Skip to main content
Global

8.12: ויסות פעילות החלבון

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    208387

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    חלבונים פועלים באמצעות האינטראקציות שלהם עם מולקולות אחרות. חלבונים קטליטיים (אנזימים) מקיימים אינטראקציה עם מולקולות מצע; אינטראקציות אלה מורידות את אנרגיית ההפעלה של שלב הגבלת הקצב של התגובה, מה שמוביל לעלייה בקצב התגובה הכולל. יחד עם זאת, תאים ואורגניזמים אינם סטטיים. עליהם לווסת אילו חלבונים הם מייצרים, את הריכוזים הסופיים של אותם חלבונים בתוך התא (או האורגניזם), עד כמה החלבונים הללו פעילים והיכן נמצאים החלבונים הללו. בעיקר על ידי שינוי חלבונים (אשר בתורו משפיע על ביטוי הגנים) התאים (והאורגניזמים) מסתגלים לשינויים בסביבתם.

    ניתן לווסת את פעילות החלבון במספר דרכים. הראשון והברור ביותר הוא לשלוט במספר הכולל של מולקולות החלבון הקיימות במערכת. נניח שברגע שסונתז חלבון פעיל באופן מלא. בהנחה מפשטת זו, הריכוז הכולל של חלבון ופעילות החלבון הכוללת במערכת [P sys] פרופורציונליים לקצב הסינתזה של אותו חלבון (dSynthesis/dt) מינוס קצב הפירוק של אותו חלבון (dddepraction/dt), כאשר dt מציין סינתזה או פירוק ליחידת זמן. השילוב של שני תהליכים אלה, סינתזה ופירוק, קובע את מחצית החיים של החלבון. מכיוון שניתן לווסת הן את הסינתזה והן את הפירוק של החלבון, ניתן לווסת את זמן מחצית החיים שלו.

    פירוק החלבונים מתווך על ידי סוג מיוחד של אנזימים (חלבונים) המכונה פרוטאזות. פרוטאזות מבקעות קשרי פפטיד באמצעות תגובות הידרוליזה (הוספת מים). פרוטאזות המבקעות שרשרת פוליפפטיד באופן פנימי ידועות בשם אנדופרוטאזות - הן מייצרות שני פוליפפטידים. אלה שעושים הידרוליזה של פוליפפטידים מקצה זה או אחר, כדי לשחרר חומצת אמינו אחת או שתיים בכל פעם, ידועים בשם exoproteases. פרוטאזות יכולות גם לפעול באופן ספציפי יותר, לזהות ולהסיר חלקים ספציפיים של חלבון על מנת להפעיל או להשבית אותו, או לשלוט היכן הוא נמצא בתא. לדוגמה, חלבונים גרעיניים הופכים למקומיים לגרעין (בדרך כלל) מכיוון שהם מכילים רצף לוקליזציה גרעיני או שניתן להחריג אותם מכיוון שהם מכילים רצף אי הכללה גרעיני. כדי שרצפים אלה יעבדו הם צריכים להיות מסוגלים לקיים אינטראקציה עם מכונות ההובלה הקשורות לנקבוביות הגרעיניות; אך ניתן לקפל את החלבון כך שהם מוסתרים. שינויים במבנה החלבון יכולים לחשוף או להסתיר רצפי NLS או NES כאלה, ובכך לשנות את התפלגות החלבון בתוך התא ולכן את פעילותו. כדוגמה, גורם שעתוק הממוקם בציטופלזמה אינו פעיל, אך הוא הופך לפעיל כאשר הוא נכנס לגרעין. באופן דומה, חלבונים רבים מסונתזים במקור ב"פרו-צורה "ארוכה ולא פעילה. כאשר הפרו-פפטיד מוסר, נחתך על ידי אנדופרוטאז, החלבון המעובד הופך לפעיל. עיבוד פרוטאוליטי הוא עצמו מוסדר לעתים קרובות (ראה להלן).

    שליטה ברמות החלבון: ברור שכמות החלבון בתוך תא (או אורגניזם) היא פונקציה של מספר ה-mRNA המקודדים לחלבון, הקצב שבו ה-mRNA הללו מזוהים ומתורגמים והקצב שבו נוצר חלבון פונקציונלי, אשר בתורו תלוי בשיעורי הקיפול וביעילותם. זה בדרך כלל המקרה שברגע שהתרגום מתחיל, הוא ממשיך בקצב קבוע פחות או יותר. בחיידק E. coli, קצב התרגום ב 37 מעלות צלזיוס הוא כ 15 חומצות אמינו בשנייה. התרגום של פוליפפטיד של 1500 חומצות אמינו אורך אפוא כ-100 שניות. לאחר תרגום, קיפול ובחלבונים מרובי יחידות, הרכבה, החלבון יתפקד (בהנחה שהוא פעיל) עד שהוא יתפרק.

    חלבונים רבים בתוך התא נחוצים כל הזמן. חלבונים כאלה מכונים חלבונים "מכוננים" או בעלי בית. פירוק חלבון חשוב במיוחד לשליטה ברמות החלבונים ה"מוסדרים ", שנוכחותם או ריכוזם בתוך התא עלולים להוביל להשפעות לא רצויות במצבים מסוימים. הפירוק המווסת של חלבון מתחיל בדרך כלל כאשר החלבון מסומן במיוחד לפירוק. זהו תהליך פעיל ומווסת מאוד, הכולל הידרוליזה של ATP וקומפלקס רב-יחידות המכונה הפרוטאוזום. הפרוטאוזום מפרק את הפוליפפטיד לפפטידים קטנים וחומצות אמינו שניתן למחזר. כמנגנון לוויסות פעילות החלבון, לעומת זאת, השפלה יש חסרון רציני, זה בלתי הפיך.

    תורמים וייחוסים