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8.12: Regulación de la actividad proteica

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    Las proteínas actúan a través de sus interacciones con otras moléculas. Las proteínas catalíticas (enzimas) interactúan con las moléculas de sustrato; estas interacciones disminuyen la energía de activación de la etapa de limitación de velocidad de la reacción, lo que lleva a un aumento en la velocidad de reacción general. Al mismo tiempo, las células y los organismos no son estáticos. Deben regular qué proteínas producen, las concentraciones finales de esas proteínas dentro de la célula (u organismo), qué tan activas son esas proteínas y dónde se encuentran esas proteínas. Es principalmente alterando las proteínas (que a su vez influye en la expresión génica) que las células (y los organismos) se adaptan a los cambios en su entorno.

    La actividad de una proteína se puede regular de varias maneras. La primera y más obvia es controlar el número total de moléculas proteicas presentes dentro del sistema. Supongamos que una vez sintetizada una proteína está completamente activa. Con esta suposición simplificadora, la concentración total de una proteína, y la actividad proteica total en un sistema [Psys] es proporcional a la tasa de síntesis de esa proteína (dSintetis/dT) menos la tasa de degradación de esa proteína (dDegradación/dT), con dt indicando síntesis o degradación por unidad de tiempo. La combinación de estos dos procesos, síntesis y degradación, determina la vida media de la proteína. Dado que tanto la síntesis como la degradación de una proteína pueden ser reguladas, su vida media puede ser regulada.

    La degradación de las proteínas está mediada por una clase especial de enzimas (proteínas) conocidas como proteasas. Las proteasas escinden enlaces peptídicos mediante reacciones de hidrólisis (adición de agua). Las proteasas que escinden internamente una cadena polipeptídica se conocen como endoproteasas; generan dos polipéptidos. Aquellos que hidrolizan polipéptidos de un extremo u otro, para liberar uno o dos aminoácidos a la vez, se conocen como exoproteasas. Las proteasas también pueden actuar más específicamente, reconociendo y eliminando partes específicas de una proteína para activarla o inactivarla, o para controlar dónde se encuentra en una célula. Por ejemplo, las proteínas nucleares se localizan en el núcleo (típicamente) porque contienen una secuencia de localización nuclear o pueden excluirse porque contienen una secuencia de exclusión nuclear. Para que estas secuencias funcionen tienen que poder interactuar con la maquinaria de transporte asociada a los poros nucleares; pero la proteína puede plegarse para que queden ocultas. Los cambios en la estructura de una proteína pueden revelar u ocultar tales secuencias de NLS o NES, alterando así la distribución de la proteína dentro de la célula y por lo tanto su actividad. A modo de ejemplo, un factor de transcripción localizado en el citoplasma es inactivo, pero se activa cuando ingresa al núcleo.De igual manera, muchas proteínas se sintetizan originalmente en una “pro-forma” más larga e inactiva. Cuando se elimina el propéptido, cortado por una endoproteasa, la proteína procesada se vuelve activa. El procesamiento proteolítico a menudo está regulado (ver más abajo).

    Controlar los niveles de proteína: Claramente la cantidad de una proteína dentro de una célula (u organismo) es una función del número de ARNm que codifican la proteína, la velocidad a la que estos ARNm son reconocidos y traducidos, y la velocidad a la que se forma la proteína funcional, que a su vez depende de las tasas de plegamiento y su eficiencia. Generalmente ocurre que una vez que comienza la traducción, ésta continúa a un ritmo más o menos constante. En la bacteria E. coli, la tasa de traducción a 37ºC es de aproximadamente 15 aminoácidos por segundo. La traducción de un polipéptido de 1500 aminoácidos, por lo tanto, toma alrededor de 100 segundos. Después de la traducción, plegamiento y, en proteínas multisubunitarias, ensamblaje, la proteína funcionará (asumiendo que está activa) hasta que se degrada.

    Muchas proteínas dentro de la célula son necesarias todo el tiempo. Tales proteínas se denominan proteínas “constitutivas” o de mantenimiento doméstico. La degradación proteica es particularmente importante para controlar los niveles de proteínas “reguladas”, cuya presencia o concentración dentro de la célula puede llevar a efectos no deseados en ciertas situaciones. La degradación regulada de una proteína generalmente comienza cuando la proteína está específicamente marcada para su degradación. Este es un proceso activo y altamente regulado, que implica hidrólisis de ATP y un complejo multi-subunidad conocido como el proteosoma. El proteosoma degrada el polipéptido en pequeños péptidos y aminoácidos que pueden reciclarse. Como mecanismo para regular la actividad proteica, sin embargo, la degradación tiene un serio inconveniente, es irreversible.

    Colaboradores y Atribuciones


    This page titled 8.12: Regulación de la actividad proteica is shared under a not declared license and was authored, remixed, and/or curated by Michael W. Klymkowsky and Melanie M. Cooper.