V. rész Génexpresszió szabályozása

eukariótákban

Tartalomjegyzék

14. Az eukarióta génexpresszió szabályozásának szintjei

15. Szabályozása kromatin szerkezet szintjén

16. Epigenetikai módosítások

17. Szabályozás a transzkripció szintjén

18. Post transzkripciós szabályozás – alternatív splicing

19. Post transzkripciós szabályozás – mRNS degradáció/lebontás

20. Szabályozás a fehérjeérés — és lebontás szintjén

Az eukarióta sejtek génexpressziójának szabályozása különböző pontokon valósulhat meg.

A génexpresszió szabályozásának jelentősége

Ahhoz, hogy a zigótából kifejlett egyed fejlődjön és közben a különböző sejtek különböző feladatok ellátására differenciálódni tudjanak (a szöveti differenciációval kapcsolatos döntéseket meg tudják hozni), meghatározott géneknek, meghatározott időben kell ki- és bekapcsolni a különböző sejttípusokban. Fontos azt is látni, hogy pl. egy emberi szervezet valamennyi sejtje ugyanazt a genomot tartalmazza, de egy átlag sejt mindössze a géneknek 20%-át működteti, továbbá léteznek olyan speciális működésű sejtek, melyek ennél sokkal kevesebbet. A sejtek alaki és működési különbsége tehát egyértelműen annak tudható be, hogy a különböző sejtekben különböző gének aktívak/expresszálódnak. (A gének szövetspecifikus fehérjék szintézisét irányítják.)

A kromatin-szerkezet átalakítása (hiszton acetiláció és DNS metiláció) feltétele a

transzkripciónak.

A gén transzkripciójának szabályozása lehetővé teszi gének szelektív működtetését és több gén egyidejű bekapcsolását.

Az RNS érés szabályozása megszabja a rendelkezésre álló mRNS mennyiségét. Az alternatív splicing pedig többféle érett mRNS-t is készít ugyanarról a génről.

Az mRNS lebontásának szabályozás közvetlen megszabja a fehérjeszintézis ütemét.

A fehérjeszintézis üteme közvetlen is szabályozható.

A fehérjék utólagos módosításának szabályozása a funkciókész fehérje mennyiségét szabja meg.

14. Az eukarióta génexpresszió szabályozásának szintjei

14. 1 Génexpresszió szabályozás a kromatin szerkezet szintjén

A kromatin szerkezet

alapegysége a nukleoszóma,

amely…

hiszton fehérjéből

és …

…hisztonra

feltekert DNS-ből áll.

Az eukarióta DNS nem szabadon, hanem fehérjékhez kötve,ún. kromatin állományt kialakítva fordul elő.

A hiszton fehérjéknek ezeket a láncait lehet

kémiailag módosítani pl. acetilcsoport

hozzáadásával.

A kromatin szerkezete közvetlen befolyásolja a gének transzkripcióját.

Az transzkripcionálisan aktív (ahol transzkripció folyik) kromatin állomány laza, dekondenzált, a DNS-hez hozzá tudnak kötődni a transzkripciós faktorok és az RNS-polimeráz.

A DNS szorosan rá van tekerve a hiszton fehérjékre és tömör, kompakt kromatinállományt, ún. heterokromatint alkot, ahol a transzkripciós faktorok és az RNS-polimerázok egyszerűen nem férnek hozzá sem a promóterhez, sem az átírandó DNS szakaszhoz. Kísérletesen bizonyított jelenség, hogy a heterokromatinban (szorosan feltekert, tömör kromatin állomány) a gének nem expresszálódnak.

A hiszton fehérjék acetilálása fellazítja a kromatin szerkezetét, ami lehetővé teszi a gének átírását.

A hiszton fehérjék N-terminális vége hosszabb láncként kinyúlik a nukleoszómákból, melyek segítségével a nukleoszómák szorosan egymásba tudnak kapaszkodni és szorosabban kötődnek a DNS-hez. Erős vonzó hatás érvényesül a pozitív töltésű hiszton fehérjék és a negatív töltésű DNS között.

A hiszton acetiltranszferáz enzim acetilcsoportokat

(COCH3) kapcsol a kinyúló fehérjeláncok lizin

aminosavaihoz.

Az acetilcsoport semlegesíti a lizin pozitív töltését, amely

így már nem kapcsolódik olyan szorosan a negatív

DNS molekulához.

A hiszton acetiltranszferáz enzimet transzkripciós faktorok aktiválhatják, ill. az enzim maga is része lehet a transzkripciós

komplexnek. A gén bekapcsolásának tehát fontos feltétele, hogy az érintett DNS szakasz környezetében a kromatin állomány fellazuljon

és így a DNS hozzáférhető legyen.

A metilálatlan DNS széttekeredett dekondenzált kromatinszerkezete

aktiválja a génexpressziót.

A metilált DNS kondenzált kromatinállománnyal jár, ami

inaktiválja a géneket.

A DNS metilálása azt jelenti, hogy a DNS metiltranszferáz enzim egy kovalens kötéssel metilcsoportot kapcsol a DNS-ben a citozin 5’

C atomjára (amiből 5-metilcitozin jön így létre). A metilált DNS-hez olyan

fehérjék kapcsolódnak, melyek gátolják a gének átírását.

A DNS metiláció inaktiválja a géneket

DNS metiltranszferáz

Találtak olyan fehérjéket, melyek a metilált DNS-hez

(inaktív) kötődnek és megkötik a hiszton

dezacetiláz enzimet is (kondenzált kromatin). A két hatás (a DNS metilációja és a hisztonok dezacetilációja) egymást erősítve gátolja a

transzkripciót. Láthatjuk tehát, hogy az erősen

metilált gének inaktívak.

…a DNS metilációja…

…együtt jár a hisztonok dezacetilációjával, vagyis a kondenzált kromatinnal,…

…ami a gének inaktivációját jelenti.

A DNS metilációja és a hiszton fehérjék deacetilációja gátolja a génexpressziót

A DNS metiláció fontos szerepet játszik az embriófejlődés során. Ahogy egy emlős hímivarsejt megtermékenyít egy petesejtet, előbb az apai aztán az anyai genom demetilálódik. Ez azt jelenti, hogy a demetiláz enzim lehasítja a metilcsoportokat a DNS-ről és így nagyon sok olyan gén válik aktívvá, amelyek általában inaktívak, viszont az embrionális fejlődés során fontos szerepet játszanak. Ahogy az embrió fejlődik és a sejtjei egyre specializáltabbá válnak, azok a gének, melyek termékei már nem szükségesek, metilálódnak és így nem expresszálódnak tovább. A metilációs enzimek hiánya embriófejlődési rendellenességeket okoz.A szomatikus sejtek differenciált állapotukat folyamatosan fenntartják és osztódásuk során utódsejtjeiknek is átadják (májsejtből mindig májsejt keletkezik). Ezt a jelenséget sejtemlékezetnek nevezik. A lényege, hogy a szomatikus sejtek utódaikra nemcsak a DNS-ükben kódolt információt adják át, hanem génexpressziós mintázatukat/metiláltsági mintázatukat is.

Az embriófejlődés kezdetén sok olyan gén demetilálódik és válik aktívvá, melyek fontos szerepet játszanak a kezdeti sejt és szövetdifferenciálódásban.

Az egyedfejlődés későbbi, már differenciáltabb

fázisában ezek a gének metilálódnak és végleg

kikapcsolnak.

A sejtek differenciált állapotukat folyamatosan fenntartják és osztódásuk során utódsejtjeiknek is átadják(májsejtből mindig májsejt keletkezik). Ezt nevezzük sejtemlékezetnek.

a DNS metiláció fontos szerepet játszik az embriófejlődés során

A kromatinállomány acetiláltsága ill. metiláltsága megváltoztatja a gének expresszióját (egyes gének aktiválódnak, egyesek inaktiválódnak) és ezek a kémiai változtatások öröklődhetnek is a sejtosztódások során egyik sejtgenerációról a másikra.

A gén bázissorrendjét érintő változás (mutáció) GENETIKAI VÁLTOZÁS és GENETIKAILAG ÖRÖKLŐDIK.

A gének kémiai módosításai EPIGENETIKAI VÁLTOZÁSOK és EPIGENETIKAILAG ÖRÖKLŐDIK.

Annak ellenére, hogy az epigenetikai változások (DNS metiláció, hiszton acetiláció) — mint láttuk — reverzibilisek (metiláció, demetiláció), véglegesen is megváltoztathatják a gének expressziós mintázatát. Ivarsejteket termelő sejtek/sejtvonalak epigenetikai mintázata az ivarsejtekbe is továbbadódik. Az ivarsejtek pedig átörökíthetik a

következő nemzedékre is.

A gén metiláltsága…..

…és acetiláltsága

…megváltoztatja a gén expresszióját és

a mintázatuk öröklődik.

Epigenetikai öröklődésnek azt nevezzük, amikor egy tulajdonság megjelenését és öröklődését nemcsak a gén bázissorrendje határozza meg, hanem a gén kémiai módosításai (acetiláltsága, metiláltsága) is szerepet játszanak.

14.2. Epigenetikai módosítások

Milyen különbségeket mutat az egypetéjű ikrek epigenomja? Kezdeti információk egypetéjű ikrek összehasonlító genomvizsgálataiból származnak. Az egypetéjű ikreknek elméletileg teljesen azonos a genomjuk. A kérdés az, hogy az epigenomjuk mennyire azonos. Több száz összehasonlító vizsgálat alapján az látható, hogy hároméves korban az ikrek metilációs mintázata majdnem teljesen megegyezik. Ötvenéves korban azonban már nagyon különböző lehet. Ez tehát azt mutatja, hogy a környezet jelentős szerepet játszik az epigenetikai változások kialakulásában és ezen keresztül a különböző gének expresszálódásában.

Hároméves korban az ikrek metilációs mintázata majdnem teljesen megegyezik.

Ötvenéves korban azonban már nagyon

különböző lehet.

Következtetés:A környezet jelentős szerepet játszik az epigenetikai változások

kialakulásában.

Összehasonlító epigenom vizsgálatok egypetéjű ikrekben az mutatják, hogy a környezet jelentős hatással van az epigenetikai változások kialakulására.

14. 3 Génexpresszió szabályozás a transzkripció szintjén

A transzkripció szintjén történő szabályozás végeredménye, hogy azRNS-polimeráz átírja-e a gént, és ha igen, milyen aktivitással.

1. Az általános transzkripciós faktorok a core promóterhez kötődnek és lehetővé

teszik, hogy az RNS-polimeráz II is bekötődjön és együtt létrehozzák az alap transzkripciós komplexet, amely a gén

alapszintű átírását teszi lehetővé.

2. Szabályozó fehérjék/transzkripciós faktorok (aktivátor v. represszor) a promótertől távol elhelyezkedő szabályozó elemekhez/DNS szakaszokhoz (ezeket hívják enhanser elemeknek) kötődnek.

3. Az aktivátorok a DNS visszahajlásával összekapcsolódnak a promóterhez kapcsolódó általános transzkripciós faktorokkal és ezzel serkentik az RNS-polimerázt és növelik

az átírás hatékonyságát.

Nézzük meg, milyen szabályozási

lehetőségeket rejt magában ez a

rendszer!

Az aktivátorok például serkenthetik a hiszton módosító enzimeket, mint például

a hiszton transzacetilázt v.

a kromatin átépítő/remodelling komplexet.

Aktiváló fehérje

Hiszton transzacetiláz Kromatin remodelling complex

Ennek hatására a kromatin szerkezete fellazul és hozzáférhetőbbé teszi a

DNS-t a többi transzkripciós faktorok

és a polimeráz számára.

A kromatin állomány fellazítása, dekondenzálása alapvető feltétele a transzkripciónak, melyet nagyon jól mutat az, hogy a

hiszton transzacetilázt egyes transzkripciós faktorok aktiválhatják, ill. az enzim maga is része lehet az iniciációs

komplexnek.

A transzkripció aktiválása

Az aktivátor fehérjék nemcsak a promóteren összegyűlt transzkripciós faktorokhoz kötődve tudják kifejteni aktiváló hatásukat a transzkripcióra, hanem a kromatin struktúra fellazításával is.

Az ábra szépen szemlélteti, hogy az aktivált hiszton transzacetiláz és kromatin remodelling komplex (CRC) által fellazított kromatinban a promóter és a távolabb eső regulátor elemek/TAP kötőhelyek (TAP, transcriptional activator protein) hozzáférhetővé válnak a különböző általános és szabályozó transzkripciós faktorok számára, melyekhez végül az RNS-polimeráz II is kötődni tud és kialakítják a transzkripciós komplexet és megindulhat a gén átírása.

A fellazított kromatin lehetővé teszi a gének átírását

Láttuk, hogy a baktériumok operon formában egymás után rendezik azokat a géneket,

melyek a például a laktóz metabolizmusához szükségesek. Ezek a policisztronos gének

egy promóterről íródnak át és így szabályozásuk is a közös promóterről egy

represszor fehérjével oldható meg.

A képen látható eukarióta gének (1, 2, 3) (melyek a sejt kortizol hormonra adott válaszában vesznek

részt) viszont monocisztronosak, vagyis minden génnek külön promótere van és külön kell szabályozni is őket. Ráadásul a genomban

egymástól távol, szétszórva helyezkednek el.

Hogy tud akkor egy eukarióta sejt

összehangoltan, egyszerre több gént

bekapcsolni?

A gén regulációs elemei nemcsak egyes gének ki- és bekapcsolását teszik lehetővé, hanem több gén egyidejű működtetését is. Például miután egy

eukarióta sejt valamilyen jelzést kap az osztódásra, az osztódásban résztvevő gének egyszerre kapcsolnak be.

Különböző gének expresszióját egyetlen specifikus transzkripciós faktoron keresztül lehet koordinálni/összehangolni.

Láttuk, hogy egy gén bekapcsolását sok transzkripciós faktor egyidejű jelenléte teszi lehetővé. Ha csak egy is hiányzik, a transzkripció nem indul be. Ebből következik, hogy egy közös transzkripciós faktor hiánya, ill. jelenléte, ki ill. be tud kapcsolni valamely gént vagy géneket.Ennek logikája ahhoz hasonlítható, mintha több zár számkombinációjának utolsó számjegye közös lenne. Előtte mindegyiken külön be kell ütni a megfelelő számokat, de mindegyik csak akkor nyílik ki, ha az utolsó közös számot beütik.A számkombináció tehát a transzkripciós faktoroknak felel meg, amiből egy transzkripciós faktor valamennyi közösen szabályozható génben azonos. Ezzel az egy közös transzkripciós faktorral be lehet kapcsolni valamennyi gént.Ahogy a közös végső szám beütése kinyitja valamennyi zárat, az egyetlen közös transzkripciós faktor is be tudja kapcsolni valamennyi gént (feltéve, hogy a többi tf — melyek az egyes gének esetében különbözőek lehetnek — a helyén van). Ha tehát egy sor génnek létezik egy közös regulátor fehérjéje, az alkalmas arra, hogy azon keresztül valamennyi gén expresszióját szabályozni lehessen.

2. Ez a közös specifikus transzkripciós faktor egészíti ki a többi (általános) transzkripciós faktort mindhárom gén esetében egy aktív iniciációs komplexé, amely lehetővé teszi az átírást. Ezzel a transzkripciós faktorral lehet bekapcsolni mind a három gént.

1. Mindhárom génnek megvan a maga külön promótere és (általános) transzkripciós faktorai, de ezek önmagukban nem elegendőek a transzkripció megindulásához.

A kortizol hormon több gén koordinált transzkripcióján keresztül fejti ki hatását.

A sejtmagig a jelátvitel a következő lépésekben zajlik…

A kortizol a citoplazmába diffundál a membránon keresztül, ahol a kortizol-receptorral összekapcsolódik…

A receptor—hormon komplex a sejtmagba szállítódik és mint transzkripciós faktor a DNS-hez kötődve indukálja a gének transzkripcióját.

…ami a chaperon leválását eredményezi a receptorról.

A kortizol éhezés és fizikai stressz alatt termelődik a mellékvese kéregben és a májsejteket arra serkenti, hogy aminosavakból glükózt szintetizáljanak. A májsejt tehát a hormon hatására be tudja kapcsolni azokat a génjeit, amelyek a glükoneogenezisben résztvevő

enzimeket termelik. Hogyan valósítható ez meg?

Több gén koordinált expressziójára jó példa a a kortizol hormon celluláris hatásmechanizmusa. A hormon hatására a májsejt be tudja kapcsolni azokat a génjeit, amelyek a glükoneogenezisben résztvevő enzimeket termelik. Hogyan tudja ezt megvalósítani? A kortizol a májsejtben összekapcsolódik a glükokortikoid receptorral és a receptor-hormon komplex egy olyan transzkripciós faktorként működik, amely valamennyi glükoneogenezis gén szabályozó régiójában megtalálható ún. GRE (glucocorticoid response element), glükokortikoid receptor kötő szekvenciához kapcsolódik. Ezzel a transzkripciós komplex kiegészül és valamennyi génről megindul az átírás. Az ábra azt mutatja, hogy egy regulációs fehérje, hogyan tudja több gén expresszióját összehangolni.

glükokortikoid -receptor

kortizol hormon

Receptor-hormon komplex

Az ábrán nyomon követhetjük, hogy a receptor-hormon komplex hogyan tudja több gén egyidejű transzkripcióját összehangolni.

A bal oldalon mindhárom gén promóteréhez különböző transzkripciós

faktorok kapcsolódnak, melyek önmagukban nem elegendőek a

transzkripcióhoz.

A jobb oldalon a regulátor transzkripciós faktor (receptor–hormon komplex) mindhárom gén transzkripciós komplexének kialakításához

szükséges és a többi transzkripciós faktorhoz kötődve lehetővé teszi valamennyi gén egy

időben történő transzkripcióját.

Hasonló szabályozási mechanizmus teszi lehetővé a növények számára, hogy stressz hatásokra (pl. szárazságra) reagáljanak. A szárazságnak kitett növény több olyan fehérjét kell, hogy szintetizáljon egyidejűleg, melyek a stresszre adott válasz molekuláris eseményeiben fontos szerepet játszanak. Ezeknek a fehérjéknek a génjei külön promóterről működnek és a genom különböző pontjain helyezkednek el. A stresszgéneknek az egyidejű bekapcsolását az ún. stresszválasz elem (SRE, stressz response element) — egy specifikus DNS szekvencia — teszi lehetővé, amely mindegyik esetben a promótertől nem messze található. Ehhez a SRE-hez kötődik az a közös transzkripciós faktor, amely valamennyi gén transzkripciójának beindításához nélkülözhetetlen. Amikor ennek a közös transzkripciós faktornak a génje aktiválódik a stressz (szárazság) hatására és a transzkripciós faktor megjelenik a sejtmagban és bekötődik az SRE helyekre, valamennyi gén transzkripciója beindul, melyet a fehérjék szintézise követ.

1. Első lépésében a stressz (pl. szárazság) hatására annak a

génnek az átírása indukálódik, amely a stresszgének közös szabályozó transzkripciós

faktorát kódolja.

2. A sejtben megjelenő transzkripciós faktor/regulátor

fehérje valamennyi stresszgén stresszválasz elemét (SRE)

felismeri és odakötődik.

3. A szabályozó transzkripciós faktor a gének SRE eleméhez kötődik és

serkenti a gének átírását.

4. A termelt fehérjék segítik a növényt a víz megőrzésében és megvédik a magas

sókoncentrációtól.

A növényekben a stresszgének transzkripciója szintén koordináltan szabályozott.

14.4 A génexpresszió szabályozása a transzkripció után (post transzkripciós szabályozás)

Az alternatív splicing az a folyamat, melynek során egy gén elsődleges átiratából különböző nukleotid sorrenddel rendelkező érett mRNS molekulák keletkeznek, mert a splicing mechanizmus nem ugyanazokat az intronokat vágja ki belőlük.

Láttuk, hogy egy gén elsődleges átirata v. pre-mRNS-e több intront is tartalmazhat és azt is, hogy a splicing mechanizmus felelős azért, hogy ezek az intronok az érett mRNS-ben már nincsenek jelen. Attól függően azonban, hogy a splicing mechanizmus melyik intron-exon határnál vágja el az RNS-t és melyik szakaszokat tekinti intronnak ill. exonnak, különböző érett RNS-ek képződnek. Nagyon sok génről tudjuk, hogy két vagy több polipeptid terméke létezik attól függően, hogy az intronok kivágása milyen rendszerben történt.

Különböző intronok kivágása a pre-mRNS-ből többféle érett mRNS-t eredményez.

Egy génnek így több fehérjeterméke is lehet (fehérje 1, 2, 3).

Az ember főleg abban különbözik a csimpánztól, hogy az emberben sokkal gyakoribb a gének alternatív splicing-ja.

Mielőtt az humán genom szekvenálása befejeződött, az ember fehérjétkódoló génjeinek a számát 80 és 150 000 közé becsülték.

A genom szekvenálásának befejeztével meglepetten állapították meg, hogy a gének száma kb. 24 000. Kísérleti eredmények azt mutatják, hogy valóban sokkal több mRNS létezik az emberben, mint ahány génje van, ami az alternatív splicing eredménye.

A mostani adatok szerint kb. az emberi géneknek a felére jellemző az alternatív splicing.

Az alternatív splicing lehet az egyik magyarázata annak, hogy az egyes fajok különböző szervezettségi szinten vannak. Például az embernek és a csimpánznak — habár azonos méretű a genomja — az ember agyában sokkal gyakoribb az alternatív splicing, mint a csimpánzéban.

14. 5 Poszt-transzkripciós szabályozás, mRNS degradáció/lebontás

Az mRNS-ek élettartama a génexpresszió fontos szabályozópontja. Az mRNS-ek lebontása szigorúan szabályozott folyamat, ami közvetlen meghatározza a termelt fehérje mennyiségét.

A baktériumsejtben az mRNS-ek néhány perc alatt lebomlanak. Az mRNS-ek rövid élettartama lehetővé teszi, hogy a baktérium gyorsan új fehérjéket tudjon szintetizálni a környezeti változásoknak megfelelően és a régi mRNS-ek pedig — melyek fehérjetermékeire már nincs szükség — eltűnjenek.

Eukarióta sejtekben az mRNS-ek gyakran napokig vagy akár hetekig nem bomlanak le. Fejlődő vörösvértestekben a hemoglobin polipeptidjeinek mRNS-e nagyon stabil és hosszú életű, így a

hemoglobin folyamatosan tud szintetizálódni.Néhány ismert szabályozó mechanizmus:

-Az mRNS-t a nukleázokkal szemben az 5’cap és a poli-A farok védi.-Az mRNS 3’ nem kódoló régiójában (UTR, untranslated region) olyan specifikus szekvenciák találhatók,

melyek meghatározzák, hogy milyen ütemben történjen a molekula lebontása.

A mikro RNS-ek fontos szerepet játszanak az mRNS degradáció/lebontás szabályozásában. Kiderült, hogy a genom nagy része kis RNS-eket kódol.

Meglepő, hogy a humán genomnak mindössze 1.5%-a kódol fehérjéket. A szám a többi magasabb rendű élőlény esetében is hasonlóan alacsony. A megmaradó rész szintén nagyon kis része riboszómális és transzfer RNS-eket kódol. Egészen mostanáig úgy gondolták, hogy a többi rész soha nem íródik át és semmilyen értelmes genetikai információt nem tartalmaz.Kiderült, hogy a genom jelentős része nem- fehérje-kódoló kis RNS molekulákat kódol, beleértve a mikro RNS-eket, melyekről bebizonyosodott, hogy nagyon fontos szerepet játszanak a génexpresszió szabályozásában. Úgy tűnik, hogy át kell gondolnunk azt a nézetünket, miszerint az mRNS-ek a legfontosabb típusú RNS-ek csak azért mert fehérjét kódolnak.Kövessük nyomon, hogy milyen lépésekben képződnek a mikro RNS-ek!

Az mRNS-ekhez kötődő miRNS-ek szabályozott módon bontják le az

mRNS-eket.

A mikro RNS-ek egyszálú RNS-ek, amelyek az mRNS-ek komplementer szekvenciáihoz kötődnek és lebontják azokat.

A miRNS-ek nagyobb prekurzor RNS-ekből képződnek, melyek önmagukra visszahajolva rövid, duplaszálú, hajtűszerű struktúrákat hoznaklétre, melyeket egy enzim lehasít.

A lehasított hajtűből egy dicer nevű enzim egy kb. 20 bázispár hosszú, duplaszálú fragmentumot készít úgy, hogy a két végét (a hurkot és a nem egymáshoz tapadó végeket) levágja.

Ezután a két szál közül az egyik lebomlik és a megmaradó szál — maga a mikro RNS — egy v.

több fehérjével képez komplexet.

A miRNS az mRNS-hez

kötődik

A miRNS (a fehérjével együtt) komplementer szekvenciákhoz kötődik az mRNSen, melyet vagy feldarabol, vagy megakadályozza annak transzlációját.és feldarabolja

14.6 Fehérjeérés — és lebontás

Fehérjeérés — és lebontás, a génexpresszió szabályozás utolsó pontja

Fehérjeérési folyamatokA fehérjeszintézis után még sok polipeptid érési folyamatokon kell, hogy átessen, mielőtt végső funkcionális formáját elnyeri.

A pre-insulin peptidből nagy szakaszok vágódnak ki a

transzport vezikulákban mielőtt az aktív hormon kialakul.

A regulátor fehérjék aktiválása gyakran foszfátcsoport

hozzákapcsolásával történik (a folyamat neve: foszforiláció,

a folyamatban résztvevő enzim: kináz).

A szekréciós fehérjékhez az ER-ban különböző

oligoszacharid molekulák kapcsolódnak, ami alapján azok a megfelelő helyekre

szállítódnak.

A fehérjék életideje a sejtben szigorúan szabályozott.A fehérjék szelektív módon (minden fehérje a neki megfelelő időben) kerülnek lebontásra.

A proteoszómák a lebontásra szánt (és megjelölt) fehérjéket belső üregükben peptidekre emésztik.

A lebontásra szánt fehérjéhez egy enzim ún. ubiquitin molekulákat kapcsol. Az ubiquitin egy kis fehérje, amelyet a lebontandó fehérje lizin oldalláncához kapcsol az enzim.

Az ubiquitin lánccal megjelölt fehérjéket egy nagy fehérje komplex, a

proteoszóma ismeri fel. A proteoszóma az ATP energiájának felhasználásával

széttekeri a fehérjét és a központi henger alakú üregébe továbbítja.

Eközben a poli-ubiquitin lánc lehasad a fehérjéről.

A proteoszóma enzimkomponensei (három

fehérjebontó enzim vagy proteáz) a fehérjét rövid

peptidekre vágják, amelyeket a citoplazmában további enzimek

bontanak majd le.

A proteoszómák kb. riboszóma alegység méretűek és a sejtben mindenhol megtalálhatók. A formájuk hasonlít a chaperonra, amely a fehérjék helyes feltekeredését segíti.A központi henger 4 gyűrűből (két alfa és két béta) áll, melynek mindegyike 7 alegységből tevődik össze. Mindkét végén egy-egy sapka található (egyenként 20 alegység).A sapka részen ubiquitin kötőhely található. Ha a fehérje nincs ubiquitinnel megjelölve, a proteoszóma sapka nem engedi be a belső üregbe.A sapka chaperonként is működik, széttekeri a fehérjét, mielőtt az a központi hengerbe kerülne.

A proteoszóma egy sok alegységből álló riboszóma méretű komplex