Параграф 85. регуляция синтеза белка

Автор текстов – Анисимова Е.С.
Продавать тексты нельзя (авторские права защищены). Курсив не зубрите.

Замечания можно присылать по почте: exam_bch@mail.ru
https://vk.com/bch_5
См. сначала п.81, 83, 100-108.

ПАРАГРАФ 85.:
«Регуляция синтеза белка».

85. 1. Регуляция биосинтеза белка у эукариот. (п.81)

Синтез белка регулируется на разных этапах:
регулируются синтез и процессинг РНК,
трансляция
и посттрансляционная модификация.

Но в первую очередь регулируется синтез про-РНК – транскрипция.
От активности транскрипции зависит концентрация РНК –
чем активнее транскрипция, тем больше РНК и тем быстрее может синтезироваться белок.

Скорость транскрипции зависит от того, может ли работать фермент транскрипции –
РНК-полимераза.
В частности, от того, может ли РНК-полимераза связаться с тем участком ДНК перед гЕном,
с которого начинается транскрипция и который называется ПРОМОТОРОМ.

Кроме РНК-полимеразы,
для транскрипции нужен еще ряд белков,
минимальный набор которых называется базальным транскрипционным комплексом (БАК).

Работа БАКа и РНК-полимеразы регулируется специальным белком, который называется КОАКТИВАТОРОМ.
Активность коактиватора регулируется рядом белков,
которые называются транскрипционными факторами (ТФ)
и связываются со специальными участками ДНК,
которые называются регуляторными участками ДНК или реактивными элементами ДНК.

Участки ДНК, связывание с которыми транскрипционных факторов ускоряет транскрипцию,
называются ЭНХАНСЕРАМИ (в переводе – «усилителями»),
а участки ДНК, связывание с которыми замедляет транскрипцию,
называются САЙЛЕНСЕРАМИ (от «сайленс» – тишина).

Способность транскрипционных факторов регулировать транскрипцию, связываться с коактиватором и с регуляторными участками ДНК регулируется:
1) присоединением к ним и отщеплением от них фосфата (фосфорилированием и дефосфорилированием – п.6),
2) протеинкиназами и протеинфосфатазами,
3) присоединением гидрофобных гормонов к ТФ
(такие ТФ, с которыми связываются гидрофобные гормоны, являются рецепторами гидрофобных гормонов).

85. 2. Регуляция синтеза белка гормонами.

Гормоны, стимулирующие синтез белка
(«анаболические»),
способствуют процессам заживления, роста, увеличению мышечной массы.
Примеры – половые гормоны, андрогены сетчатой зоны, инсулин, СТГ, ИФР, ФРК, йодтиронины в нормальных концентрациях.

Андрогены сетчатой зоны применяют при дистрофии, переломах, инфаркте, для заживления язв.
Из-за большего количества андрогенов мышечная масса у мужчин больше, чем у женщин.

При дефиците инсулина (п.102 и 103) снижение синтеза белка приводит к риску гангрены, замедленному заживлению.
Дефицит СТГ и ИФР (п.100) приводит к карликовости.
Дефицит ФРК может стать причиной денегеративных заболеваний,
а применение ФРК может помочь вылечить их.

Гормоны, стимулирующие распад белка

(протеолиз, «катаболические»), препятствуют процессам заживления, роста, увеличению мышечной массы.
Примеры – гормоны СТРЕССА катехоламины (адреналин), ГКС
и стимулятор синтеза ГКС – АКТГ, йодтиронины в высоких концентрациях (при гипертиреозе).
Из-за стимуляции распада белков соединительной ткани ГКС способствуют развитию остеопороза,
а стимуляция распада белков лимфоидной ткани снижает иммунитет – п.108.

М Е Х А Н И З М  влияния гормонов на синтез белка. См. п.92-95.

Гидрофобные гормоны
(йодтиронины, ГКС, половые и др.) влияют на синтез белков,
связываясь со своими рецепторами внутри клетки,
которые являются транскрипционными факторами:
связываются со специальными (регуляторными) участками ДНК
и со специальным белком, который называется коактиватором.

Коактиватор связывается с белками базального транскрипционного комплекса,
который участвует в транскрипции (синтезе (про-)РНК).
Регулируя синтез РНК, коактиватор регулирует количество РНК
и возможность синтеза кодируемого этой мРНК белка.

Гидрофильные гормоны влияют на синтез РНК и белка,
связываясь с рецепторами на мембране и передавая сигнал транскрипционным факторам через вторые посредники и протеинкиназы – см. п. 93-95.

85. 2. И Н Д У К Ц И И   И   Р Е П Р Е С С И И

Синтез белка можно ускорить и в итоге увеличить концентрацию белка.
И, наоборот, синтез белка можно замедлить и в итоге увеличить концентрацию белка.

Ускорение синтеза белка,
ведущее к увеличению концентрации белка,
называется ИНДУКЦИЕЙ.

Замедление синтеза белка,
ведущее к снижению концентрации белка,
называется РЕПРЕССИЕЙ.

Факторы, под влиянием которых происходит индукция, называются ИНДУКТОРАМИ,
а факторы, под влиянием которых происходит репрессия, называются РЕПРЕССОРАМИ.

Индукторы и репрессоры влияют на синтез белка чаще всего
за счет изменения скорости транскрипции,
но могут изменять и скорость трансляции.
Известны разные индукторы и репрессоры,
в зависимости от типа которых различают ряд форм индукции и репрессии:               

Ф о р м ы   и н д у к ц и и   и   р е п р е с с и и

1. Субстратная индукция и катаболитная репрессия.

Если индуктором является субстрат фермента,
то индукция называется СУБСТРАТНОЙ.
Пример субстратной индукции – индуктором синтеза амилазы является ее субстрат – крахмал (п.30).

У грудных детей амилаза (п.30) не вырабатывается,
потому что амилаза им не нужна (в молоке крахмала нет, для переваривания которого нужна амилаза).
Необходимость в выработке амилазы появляется при появлении в пище крахмала,
и амилаза начинается вырабатываться под действием крахмала,
когда ребенка начинают кормить кашами, пюре.
Все знают, что накормить грудного ребёнка тарелкой каши при первом же кормлении нельзя,
что введение прикорма должно быть постепенным –
это связано с тем, что выработка амилазы увеличивается постепенно.
При длительном голодании выработка пищеварительных ферментов снижается,
поэтому после длительного голодания человеку нельзя много есть –
в начале можно есть только понемногу.

КАТАБОЛИТНАЯ репрессия.

Продукты реакций (и метаболических путей) обычно снижают эти реакции –
это пример регуляции по принципу отрицательной обратной связи (п.90).

Скорость реакций снижается за счет снижения активности ферментов
(то есть за счет ингибирования ферментов)
и/или за счет снижения синтеза ферментов (то есть за счет репрессии) – п.6,7.

Репрессия (подавление) синтеза ферментов
под действием продуктов их реакций называется катаболитной репрессией.

При этом продукты реакций могут не быть катаболитами, то есть продуктами катаболизма.

Примеры катаболитной репрессии –
1) снижение синтеза ферментов, синтезирующих нуклеотиды, под действием самих нуклеотидов – п.72,
2) снижение синтеза ключевого фермента синтеза холестерина (ГМГ-КоА редуктазы) под действием холестерина (холестерин является репрессором) – п.48.

2. Гормональная индукция и репрессия

Индукторами и репрессорами бывают гормоны –
в этом случае индукция и репрессия называются ГОРМОНАЛЬНЫМИ.

Примеры гормональной индукции –
ГКС индуцируют синтез ключевых ферментов ГНГ и аминотранфераз,
что приводит к синтезу глюкозы (п.33, 37, 108),
ее поступлению в кровь и возникновению гипергликемии.

Инсулин индуцирует синтез ключевых ферментов гликолиза, что способствует выработке энергии в клетке (п.102).

Пример гормональной репрессии –
инсулин репрессирует синтез ключевых ферментов ГНГ,
что приводит к гипогликемии.
ГКС репрессируют синтез ключевых ферментов гликолиза.

Тестостерон и другие андрогены индуцируют синтез мышечных белков,
что приводит к большей мышечной массе у мужчин.
ГКС репрессируют синтез проопиомеланокортина, что приводит к снижению выработки АКТГ (ООС), эндорфинов и т.д..

3. Лекарственная индукция и репрессия.

Некоторые лекарства индуцируют или репрессируют синтез определенных белков.
Индукция и репрессия синтеза белков под действием лекарств называются ЛЕКАРСТВЕННЫМИ.
Фенобарбитал индуцирует синтез цитохрома Р 450 и ферментов коньюгации – п.118.
Поскольку ферменты коньюгации обезвреживают билирубин (свободный),
то фенобарбитал применяют для индукции синтеза ферментов коньюгации при желтухе новорожденных.

Антибиотики
репрессируют матричные синтезы у бактерий,
что приводит к прекращению размножения и гибели бактерий, то есть к антибактериальному эффекту.
При этом антибиотики не подавляют матричные синтезы человека.
Антибиотики могут подавлять (репрессировать) синтез белка у бактерий,
ингибируя ферменты синтеза белка или РНК.

4. Редокс-индукция и редокс-репрессия.

Активные формы кислорода (АФК, п.27)
индуцируют синтез белков, участвующих в иммунных, воспалительных и аллергических реакциях,
а антиоксиданты (глутатион и другие) репрессируют синтез этих белков.

Это одна из причин, почему при дефиците АФК и избытке иммунитете снижается;
но при избытке АФК и дефиците антиоксидантов иммунитет тоже снижается,
так как избыток АФК приводит к гибели лейкоцитов – п.121.

Индукция под действием АФК
 репрессия под действием антиоксидантов
называются РЕДОКС-индукцией и редокс-репрессией.

5. При клеточном шоке усиливается выработка шаперонов – см. п. 83.
.