеймера, Паркінсона та Хантінгтона Який вплив, на вашу думку, це може мати на синтез білка?

Відповідь: Синтез білка буде пригнічений.

Глосарій

еукаріотичний фактор ініціації 2 (ЕІФ-2): білок, який зв'язується спочатку з мРНК, щоб ініціювати трансляцію

гуанін дифосфат (ВВП): молекула, яка залишається після того, як енергія використовується для початку перекладу

гуанін трифосфат (GTP): енергозабезпечуюча молекула, яка зв'язується з EIF-2 і потрібна для трансляції

ініціація комплекс: білковий комплекс, що містить EiF2-2, який починає трансляцію

велика рибосомальна субодиниця 60S: по-друге, більша рибосомальна субодиниця, яка зв'язується з РНК, щоб перевести її в білок

протеасома: органела, яка розкладає білки

мала 40S рибосомальна субодиниця: рибосомна субодиниця, яка зв'язується з РНК, щоб перевести її в білок