G PROTEÍNY: ŠTRUKTÚRA, TYPY A FUNKCIE - BIOLÓGIE - 2026

Tieto G proteíny, alebo guanín nukleotid väzobné proteíny , proteíny spojené s plazmatické membrány patrí do rodiny signálnych "spriahadla" proteíny, ktoré majú dôležité funkcie v mnohých procesov signálnej transdukcie v eukaryotických organizmoch.

V literatúre sú G proteíny opísané ako binárne molekulárne prepínače, pretože ich biologická aktivita je určená zmenami v ich štruktúre danými nukleotidovými druhmi, na ktoré sa môžu viazať: guanozínové nukleotidy (difosfát (GDP) a trifosfát (GTP)).

Štruktúra proteínu Ras, monomérneho proteínu G (Zdroj: Mark 'AbsturZ' prostredníctvom Wikimedia Commons)

Spravidla sú aktivované receptormi rodiny proteínov známych ako receptory spojené s G-proteínmi (GPCR), ktoré prijímajú externý počiatočný signál a prevádzajú ho na konformačné zmeny, ktoré spúšťajú aktiváciu, ktoré je následne translatovaný do aktivácie iného efektorového proteínu.

Niektorí autori sa domnievajú, že kódujúce gény pre túto rodinu proteínov sa vyvinuli duplikáciou a divergenciou spoločného génu predkov, ktorého produkt sa stále viac a viac špecializoval.

Medzi veľké množstvo bunkových funkcií, ktoré tieto proteíny majú, patrí translokácia makromolekúl počas syntézy proteínov, transdukcia hormonálnych signálov a senzorických stimulov, ako aj regulácia bunkovej proliferácie a diferenciácie.

Boli opísané dve triedy tohto typu proteínov: malé G proteíny a heterotrimérne G proteíny. Prvá trojrozmerná štruktúra G proteínu bola odvodená pred viac ako desiatimi rokmi z malého G proteínu známeho ako Ras.

štruktúra

Štrukturálne sú rozoznávané dva typy G proteínov: malé G proteíny a oveľa komplexnejšie heterotrimérne G proteíny.

Malé G proteíny sú tvorené jedným polypeptidom s približne 200 aminokyselinovými zvyškami a približne 20-40 kDa a vo svojej štruktúre je konzervatívna katalytická doména (doména G) zložená z piatich a-helixov, šiestich p-skladaných listov a päť polypeptidových slučiek.

Heterotrimérne G proteíny, na druhej strane, sú integrálnymi membránovými proteínmi, ktoré sú zložené z troch polypeptidových reťazcov, známych ako podjednotky a, p a y.

-A podjednotka váži medzi 40 a 52 kDa, má väzbovú oblasť guanínového nukleotidu a má aktivitu GTPázy na hydrolýzu väzieb medzi fosfátovými skupinami GTP.

A-podjednotky rôznych G proteínov zdieľajú niektoré štruktúrne domény, ako sú napríklad tie, ktoré sa viažu na GTP a hydrolyzujú, ale vo svojich väzobných miestach sú veľmi odlišné od receptorových a efektorových proteínov.

-P podjednotka má mierne nižšiu molekulovú hmotnosť (medzi 35 a 36 kDa).

- Y podjednotka je na druhej strane oveľa menšia a má približnú molekulovú hmotnosť 8 kDa.

Všetky heterotrimérne G proteíny majú 7 transmembránových domén a zdieľajú sekvenčnú podobnosť s P a y doménami. Tieto dve domény sú natoľko spojené, že sa považujú za jednu funkčnú jednotku.

druhy

Ako je uvedené vyššie, existujú dva typy G proteínov: malé a heterotrimérne.

Malé proteíny G majú úlohu v bunkovom raste, sekrécii proteínov a vo vzájomnom pôsobení intracelulárnych vezikúl. Na druhej strane heterotrimérne G proteíny sú spojené s transdukciou signálov z povrchových receptorov a tiež pôsobia ako prepínače, ktoré sa striedajú medzi dvoma stavmi v závislosti od pridruženého nukleotidu.

Malé G proteíny

Tieto proteíny sa tiež nazývajú malé GTPázy, malé proteíny viažuce GTP alebo superrodina proteínov Ras a tvoria nezávislú superrodinu v rámci veľkej triedy hydroláz GTP s regulačnými funkciami.

Tieto proteíny sú veľmi rozmanité a riadia mnoho bunkových procesov. Vyznačujú sa konzervovanou GTP-viažucou doménou, "G" doménou. Väzba tohto fosfátového nukleotidu spôsobuje dôležité konformačné zmeny v ich katalytickej doméne v malých G proteínoch.

Jeho aktivita úzko súvisí s GTPázovým aktivačným proteínom (GAP) a faktorom výmeny guanínových nukleotidov (GEF).

V eukaryotoch bolo opísaných päť tried alebo rodín malých G proteínov:

-Ras

-Rho

-Rab

-Sar1 / Arf

-Ran

Proteíny Ras a Rho kontrolujú expresiu génov a proteíny Rho tiež modulujú reorganizáciu cytoskeletu. Proteíny skupiny Rab a Sar1 / Arf ovplyvňujú vezikulárny transport a Ran proteíny regulujú jadrový transport a bunkový cyklus.

Heterotrimérne G proteíny

Tento typ proteínu si tiež zaslúži spojenie s dvoma ďalšími proteínovými faktormi, takže signálna dráha z vonkajšieho prostredia do vnútra bunky sa skladá z troch prvkov v tomto poradí:

1. Tieto receptory spriahnuté s G proteínmi
2. Tieto G proteíny
3. Tieto proteíny alebo kanály efektory

Existuje veľká rôznorodosť heterotrimérnych G proteínov a to súvisí s veľkou rozmanitosťou a podjednotiek, ktoré existujú v prírode, v ktorej je zachovaných iba 20% aminokyselinovej sekvencie.

Heterotrimérne G proteíny sa zvyčajne identifikujú vďaka rozmanitosti a-podjednotky, hlavne na základe ich funkčných a sekvenčných podobností.

Podjednotky α sa skladajú zo štyroch rodín (rodina Gs, rodina Gi / o, rodina Gq a rodina G12). Každá rodina sa skladá z iného „izotypu“, ktorý spolu vytvára viac ako 15 rôznych foriem α podjednotiek.

G rodina

Táto rodina obsahuje zástupcov, ktorí sa tiež podieľajú na up-regulácii proteínov adenylátcyklázy a je exprimovaná vo väčšine typov buniek. Pozostáva z dvoch členov: Gs a Golf.

Dolný index „s“ označuje stimuláciu a dolný index „olf“ označuje „zápach“ (z anglického „olfaction“). Golfové proteíny sú zvlášť exprimované v senzorických neurónoch zodpovedných za zápach.

G rodina

Toto je najväčšia a najrozmanitejšia rodina. Sú exprimované v mnohých bunkových typoch a sprostredkujú receptorovo závislú inhibíciu rôznych typov adenylcyklázy (dolný index "i" označuje inhibíciu).

Proteíny s a-podjednotkami Go skupiny sú exprimované najmä v bunkách centrálneho nervového systému a majú dva varianty: A a B.

G rodina

Proteíny s touto rodinou a-podjednotiek sú zodpovedné za reguláciu fosfolipázy C. Táto rodina pozostáva zo štyroch členov, ktorých a-podjednotky sú exprimované rôznymi génmi. Sú hojné v pečeňových bunkách, obličkových bunkách a pľúcach.

G rodina

Táto rodina je všadeprítomne exprimovaná v organizmoch a presné bunkové procesy regulované proteínmi s týmito podjednotkami nie sú s istotou známe.

Β a y podjednotky

Aj keď rozmanitosť alfa štruktúr je rozhodujúca pre identifikáciu heterotrimérnych proteínov, existuje tiež veľká rôznorodosť, pokiaľ ide o ďalšie dve podjednotky: beta a gama.

Vlastnosti

G proteíny sa zúčastňujú na "usmerňovaní" signálov z receptorov na plazmatickej membráne do efektorových kanálov alebo enzýmov.

Najbežnejším príkladom funkcie tohto typu proteínu je regulácia enzýmu adenylátcyklázy, enzýmu zodpovedného za syntézu adenozín 3 ', 5'-monofosfátu alebo jednoducho cyklického AMP, molekuly, ktorá má dôležité funkcie ako druhý posol. v mnohých známych bunkových procesoch:

- Selektívna fosforylácia proteínov so špecifickými funkciami

- Genetická transkripcia

- Reorganizácia cytoskeletu

-Secretion

-Depolarizácia membrány

Nepriamo sa zúčastňujú aj na regulácii signálnej kaskády inozitolov (fosfatidylinozitolu a jeho fosforylovaných derivátov), ​​ktoré sú zodpovedné za kontrolu procesov závislých od vápnika, ako je chemotaxia a vylučovanie rozpustných faktorov.

Mnoho iónových kanálov a transportných proteínov je priamo kontrolovaných proteínmi z proteínovej rodiny G. Tieto proteíny sa okrem iného podieľa na mnohých senzorických procesoch, ako je napríklad videnie, čuch.

Ako fungujú?

Spôsob interakcie G proteínu s efektorovými proteínmi je špecifický pre každú triedu alebo skupinu proteínov.

V prípade G proteínov spojených s membránovým receptorom (heterotrimérne G proteíny) spôsobuje väzba guanínového nukleotidu, ako je GDP alebo guanozín difosfát, na a podjednotku a spojenie týchto troch podjednotiek, čím sa vytvára komplex známy ako Gaβy alebo G-GDP, ktorý je pripojený k membráne.

Ak je molekula GDP následne vymenená za GTP molekulu, podjednotka a naviazaná na GTP sa disociuje od podjednotiek p a y, čím sa vytvorí samostatný komplex známy ako Ga-GTP, ktorý je schopný zmeniť aktivitu svojich enzýmov alebo cieľové nosné proteíny.

Hydrolytická aktivita tejto podjednotky umožňuje jej dokončenie aktivácie, výmenu GTP za nový GDP a prechod na neaktívnu konformáciu.

V neprítomnosti excitovaných receptorov, ktoré sa spájajú s G proteínmi, je tento proces výmeny z GDP na GTP veľmi pomalý, čo znamená, že heterotrimérne G proteíny vymieňajú GDP iba ​​za GTP fyziologicky významnou rýchlosťou, keď sú naviazané na svoje proteíny. vzrušené receptory.

Referencie

1. Gilman, G. (1987). G Proteíny: prevodníky signálov generovaných receptorom. Annual Reviews in Biochemistry, 56, 615 - 649.
2. Milligan, G., & Kostenis, E. (2006). Heterotrimérne G-proteíny: krátka história. British Journal of Pharmacology, 147, 546 - 555.
3. Offermanns, S. (2003). G-proteíny ako prevodníky pri transmembránovej signalizácii. Progress in Biofyzics & Molecular Biology, 83, 101 - 130.
4. Simon, M., Strathmann, MP, & Gautam, N. (1991). Diverzita proteínov G pri transdukcii signálu. Science, 252, 802-808.
5. Syrovatkina, V., Alegre, KO, Dey, R. a Huang, X. (2016). Regulácia, signalizácia a fyziologické funkcie G-proteínov. Journal of Molecular Biology, 428 (19), 3850 - 3868.