74. Регуляція біосинтезу білка в клітинах.

Регуляція на транскрипційному ріві. Регуляції піддається перехід гетерохроматину в еухроматин. Нуклеосомний рівень організації є і в гетеро-, і в еухроматині, але в тих локусах, де в даний момент функціонують ферментні комплекси, ДНК тимчасово звільняється від гістонів. Процес регулюється за рахунок ацетилування/деацетилування гістонів.

Етап транскрипції. Експресія генів звичайно регулюється на рівні РНК. Як правило, ініціація транскрипції регулюється або репресорними білками, що блокують транскрипцію, або активаторними, що необхідні для її запуску. В першому випадку експресія починається лише після зняття репресії в результаті модифікації білка-репресора. У другому випадку ген транскрибується лише тоді, коли активаторний білок знаходиться у відповідному функціональному стані.

Енхансери - регуляторні послідовності, які зв'язують відповідні білки, що багаторазово підвищує швидкість транскрипції структурних генів, і сайленсери, які, навпаки, знижують інтенсивність транскрипції. Репресорні і активаторні білки – це не єдині засоби регуляції транскрипції. В деяких випадках білки-продукти самі є регуляторами транскрипції власних генів.

На ефективність транскрипції також впливають структурні зміни в ДНК, і важливу роль в цьому відіграє процес метилювання ДНК. Метилюванню піддається послідовність 5’-CpG-3’. ДНК більшості низших еукаріотів і безхребетних містять мало 5-метилцитозину іN6-метиладеніну. Однак у хребетних метилювання основ – поширене явище, причому найбільш поширений 5-метилцитозин. Більше 95% метильных груп в ДНК хребетних містяться в залишках цитозину у малопоширених CG-нуклеотидів і більше 50% таких динуклеотидів метильовано.

Утворення РНК може регулюватися шляхом контролю швидкості елонгації або місця її завершення, тобто транскрибуватися може весь ген або якась його частина при наявності специфічного стоп-сигналу. Використання альтернативних сайтів ініціації та термінації транскрипції також може призводити до появи структурно відмінних ізоформ одного й того самого білка за рахунок зміни його 5’ та 3’ кінців, відповідно. Альтернативна ініціація – при наявності численних сайтів ініціації, альтернативна термінація - множинні сайти поліаденілування. Для багатьох пре-РНК відомі альтернативні шляхи сплайсингу, що дають численні форми зрілої РНК з транскриптів одного гена. Це може мати значення як один з механізмів регуляції експресії генів, а також як засіб збільшення кодуючої ємності генома (експресія одного гена може выражатися в синтезі різних мРНК). Відомий також транс-сплайсинг (міжмолекулярний сплайсинг), при якому відбувається поєднання двох екзонів з різних РНК.

Експресія генів також регулюється в цитоплазмі на рівні трансляції мРНК в білки.

Специфічна регуляція трансляції також звичайно здійснюється на початкових етапах процесу (фосфорилювання/дефосфорилювання фактора ініціації трансляції eIF-2). Регулюється елонгація та термінація трансляції (за рахунок наявності стоп-кодонів). Існує можливість «проскакування» рибосоми через деякі «слабкі» термінуючі кодони, що, з одного боку, дозволяє рибосомі транслювати поліцистронні матриці без дисоціації від мРНК, а з іншого боку – забезпечує утворення невеликої кількості більш довгих поліпептидів, які можуть виконувати важливу функціональну роль.

Ефективність трансляції залежить від стабільності мРНК, яка в свою чергу визначається довжиною полі(А)-хвоста. Для здійснення трансляції відбувається циклізація молекули мРНК, і з кожним циклом трансляції довжина полі(А)-хвоста скорочується, підлягаючи деградації. Клітини про- та еукаріотів мають здатність до диференційної регуляції ексерсії генів. При певних умовах багато генів взагалі не експресується, а ступінь експресії інших генів відрізняється на кілька порядків. Зміна умов може призвести до активації «генів, що мовчали раніше» та репресії активно працюючих генів. Подібна здатність дозволяє клітинам пристосувати свої фенотипи до найрізноманітніших умов оточуючого середовища та фізіологічних можливостей. Диференційна експресія одного генома у багатоклітинних організмів обумовлює розвиток величезної кількості типів клітин з різними специфічними функціями, з однієї чи декількох зародкових клітин.