Proteiinien säätelytoiminto on se, että proteiinit toteuttavat solun tai organismin prosessien säätelyn, mikä liittyy niiden kykyyn vastaanottaa ja välittää tietoa. Säätelyproteiinien toiminta on palautuvaa ja vaatii yleensä ligandin läsnäolon . Uusia säätelyproteiineja löydetään jatkuvasti lisää, ja luultavasti vain pieni osa niistä tunnetaan tällä hetkellä.
On olemassa useita erilaisia proteiineja, jotka suorittavat säätelytoimintoa:
Proteiinihormonit ( ja muut solujen väliseen signalointiin osallistuvat proteiinit) vaikuttavat aineenvaihduntaan ja muihin fysiologisiin prosesseihin.
Hormonit ovat aineita, jotka muodostuvat endokriinisissä rauhasissa, joita veri kuljettaa ja kuljettaa informaatiosignaalia. Hormonit leviävät satunnaisesti ja vaikuttavat vain niihin soluihin, joissa on sopivat reseptoriproteiinit. Hormonit sitoutuvat tiettyihin reseptoreihin. Yleensä hormonit säätelevät hitaita prosesseja, esimerkiksi yksittäisten kudosten kasvua ja kehon kehitystä, mutta poikkeuksiakin on: esimerkiksi adrenaliini on stressihormoni, aminohappojen johdannainen. Se vapautuu, kun hermoimpulssi iskee lisämunuaisen ytimeen . Samalla sydän alkaa lyödä useammin, verenpaine nousee ja muita reaktioita ilmenee. Se vaikuttaa myös maksaan (hajottaa glykogeenia ). Glukoosi vapautuu vereen, ja aivot ja lihakset käyttävät sitä energialähteenä.
Reseptoriproteiinit voidaan myös katsoa proteiineihin, joilla on säätelytoiminto. Kalvoreseptoriproteiinit välittävät signaalin solun pinnalta sisälle muuttaen sitä. Ne säätelevät solun toimintoja sitoutumalla ligandiin, joka "istui" tällä reseptorilla solun ulkopuolella; seurauksena toinen proteiini solun sisällä aktivoituu.
Useimmat hormonit vaikuttavat soluun vain, jos sen kalvolla on tietty reseptori - toinen proteiini tai glykoproteiini. Esimerkiksi β2-adrenerginen reseptori sijaitsee maksasolujen kalvolla. Stressin aikana adrenaliinimolekyyli sitoutuu β2-adrenergiseen reseptoriin ja aktivoi sen. Aktivoitunut reseptori aktivoi sitten G-proteiinin , joka kiinnittää GTP :hen . Monien välivaiheen signaalinsiirtovaiheiden jälkeen tapahtuu glykogeenifosforolyysi. Reseptori suoritti ensimmäisen signaalinsiirtooperaation, joka johti glykogeenin hajoamiseen . Ilman sitä solussa ei olisi myöhempiä reaktioita.
Proteiinit säätelevät solujen sisällä tapahtuvia prosesseja useiden mekanismien avulla:
Transkriptiotekijä on proteiini, joka ytimeen joutuessaan säätelee DNA:n transkriptiota, eli tiedon lukemista DNA :sta mRNA:ksi (mRNA-synteesi DNA-templaatin mukaan). Jotkut transkriptiotekijät muuttavat kromatiinin rakennetta tehden siitä helpomman RNA-polymeraasien saataville. On olemassa useita aputranskriptiotekijöitä, jotka luovat halutun DNA-konformaation muiden transkriptiotekijöiden myöhempää toimintaa varten. Toinen transkriptiotekijöiden ryhmä ovat ne tekijät, jotka eivät sitoudu suoraan DNA-molekyyleihin, vaan yhdistetään monimutkaisemmiksi komplekseiksi käyttämällä proteiini-proteiini-vuorovaikutuksia.
Translaatio on proteiinien polypeptidiketjujen synteesi mRNA-templaatin mukaisesti ribosomien suorittamana. Translaatiota voidaan säädellä useilla tavoilla, mukaan lukien mRNA:han sitoutuvien repressoriproteiinien avulla. On monia tapauksia, joissa repressori on tämän mRNA:n koodaama proteiini. Tässä tapauksessa tapahtuu takaisinkytkentäsäätelyä (esimerkki tästä on treonyyli-tRNA-syntetaasientsyymin synteesin tukahduttaminen).
Eukaryoottigeenien sisällä on alueita, jotka eivät koodaa aminohappoja. Näitä alueita kutsutaan introneiksi . Ne transkriptoidaan ensin pre-mRNA:ksi transkription aikana, mutta sitten leikataan pois erityisellä entsyymillä. Tätä intronien poistamisprosessia ja sitä seuraavaa jäljelle jääneiden osien päiden ompelua kutsutaan silloitukseksi (silloittaminen, liittäminen) . Silmukointi suoritetaan käyttämällä pieniä RNA:ita, jotka yleensä liittyvät proteiineihin, joita kutsutaan silmukoinnin säätelytekijöiksi. Silmukointiin liittyy proteiineja, joilla on entsymaattista aktiivisuutta. Ne antavat pre-mRNA:lle halutun konformaation. Kompleksin ( spliceosomit ) kokoamiseksi on tarpeen kuluttaa energiaa pilkkoutuvien ATP-molekyylien muodossa, joten tämä kompleksi sisältää proteiineja, joilla on ATPaasi-aktiivisuutta.
Vaihtoehtoinen liitos on olemassa . Silmukointiominaisuudet määrittävät proteiinit, jotka pystyvät sitoutumaan RNA-molekyyliin intronien alueilla tai eksoni-intronin rajalla. Nämä proteiinit voivat estää joidenkin intronien poistumisen ja samalla edistää muiden poistumista. Silmukoinnin kohdennetulla säätelyllä voi olla merkittäviä biologisia vaikutuksia. Esimerkiksi hedelmäkärpäsessä Drosophilassa vaihtoehtoinen silmukointi on sukupuolenmääritysmekanismin taustalla.
Tärkein rooli solunsisäisten prosessien säätelyssä on proteiinikinaasit , entsyymit, jotka aktivoivat tai estävät muiden proteiinien toimintaa kiinnittämällä niihin fosfaattiryhmiä .
Proteiinikinaasit säätelevät muiden proteiinien toimintaa fosforyloimalla - lisäämällä fosforihappotähteitä aminohappotähteisiin, joissa on hydroksyyliryhmiä . Fosforylaatio muuttaa yleensä proteiinin toimintaa, kuten entsymaattista aktiivisuutta, sekä proteiinin asemaa solussa.
On myös proteiinifosfataaseja - proteiineja, jotka katkaisevat fosfaattiryhmiä. Proteiinikinaasit ja proteiinifosfataasit säätelevät aineenvaihduntaa sekä signaalinsiirtoa solun sisällä. Proteiinien fosforylaatio ja defosforylaatio on yksi tärkeimmistä solunsisäisten prosessien säätelymekanismeista.