G PROTEINI: ZGRADBA, VRSTE IN FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2026

V G proteini, ali gvanin nukleotid vezavnih proteinov , so proteini povezani z plazemske membrane, ki spada v družino signal "sklopnimi" proteine, ki imajo pomembne funkcije v številnih postopkov signalne transdukcije v evkariontskih organizmih.

V literaturi so G proteini opisani kot binarna molekularna stikala, saj njihovo biološko aktivnost določajo spremembe v njihovi strukturi, ki jih dajejo nukleotidne vrste, na katere se lahko vežejo: nukleotidi gvanozina (difosfat (BDP) in trifosfat (GTP)).

Struktura proteina Ras, monomernega proteina G (Vir: Mark 'AbsturZ' prek Wikimedia Commons)

Na splošno jih aktivirajo receptorji iz družine beljakovin, znani kot receptorji, vezani na G-beljakovine (GPCR), ki prejmejo zunanji začetni signal in ga pretvorijo v konformacijske spremembe, ki sprožijo aktiviranje, kar se nato prevede v aktivacijo drugega efektorskega proteina.

Nekateri avtorji menijo, da so se kodirni geni za to družino beljakovin razvijali z podvajanjem in razhajanjem skupnega gena prednikov, katerega produkt je bil vedno bolj izpopolnjen in specializiran.

Med veliko raznolikostjo celičnih funkcij, ki jih imajo ti proteini, so translokacija makromolekul med sintezo beljakovin, transdukcija hormonskih signalov in senzoričnih dražljajev, pa tudi regulacija celične proliferacije in diferenciacije.

Opisana sta dva razreda te vrste beljakovin: majhni G proteini in heterotrimerični G proteini. Prva tridimenzionalna struktura proteina G je nastala pred več kot desetletjem iz majhnega G proteina, znanega kot Ras.

Struktura

Strukturno gledano prepoznamo dve vrsti G proteinov: majhne G proteine ​​in veliko bolj zapletene heterotrimerne G proteine.

Majhne beljakovine G sestavljajo en sam polipeptid z okoli 200 aminokislinskih ostankov in približno 20-40 kDa, v njihovi strukturi pa je ohranjena katalitična domena (domena G), sestavljena iz petih α-vijačnic, šestih β prepognjenih listov in pet polipeptidnih zank.

Po drugi strani so heterotrimerični proteini integralni membranski proteini, ki so sestavljeni iz treh polipeptidnih verig, znanih kot podenote α, β in γ.

-A podenota tehta med 40 in 52 kDa, ima območje vezave gvaninskega nukleotida in ima GTPazno aktivnost, da hidrolizira vezi med fosfatnimi skupinami GTP.

A podenote različnih G proteinov imajo nekatere strukturne domene, kot so tista za vezavo in hidrolizo GTP, vendar se na mestih vezave za receptorske in efektorske proteine ​​zelo razlikujejo.

-Podenota ima nekoliko nižjo molekulsko maso (med 35 in 36 kDa).

- Po drugi strani je γ podenota veliko manjša in ima približno molekulsko maso 8 kDa.

Vsi heterotrimerni G proteini imajo 7 transmembranskih domen in si delijo podobnost zaporedja z domenoma β in γ. Ti dve domeni sta tako močno povezani, da ju gledamo kot eno samo funkcionalno enoto.

Vrste

Kot že omenjeno, obstajata dve vrsti proteinov G: majhen in heterotrimerni.

Majhni proteini G imajo vlogo pri rasti celic, izločanju beljakovin in medcelični interakciji veziklov. Po drugi strani pa so heterotrimerni G proteini povezani s transdukcijo signalov s površinskih receptorjev in prav tako delujejo kot stikala, ki se med dvema stanjama izmenjujeta, odvisno od pridruženega nukleotida.

Majhni G proteini

Te beljakovine imenujemo tudi majhne GTPaze, majhne beljakovine, ki vežejo GTP, ali presežno družino Ras proteina in tvorijo neodvisno superdružino znotraj velikega razreda hidrofila GTP z regulacijskimi funkcijami.

Ti proteini so zelo raznoliki in nadzorujejo več celičnih procesov. Zanje je značilna ohranjena GTP vezavna domena, domena "G". Vezava tega fosfatnega nukleotida povzroči pomembne konformacijske spremembe njihove katalitične domene v majhnih G proteinih.

Njegova dejavnost je tesno povezana z beljakovinami, ki aktivirajo GTPase (GAP) in gvaninskim nukleotidnim izmenjevalnim faktorjem (GEF).

V evkariontih je bilo opisanih pet razredov ali družin majhnih beljakovin G:

-Ras

-Ro

-Rab

-Sar1 / Arf

-Ran

Proteini Ras in Rho nadzorujejo ekspresijo genov, Rho proteini pa modulirajo tudi reorganizacijo citoskeleta. Proteini skupine Rab in Sar1 / Arf vplivajo na vezikularni transport, proteini Ran pa uravnavajo jedrski transport in celični cikel.

Heterotrimerični G proteini

Ta vrsta beljakovin si zasluži tudi povezavo z dvema faktorjema beljakovin, tako da je signalna pot od zunanjega okolja do notranjosti celice sestavljena iz treh elementov v naslednjem vrstnem redu:

1. V receptorji vezana na G proteini
2. The G proteini
3. Učinkovine proteinov ali kanalov

Obstaja velika raznolikost heterotrimeričnih G proteinov in to je povezano z veliko raznolikostjo podenot α, ki obstajajo v naravi, v katerih je ohranjenih le 20% zaporedja aminokislin.

Heterotrimerične G proteine ​​običajno prepoznamo po raznolikosti α podenote, ki temelji predvsem na njihovi funkcionalni in zaporedni podobnosti.

Podenote α sestavljajo štiri družine (družina Gs, družina Gi / o, družina Gq in družina G12). Vsaka družina je sestavljena iz različnega "izotipa", ki skupaj sestavlja več kot 15 različnih oblik α podenot.

G družina

Ta družina vsebuje predstavnike, ki sodelujejo tudi pri uravnavanju beljakovin adenylat ciklaze in se izraža v večini vrst celic. Sestavljata ga dva člana: Gs in Golf.

Napis "s" se nanaša na stimulacijo in podpis "olf" se nanaša na "vonj" (iz angleščine "olfaction"). Golf proteini se še posebej izražajo v senzoričnih nevronih, odgovornih za vonj.

G družina

To je največja in najbolj raznolika družina. Izražajo se v številnih vrstah celic in od receptorja odvisne inhibicije različnih vrst adenil ciklaze (podpis "i" se nanaša na inhibicijo).

Beljakovine z α podenotami skupine Go se izražajo zlasti v celicah centralnega živčnega sistema in imajo dve različici: A in B.

G družina

Beljakovine s to družino α-podenote so odgovorne za regulacijo fosfolipaze C. To družino sestavljajo štirje člani, katerih α-podenote so izražene z različnimi geni. V izobilju so jetrne celice, ledvične celice in pljuča.

G družina

Ta družina se vseprisotno izraža v organizmih in z gotovostjo ni znano, kaj natančno so celični procesi regulirani s proteini s temi podenotami.

Β in γ podenote

Čeprav je raznolikost alfa struktur odločilna za identifikacijo heterotrimeričnih beljakovin, je tudi glede drugih dveh podenot: beta in gama veliko raznolikosti.

Lastnosti

G proteini sodelujejo pri "usmerjanju" signalov od receptorjev na plazemski membrani do efektorskih kanalov ali encimov.

Najpogostejši primer delovanja te vrste beljakovin je v uravnavanju encima adenilat ciklaze, encima, odgovornega za sintezo adenozin 3 ', 5'-monofosfata ali preprosto cikličnega AMP, molekule, ki ima pomembne funkcije kot drugi glasnik v mnogih znanih celičnih procesih:

-Selektivna fosforilacija beljakovin s specifičnimi funkcijami

-Gensko prepisovanje

-Reorganizacija citoskeleta

-Skrecija

-Depolarizacija membrane

Posredno sodelujejo tudi pri uravnavanju signalne kaskade inozitolov (fosfatidilinozitola in njegovih fosforiliranih derivatov), ​​ki so odgovorni za nadzor nad kalcijem odvisnih procesov, kot sta hemotaksija in izločanje topnih dejavnikov.

Številne ionske kanale in transportne beljakovine neposredno nadzirajo proteini iz družine beljakovin G. Prav tako so ti proteini vključeni v številne senzorične procese, kot so vid, vonj.

Kako delujejo?

Način interakcije proteina G z proteini efektorja je značilen za vsak razred ali družino beljakovin.

Za membranske G-beljakovine, povezane z receptorji (heterotrimerični G proteini), vezava gvaninskega nukleotida, kot sta BDP ali gvanozin-difosfat, na α podenoto, povzroči povezavo treh podenot in tvori kompleks, znan kot Gαβγ ali G-GDP, ki je pritrjena na membrano.

Če se molekula BDP naknadno zamenja za molekulo GTP, se podenota α, vezana na GTP, loči od β in γ podenot in tvori ločen kompleks, znan kot Gα-GTP, ki je sposoben spremeniti aktivnost svojih encimov oz. ciljni proteinski proteini.

Hidrolitična aktivnost te podenote mu omogoča, da konča aktivacijo in zamenja GTP za nov BDP ter preide v neaktivno konformacijo.

Ker ni vznemirjenih receptorjev, ki se povezujejo z G proteini, je ta proces izmenjave iz BDP v GTP zelo počasen, kar pomeni, da heterotrimerični G proteini izmenjujejo BDP samo za GTP s fiziološko pomembno hitrostjo, ko so vezani na svoje vznemirjeni receptorji.

Reference

1. Gilman, G. (1987). G Proteini: pretvorniki signalov, ki jih generirajo receptorji. Letni pregledi iz biokemije, 56, 615–649.
2. Milligan, G., in Kostenis, E. (2006). Heterotrimerni G-proteini: kratka zgodovina. British Journal of Pharmacology, 147, 546–555.
3. Offermanns, S. (2003). G-proteini kot pretvorniki v transmembranski signalizaciji. Napredek v biofiziki in molekularni biologiji, 83, 101–130.
4. Simon, M., Strathmann, poslanec, & Gautam, N. (1991). Raznolikost beljakovin G pri pretvorbi signala. Znanost, 252, 802-808.
5. Syrovatkina, V., Alegre, KO, Dey, R., in Huang, X. (2016). Regulacija, signalizacija in fiziološke funkcije G-beljakovin. Journal of Molecular Biology, 428 (19), 3850–3868.