G PROTEINI: STRUKTURA, VRSTE I FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2026

A G proteina, ili gvanin nukleotid vezujućih proteina, proteini su povezani s membranom plazma pripadaju obitelji signala „spojnica” proteina koji imaju važne funkcije u prijenosa impulsa procesa u eukariotskim organizmima.

U literaturi su G proteini opisani kao binarni molekularni prekidači, budući da je njihova biološka aktivnost određena promjenama u njihovoj strukturi koje daju nukleotidne vrste na koje su one u stanju da se vežu: nukleotidi guanozina (difosfat (BDP) i trifosfat (GTP)).

Struktura proteina Ras, monomernog G proteina (Izvor: Mark 'AbsturZ' putem Wikimedia Commons)

Oni se obično aktiviraju receptorima iz skupine proteina poznatih kao receptori povezani u G-protein (GPCR), koji primaju vanjski početni signal i pretvaraju ga u konformacijske promjene koje pokreću aktivaciju, što zatim se prevodi u aktivaciju drugog efektorskog proteina.

Neki autori smatraju da su geni koji kodiraju ovu obitelj proteina evoluirali umnožavanjem i odstupanjem zajedničkog gena predaka, čiji se proizvod sve više usavršavao i specijalizirao.

Među velikom raznolikošću staničnih funkcija koje ovi proteini imaju je translokacija makromolekula tijekom sinteze proteina, transdukcija hormonskih signala i osjetnih podražaja, kao i regulacija stanične proliferacije i diferencijacije.

Opisane su dvije klase ove vrste proteina: mali G proteini i heterotrimerni G proteini. Prva trodimenzionalna struktura G proteina izvedena je prije više od desetljeća iz malog G proteina poznatog kao Ras.

Struktura

Strukturno gledano, prepoznate su dvije vrste G proteina: mali G proteini i mnogo složeniji heterotrimerni G proteini.

Mali G proteini sastavljeni su od jednog polipeptida s oko 200 aminokiselinskih ostataka i oko 20-40 kDa, a u njihovoj strukturi postoji očuvana katalitička domena (G domena) sastavljena od pet α-helika, šest listova presavijenih i pet polipeptidnih petlji.

Heterotrimerni G proteini, s druge strane, su integralni membranski proteini koji su sastavljeni od tri polipeptidna lanca, poznata kao α, β i γ podjedinice.

-A podjedinica teži između 40 i 52 kDa, ima područje vezivanja za gvanin nukleotide i ima aktivnost GTPaze za hidroliziranje veza između fosfatnih skupina GTP-a.

A podjedinice različitih G proteina dijele neke strukturalne domene, poput onih za vezanje i hidrolizu GTP-a, ali se vrlo razlikuju na mjestima vezanja za receptore i efektorske proteine.

-P podjedinica ima nešto nižu molekulsku masu (između 35 i 36 kDa).

-Skupna podjedinica je s druge strane mnogo manja i ima približnu molekulsku masu od 8 kDa.

Svi heterotrimerni G proteini imaju 7 transmembranskih domena i dijele slijed sličnosti s β i γ domenama. Ove su dvije domene toliko snažno povezane da se promatraju kao jedna funkcionalna cjelina.

vrste

Kao što je gore spomenuto, postoje dvije vrste G proteina: mali i heterotrimerni.

Mali G proteini imaju ulogu u staničnom rastu, izlučivanju proteina i međućelijskoj vezikuli. S druge strane, heterotrimerni G proteini povezani su s transdukcijom signala s površinskih receptora, a također djeluju i kao prekidači koji se izmjenjuju između dva stanja, ovisno o pridruženom nukleotidu.

Mali G proteina

Ti se proteini nazivaju i malim GTPazama, malim proteinima koji se vežu za GTP ili Ras protein superfamilijom i tvore neovisnu superfamilu unutar velike klase GTP hidrolaze s regulatornim funkcijama.

Ti su proteini vrlo raznoliki i kontroliraju više ćelijskih procesa. Karakterizira ih očuvana GTP-vezana domena, "G" domena. Vezanje ovog fosfatnog nukleotida uzrokuje važne konformacijske promjene u njihovom katalitičkom domenu u malim G proteinima.

Njegova aktivnost usko je povezana s proteinima koji aktiviraju GTPase (GAP) i faktorom izmjene nukleotida gvanse (GEF).

U eukariotama je opisano pet razreda ili porodice malih G proteina:

ras

-Rho

-Rab

-Sar1 / Arf

-Ran

Ras i Rho proteini kontroliraju ekspresiju gena, a Rho proteini također moduliraju reorganizaciju citoskeleta. Proteini skupine Rab i Sar1 / Arf utječu na vezikularni transport, a Ran proteini reguliraju nuklearni transport i stanični ciklus.

Heterotrimerni G proteini

Ova vrsta proteina također zaslužuje povezanost s dva proteinska faktora, tako da se signalni put od vanjskog okruženja do unutrašnjosti stanice sastoji od tri elementa sljedećim redoslijedom:

1. Su receptori vezani na G proteine
2. A G proteini
3. Su proteini ili kanale djelovatelji

Postoji velika raznolikost heterotrimernih G proteina i to je povezano s velikom raznolikošću α podjedinica koje postoje u prirodi, u kojima je sačuvano samo 20% aminokiselinskog niza.

Heterotrimerni G proteini obično se identificiraju zahvaljujući raznolikosti α podjedinice, koja se temelji uglavnom na njihovim funkcionalnim i slijednim sličnostima.

Podjedinice α čine četiri obitelji (obitelj Gs, obitelj Gi / o, obitelj Gq i obitelj G12). Svaka obitelj sastoji se od različitog "izotipa" koji zajedno čine više od 15 različitih oblika α podjedinica.

G obitelj

Ova obitelj sadrži predstavnike koji također sudjeluju u regulaciji proteina adenilata ciklaze i izražava se u većini tipova stanica. Čine ga dva člana: Gs i Golf.

Potpis "s" odnosi se na stimulaciju, a podpis "olf" odnosi se na "miris" (od engleskog "olfaction"). Golf proteini posebno se izražavaju u osjetilnim neuronima odgovornim za miris.

G obitelj

Ovo je najveća i najraznovrsnija obitelj. Izražavaju se u mnogim staničnim tipovima i inhibiraju inhibiciju različitih vrsta adenil ciklaze ovisne o receptorima (podpis "i" odnosi se na inhibiciju).

Proteini s α podjedinicama Go grupe posebno su izraženi u stanicama središnjeg živčanog sustava i imaju dvije varijante: A i B.

G obitelj

Proteini iz ove obitelji α-podjedinica odgovorni su za regulaciju fosfolipaze C. Ova obitelj sastoji se od četiri člana čije su α-podjedinice izražene različitim genima. Obiluje ih jetrenim stanicama, stanicama bubrega i plućima.

G obitelj

Ta se obitelj sveprisutno izražava u organizmima i točni stanični procesi regulirani proteinima s tim podjedinicama ne znaju se sa sigurnošću.

Β i γ podjedinice

Iako je raznolikost alfa struktura presudna za identifikaciju heterotrimernih proteina, postoji također i raznolikost u odnosu na ostale dvije podjedinice: beta i gama.

Značajke

G proteini sudjeluju u "kanaliziranju" signala od receptora na plazma membrani do efektorskih kanala ili enzima.

Najčešći primjer funkcije ove vrste proteina je u regulaciji enzima adenilat ciklaze, enzima odgovornog za sintezu adenosin 3 ', 5'-monofosfata ili jednostavno cikličkog AMP, molekule koja ima važne funkcije kao drugog glasnika u mnogim poznatim staničnim procesima:

-Selektivna fosforilacija proteina sa specifičnim funkcijama

-Genetska transkripcija

-Reorganizacija citoskeleta

-Secretion

-Depolarizacija membrane

Oni neizravno sudjeluju u regulaciji kaskade signala inozitola (fosfatidilinozitola i njegovih fosforiliranih derivata), koji su odgovorni za kontrolu procesa ovisnih o kalcijumu, poput kemotaksije i izlučivanja topljivih faktora.

Mnogi ionski kanali i transportni proteini izravno upravljaju proteinima iz porodice proteina G. Isto tako, ti proteini sudjeluju u mnogim senzornim procesima kao što su vid, miris, između ostalog.

Kako djeluju?

Način interakcije G proteina s efektorskim proteinima specifičan je za svaku klasu ili obitelj proteina.

Za G-proteine ​​spojene membranskim receptorima (heterotrimerični G proteini), vezanje nukleotida gvanina kao što je BDP ili gvanozin-difosfat na a podjedinicu uzrokuje udruživanje tri podjedinice, tvoreći kompleks poznat kao Gαβγ ili G-GDP, koja je pričvršćena na membranu.

Ako se molekula BDP-a naknadno zamijeni za GTP molekulu, α podjedinica vezana za GTP odvaja se od β i γ podjedinice, tvoreći zaseban kompleks poznat kao Gα-GTP, koji je sposoban promijeniti aktivnost svojih enzima ili ciljni nosači proteina.

Hidrolitička aktivnost ove podjedinice omogućuje joj da završi aktivaciju, razmjenjujući GTP za novi BDP, prelazeći u neaktivnu konformaciju.

U nedostatku pobuđenih receptora koji se povezuju s G proteinima, ovaj postupak razmjene s BDP-a u GTP odvija se vrlo sporo, što znači da heterotrimerni G proteini samo BDP razmjenjuju za GTP fiziološki značajnom brzinom kada su vezani na njihov uzbuđeni receptori.

Reference

1. Gilman, G. (1987). G Proteini: pretvarači signala generirani receptori. Godišnji pregledi iz biokemije, 56, 615-649.
2. Milligan, G. i Kostenis, E. (2006). Heterotrimerni G-proteini: kratka povijest. British Journal of Pharmacology, 147, 546–555.
3. Offermanns, S. (2003). G-proteini kao pretvarači u transmembranskoj signalizaciji. Napredak biofizike i molekularne biologije, 83, 101-130.
4. Simon, M., Strathmann, zastupnik, i Gautam, N. (1991). Raznolikost G proteina u pretvorbi signala. Znanost, 252, 802-808.
5. Syrovatkina, V., Alegre, KO, Dey, R., i Huang, X. (2016). Regulacija, signalizacija i fiziološke funkcije G-proteina. Journal of Molecular Biology, 428 (19), 3850–3868.