Regulační funkce proteinů je prováděním regulace procesů v buňce nebo v organismu proteiny , což je spojeno s jejich schopností přijímat a přenášet informace. Působení regulačních proteinů je reverzibilní a obecně vyžaduje přítomnost ligandu . Neustále je objevováno stále více nových regulačních proteinů a v současnosti je známa pravděpodobně jen malá část z nich.
Existuje několik typů proteinů, které plní regulační funkci:
Proteinové hormony (a další proteiny zapojené do mezibuněčné signalizace) ovlivňují metabolismus a další fyziologické procesy.
Hormony jsou látky, které se tvoří v žlázách s vnitřní sekrecí, jsou přenášeny krví a nesou informační signál. Hormony se šíří náhodně a působí pouze na ty buňky, které mají vhodné receptorové proteiny. Hormony se vážou na specifické receptory. Obvykle hormony regulují pomalé procesy, například růst jednotlivých tkání a vývoj těla, ale existují výjimky: například adrenalin je stresový hormon, derivát aminokyselin. Uvolňuje se, když nervový impuls zasáhne dřeň nadledvin . Zároveň začne častěji bít srdce, stoupá krevní tlak a objevují se další odezvy. Působí také na játra (rozkládá glykogen ). Glukóza se uvolňuje do krve a je využívána mozkem a svaly jako zdroj energie.
Receptorové proteiny lze také přiřadit proteinům s regulační funkcí. Membránové receptorové proteiny přenášejí signál z buněčného povrchu dovnitř a transformují jej. Regulují buněčné funkce vazbou na ligand, který „seděl“ na tomto receptoru mimo buňku; v důsledku toho se aktivuje další protein uvnitř buňky.
Většina hormonů působí na buňku pouze tehdy, pokud je na její membráně určitý receptor – jiný protein nebo glykoprotein. Například β2-adrenergní receptor se nachází na membráně jaterních buněk. Při stresu se molekula adrenalinu naváže na β2-adrenergní receptor a aktivuje ho. Aktivovaný receptor pak aktivuje G protein , který připojuje GTP . Po mnoha přechodných krocích přenosu signálu dochází k fosforolýze glykogenu. Receptor provedl úplně první operaci přenosu signálu vedoucí k rozpadu glykogenu . Bez něj by v buňce nedocházelo k žádným následným reakcím.
Proteiny regulují procesy probíhající uvnitř buněk pomocí několika mechanismů:
Transkripční faktor je protein, který po vstupu do jádra reguluje transkripci DNA, tedy čtení informace z DNA do mRNA (syntéza mRNA podle šablony DNA). Některé transkripční faktory mění strukturu chromatinu, díky čemuž je dostupnější pro RNA polymerázy. Existují různé pomocné transkripční faktory, které vytvářejí požadovanou konformaci DNA pro následné působení dalších transkripčních faktorů. Další skupinou transkripčních faktorů jsou ty faktory, které se nevážou přímo na molekuly DNA, ale jsou kombinovány do složitějších komplexů pomocí interakcí protein-protein.
Translace je syntéza polypeptidových řetězců proteinů podle templátu mRNA, prováděná ribozomy. Translace může být regulována několika způsoby, včetně pomocí represorových proteinů, které se vážou na mRNA. Existuje mnoho případů, kdy je represorem protein kódovaný touto mRNA. V tomto případě dochází k regulaci zpětné vazby (příkladem je potlačení syntézy enzymu threonyl-tRNA syntetázy).
V eukaryotických genech existují oblasti, které nekódují aminokyseliny. Tyto oblasti se nazývají introny . Nejprve jsou během transkripce přepsány do pre-mRNA, ale poté vyříznuty speciálním enzymem. Tento proces odstranění intronů a následné sešití konců zbývajících úseků se nazývá splicing (zesíťování, spojování). Sestřih se provádí pomocí malých RNA, obvykle spojených s proteiny, nazývaných regulační faktory sestřihu. Sestřih zahrnuje proteiny s enzymatickou aktivitou. Poskytují pre-mRNA požadovanou konformaci. K sestavení komplexu ( spliceosomů ) je nutné spotřebovat energii ve formě štěpitelných molekul ATP, proto tento komplex obsahuje proteiny s aktivitou ATPázy.
Existuje alternativní spojování . Sestřihové rysy jsou určeny proteiny, které jsou schopny se vázat na molekulu RNA v oblastech intronů nebo oblastech na hranici exon-intron. Tyto proteiny mohou bránit odstranění některých intronů a zároveň podporovat excizi jiných. Cílená regulace sestřihu může mít významné biologické důsledky. Například u ovocné mušky Drosophila je alternativní sestřih základem mechanismu určování pohlaví.
Nejdůležitější roli v regulaci intracelulárních procesů hrají proteinkinázy , enzymy, které aktivují nebo inhibují aktivitu jiných proteinů tím, že na ně navážou fosfátové skupiny.
Proteinkinázy regulují aktivitu jiných proteinů fosforylací - přidáním zbytků kyseliny fosforečné k aminokyselinovým zbytkům, které mají hydroxylové skupiny . Fosforylace obvykle mění fungování proteinu, jako je enzymatická aktivita, stejně jako pozice proteinu v buňce.
Existují také proteinové fosfatázy – proteiny, které odštěpují fosfátové skupiny. Proteinové kinázy a proteinové fosfatázy regulují metabolismus a také signalizaci v buňce. Fosforylace a defosforylace proteinů je jedním z hlavních mechanismů regulace většiny intracelulárních procesů.