G-PROTEINER: STRUKTUR, TYPER OG FUNKSJONER - BIOLOGI - 2026

Den G -proteiner, eller guaninnukleotid bindende proteiner , er proteiner forbundet med plasmamembranen som hører til en familie av signal "coupler" proteiner som har viktige funksjoner i mange signaloverføringsprosessene i eukaryote organismer.

I litteraturen beskrives G-proteiner som binære molekylære svitsjer, siden deres biologiske aktivitet bestemmes av endringene i strukturen gitt av nukleotidartene som de er i stand til å binde til: guanosinnukleotider (difosfat (BNP) og trifosfat (GTP)).

Struktur av Ras-proteinet, et monomert G-protein (Kilde: Mark 'AbsturZ' via Wikimedia Commons)

De aktiveres vanligvis av reseptorer fra en familie med proteiner kjent som G-protein-koblede reseptorer (GPCR), som mottar et eksternt initialsignal og omdanner det til konformasjonsendringer som utløser aktivering, som det blir deretter oversatt til aktivering av et annet effektorprotein.

Noen forfattere vurderer at genene som koder for denne familien av proteiner utviklet seg ved duplisering og divergens av et vanlig forfedersgen, hvis produkt ble stadig mer raffinert og spesialisert.

Blant det store utvalget av cellulære funksjoner som disse proteinene har, er translokasjon av makromolekyler under proteinsyntese, overføring av hormonelle signaler og sensoriske stimuli, samt regulering av celleproliferasjon og -differensiering.

To klasser av denne type proteiner er blitt beskrevet: de små G-proteiner og de heterotrimeriske G-proteiner. Den første tredimensjonale strukturen av et G-protein ble avledet for mer enn ti år siden fra et lite G-protein kjent som Ras.

Struktur

Strukturelt sett gjenkjennes to typer G-proteiner: de små G-proteiner og de mye mer komplekse heterotrimeriske G-proteiner.

Små G-proteiner består av et enkelt polypeptid med omtrent 200 aminosyrerester og omtrent 20-40 kDa, og i deres struktur er det et konservert katalytisk domene (G-domenet) satt sammen av fem a-helikser, seks p-brettede ark, og fem polypeptidløkker.

Heterotrimeriske G-proteiner er derimot integrerte membranproteiner som er sammensatt av tre polypeptidkjeder, kjent som α-, β- og γ-underenhetene.

-A-underenheten veier mellom 40 og 52 kDa, har en guaninnukleotidbindingsregion og har GTPase-aktivitet for å hydrolysere bindinger mellom fosfatgruppene til GTP.

A-underenhetene til forskjellige G-proteiner deler noen strukturelle domener som de for binding og hydrolyse av GTP, men de er veldig forskjellige på bindingsstedene for reseptor- og effektorproteiner.

-P-underenheten har en litt lavere molekylvekt (mellom 35 og 36 kDa).

-Y underenheten er derimot mye mindre og har en omtrentlig molekylvekt på 8 kDa.

Alle heterotrimeriske G-proteiner har 7 transmembrane domener og deler sekvenslikhet med β- og γ-domenene. Disse to domenene er så sterkt assosiert at de blir sett på som en funksjonell enhet.

typer

Som nevnt ovenfor, er det to typer G-proteiner: små og heterotrimere.

Små G-proteiner har roller i cellevekst, proteinsekresjon og intercellulær vesikkelinteraksjon. På den annen side er heterotrimeriske G-proteiner assosiert med overføring av signaler fra overflatreseptorer, og fungerer også som brytere som veksler mellom to tilstander avhengig av det tilhørende nukleotid.

Små G-proteiner

Disse proteinene kalles også små GTPaser, små GTP-bindende proteiner, eller Ras protein superfamily og danner en uavhengig superfamilie innenfor den store klassen GTP hydrolaser med regulatoriske funksjoner.

Disse proteinene er veldig forskjellige og kontrollerer flere cellulære prosesser. De er preget av et bevart GTP-bindende domene, "G" -domenet. Bindingen av dette fosfatnukleotid forårsaker viktige konformasjonsendringer i deres katalytiske domene i små G-proteiner.

Dets aktivitet er nært knyttet til GTPase Activating Protein (GAP) og Guanine Nucleotide Exchange Factor (GEF).

Fem klasser eller familier med små G-proteiner er beskrevet i eukaryoter:

-Ras

rho

-Rab

-Sar1 / Arf

-Løp

Ras- og Rho-proteinene kontrollerer genuttrykk, og Rho-proteinene modulerer også omorganiseringen av cytoskjelettet. Rab og Sar1 / Arf-gruppeproteinene påvirker vesikulær transport og Ran-proteinene regulerer kjernetransport og cellesyklusen.

Heterotrimeriske G-proteiner

Denne typen proteiner fortjener også en assosiasjon med to andre proteinfaktorer, slik at signalveien fra det ytre miljøet til det indre av cellen består av tre elementer i følgende rekkefølge:

1. De reseptorer koblet til G-proteiner
2. Den G-proteiner
3. De proteiner eller kanaler effektorer

Det er et stort mangfold av heterotrimeriske G-proteiner, og dette er relatert til det store mangfoldet av α-underenheter som finnes i naturen, hvor bare 20% av aminosyresekvensen er bevart.

Heterotrimeriske G-proteiner identifiseres vanligvis takket være mangfoldet av a-underenheten, hovedsakelig basert på deres funksjonelle og sekvenslikheter.

Α-underenhetene består av fire familier (Gs-familien, Gi / o-familien, Gq-familien og G12-familien). Hver familie består av en annen "isotype" som til sammen utgjør mer enn 15 forskjellige former for α-underenheter.

G-familie

Denne familien inneholder representanter som også deltar i oppreguleringen av adenylatcyklaseproteiner og kommer til uttrykk i de fleste celletyper. Den består av to medlemmer: Gs og Golf.

Abonnementet “s” refererer til stimulering og abonnementet “olf” refererer til “lukt” (fra engelsk “olfaction”). Golfproteiner kommer spesielt til uttrykk i sensoriske nevroner som er ansvarlige for lukt.

G-familie

Dette er den største og mest mangfoldige familien. De kommer til uttrykk i mange celletyper og medier reseptoravhengig hemming av forskjellige typer adenylcyklase (underskriften "i" refererer til hemming).

Proteiner med a-underenhetene i Go-gruppen uttrykkes spesielt i celler i sentralnervesystemet og har to varianter: A og B.

G-familie

Proteiner med denne α-underenhetsfamilien er ansvarlig for reguleringen av fosfolipase C. Denne familien består av fire medlemmer hvis α-underenheter er uttrykt av forskjellige gener. De er rikelig i leverceller, nyreceller og lunger.

G-familie

Denne familien uttrykkes allestedsnærværende i organismer, og de eksakte cellulære prosessene regulert av proteiner med disse underenhetene er ikke kjent med sikkerhet.

Β og γ underenheter

Selv om mangfoldet av alfa-strukturer er avgjørende for identifisering av heterotrimeriske proteiner, er det også mye mangfold med hensyn til de to andre underenhetene: beta og gamma.

Egenskaper

G-proteiner deltar i "kanalisering" av signaler fra reseptorer på plasmamembranen til effektorkanaler eller enzymer.

Det vanligste eksemplet på funksjonen til denne typen proteiner er i reguleringen av enzymet adenylatcyklase, et enzym som er ansvarlig for syntesen av adenosin 3 ', 5'-monofosfat eller ganske enkelt syklisk AMP, et molekyl som har viktige funksjoner som en annen messenger i mange kjente cellulære prosesser:

-Selektiv fosforylering av proteiner med spesifikke funksjoner

-Genetisk transkripsjon

-Reorganisering av cytoskjelettet

-Secretion

-Depolarisering av membranen

De deltar også indirekte i reguleringen av signaleringskaskaden til inositoler (fosfatidylinositol og dets fosforylerte derivater), som er ansvarlig for kontrollen av kalsiumavhengige prosesser som kjemotaksis og utskillelsen av oppløselige faktorer.

Mange ionekanaler og transportproteiner blir direkte kontrollert av proteiner fra G-proteinfamilien, og disse proteinene er også involvert i mange sensoriske prosesser som blant annet syn, lukt.

Hvordan fungerer de?

Modusen for interaksjon av et G-protein med effektorproteiner er spesifikk for hver klasse eller familie av proteiner.

For G-proteiner kombinert med membranreseptorer (heterotrimeriske G-proteiner) forårsaker bindingen av et guaninnukleotid som BNP eller guanosindifosfat til a-underenheten tilknytningen av de tre underenhetene, og danner et kompleks kjent som Gαβy eller G-GDP, som er festet til membranen.

Hvis BNP-molekylet deretter blir byttet mot et GTP-molekyl, dissoserer a-underenheten bundet til GTP fra β- og γ-underenhetene og danner et separat kompleks kjent som Gα-GTP, som er i stand til å endre aktiviteten til dets enzymer eller målbærerproteiner.

Den hydrolytiske aktiviteten til denne underenheten gjør at den kan fullføre aktiveringen og bytte ut GTP for et nytt BNP, og overføres til den inaktive konformasjonen.

I fravær av de eksiterte reseptorene som assosieres med G-proteiner, er denne prosessen med utveksling fra BNP til GTP veldig treg, noe som betyr at heterotrimeriske G-proteiner bare bytter BNP for GTP med en fysiologisk betydelig hastighet når de er bundet til deres spente reseptorer.

referanser

1. Gilman, G. (1987). G-proteiner: Transdusere av reseptorgenererte signaler. Årlige anmeldelser i biokjemi, 56, 615-649.
2. Milligan, G., & Kostenis, E. (2006). Heterotrimeriske G-proteiner: en kort historie. British Journal of Pharmacology, 147, 546–555.
3. Offermanns, S. (2003). G-proteiner som transdusere i transmembrane signalering. Progress in Biophysics & Molecular Biology, 83, 101–130.
4. Simon, M., Strathmann, MP, & Gautam, N. (1991). Mangfold av proteiner i signaloverføring. Vitenskap, 252, 802-808.
5. Syrovatkina, V., Alegre, KO, Dey, R., & Huang, X. (2016). Regulering, signalering og fysiologiske funksjoner av G-proteiner. Journal of Molecular Biology, 428 (19), 3850–3868.