G-PROTEINER: STRUKTUR, TYPER OG FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

De G -proteiner, eller guaninnukleotidbindende bindingsproteiner, er proteiner associeret med plasmamembranen tilhører en familie af signal "kobling" proteiner, der har vigtige funktioner i mange signaltransduktionsprocesser i eukaryote organismer.

I litteraturen beskrives G-proteiner som binære molekylære switches, da deres biologiske aktivitet bestemmes af ændringerne i deres struktur givet af nukleotid-arten, som de er i stand til at binde til: guanosin-nukleotider (diphosphat (BNP) og triphosphat (GTP)).

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

De aktiveres generelt af receptorer fra en familie af proteiner kendt som G-protein-koblede receptorer (GPCR), der modtager et eksternt initialsignal og omdanner det til konformationelle ændringer, der udløser aktivering, som det oversættes derefter til aktivering af et andet effektorprotein.

Nogle forfattere mener, at de kodende gener for denne familie af proteiner udviklede sig ved duplikering og divergens af et almindeligt forfadergen, hvis produkt blev raffineret og specialiseret mere og mere.

Blandt det store udvalg af cellulære funktioner, som disse proteiner har, er translokation af makromolekyler under proteinsyntese, transduktion af hormonelle signaler og sensoriske stimuli samt regulering af celleproliferation og differentiering.

To klasser af denne type protein er blevet beskrevet: de små G-proteiner og de heterotrimere G-proteiner. Den første tredimensionelle struktur af et G-protein blev afledt for mere end et årti siden fra et lille G-protein kendt som Ras.

Struktur

Strukturelt set genkendes to typer G-proteiner: de små G-proteiner og de meget mere komplekse heterotrimeriske G-proteiner.

Små G-proteiner består af et enkelt polypeptid med ca. 200 aminosyrerester og ca. 20-40 kDa, og i deres struktur er der et konserveret katalytisk domæne (G-domænet) sammensat af fem a-helixer, seks ß-foldede ark og fem polypeptidsløjfer.

Heterotrimeriske G-proteiner er på den anden side integrerede membranproteiner, der er sammensat af tre polypeptidkæder, kendt som a-, p- og y-underenhederne.

-A-underenheden vejer mellem 40 og 52 kDa, har en guanin-nukleotid-bindingsregion og har GTPase-aktivitet til hydrolysering af bindinger mellem phosphatgrupperne i GTP.

A-underenhederne af forskellige G-proteiner deler nogle strukturelle domæner, såsom dem til binding og hydrolyse af GTP, men de er meget forskellige på bindingsstederne for receptor- og effektorproteiner.

-P-underenheden har en lidt lavere molekylvægt (mellem 35 og 36 kDa).

-Y-underenheden er på den anden side meget mindre og har en omtrentlig molekylvægt på 8 kDa.

Alle heterotrimeriske G-proteiner har 7 transmembrane domæner og deler sekvenslighed med p- og y-domænerne. Disse to domæner er så stærkt forbundet, at de ses som en enkelt funktionel enhed.

typer

Som nævnt ovenfor er der to typer G-proteiner: små og heterotrimeriske.

Små G-proteiner har roller i cellevækst, proteinsekretion og intracellulær vesikelinteraktion. På den anden side er heterotrimeriske G-proteiner forbundet med transduktion af signaler fra overfladeceptorer og fungerer også som omskiftere, der skifter mellem to tilstande afhængigt af det tilknyttede nukleotid.

Små G-proteiner

Disse proteiner kaldes også små GTPaser, små GTP-bindende proteiner eller Ras proteinsuperfamilie og danner en uafhængig superfamilie inden for den store klasse af GTP-hydrolaser med regulerende funktioner.

Disse proteiner er meget forskellige og kontrollerer flere cellulære processer. De er kendetegnet ved et bevaret GTP-bindende domæne, "G" -domænet. Bindingen af ​​dette phosphatnukleotid forårsager vigtige konformationelle ændringer i deres katalytiske domæne i små G-proteiner.

Dets aktivitet er tæt forbundet med GTPase Activating Protein (GAP) og Guanine Nucleotide Exchange Factor (GEF).

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

-Ras

Rho

-Rab

-Sar1 / Arf

-Ran

Ras- og Rho-proteinerne kontrollerer genekspression, og Rho-proteinerne modulerer også reorganiseringen af ​​cytoskelettet. Rab- og Sar1 / Arf-gruppeproteinerne påvirker vesikulær transport og Ran-proteinerne regulerer nuklear transport og cellecyklus.

Heterotrimeriske G-proteiner

Denne type protein fortjener også en forbindelse med to andre proteinfaktorer, så signalvejen fra det ydre miljø til det indre af cellen består af tre elementer i følgende rækkefølge:

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

Der er en stor mangfoldighed af heterotrimeriske G-proteiner, og dette er relateret til den store mangfoldighed af a-underenheder, der findes i naturen, hvor kun 20% af aminosyresekvensen bevares.

Heterotrimeriske G-proteiner identificeres normalt takket være mangfoldigheden af ​​a-underenheden, hovedsageligt baseret på deres funktionelle og sekvensligheder.

A-underenhederne består af fire familier (Gs-familien, Gi / o-familien, Gq-familien og G12-familien). Hver familie består af en anden "isotype", der tilsammen udgør mere end 15 forskellige former for α-underenheder.

G familie

Denne familie indeholder repræsentanter, der også deltager i opregulering af adenylatcyclase-proteiner og udtrykkes i de fleste celletyper. Det består af to medlemmer: Gs og Golf.

Abonnementet “s” refererer til stimulering, og abonnementet “olf” henviser til “lugt” (fra engelsk “olfaction”). Golfproteiner udtrykkes især i de sensoriske neuroner, der er ansvarlige for lugt.

G familie

Dette er den største og mest forskellige familie. De udtrykkes i mange celletyper og medierer receptorafhængig inhibering af forskellige typer adenylcyklase (underskriften "i" henviser til inhibering).

Proteiner med a-underenhederne i Go-gruppen udtrykkes især i celler i det centrale nervesystem og har to varianter: A og B.

G familie

Proteiner med denne α-underenhedsfamilie er ansvarlige for reguleringen af ​​phospholipase C. Denne familie består af fire medlemmer, hvis α-underenheder udtrykkes af forskellige gener. De er rigelige i leverceller, nyreceller og lunger.

G familie

Denne familie udtrykkes allestedsnærværende i organismer, og de nøjagtige cellulære processer, der reguleres af proteiner med disse underenheder, vides ikke med sikkerhed.

Β og γ underenheder

Selvom mangfoldigheden af ​​alfa-strukturer er afgørende for identificeringen af ​​heterotrimeriske proteiner, er der også en stor mangfoldighed med hensyn til de to andre underenheder: beta og gamma.

Funktioner

G-proteiner deltager i "kanalisering" af signaler fra receptorer på plasmamembranen til effektorkanaler eller enzymer.

Det mest almindelige eksempel på funktionen af ​​denne type protein er i reguleringen af ​​enzymet adenylatcyklase, et enzym, der er ansvarlig for syntesen af ​​adenosin 3 ', 5'-monophosphat eller simpelthen cyklisk AMP, et molekyle, der har vigtige funktioner som en anden messenger i mange kendte cellulære processer:

-Selektiv fosforylering af proteiner med specifikke funktioner

-Genetisk transkription

-Reorganisering af cytoskelettet

-Secretion

-Depolarisering af membranen

De deltager også indirekte i reguleringen af ​​signaleringskaskaden for inositoler (phosphatidylinositol og dets fosforylerede derivater), som er ansvarlige for kontrollen af ​​calciumafhængige processer såsom kemotaksis og udskillelsen af ​​opløselige faktorer.

Mange ionkanaler og transportproteiner styres direkte af proteiner fra G-proteinfamilien, ligesom disse proteiner er involveret i mange sensoriske processer, såsom syn, lugt, blandt andre.

Hvordan fungerer de?

Modusen for interaktion af et G-protein med effektorproteiner er specifik for hver klasse eller familie af proteiner.

For membranreceptorkoblede G-proteiner (heterotrimeriske G-proteiner) forårsager bindingen af ​​et guanin-nukleotid, såsom BNP eller guanosindiphosphat til a-underenheden, forbindelsen mellem de tre underenheder og danner et kompleks kendt som Gαβy eller G-GDP, som er fastgjort til membranen.

Hvis BNP-molekylet derefter udveksles med et GTP-molekyle, adskiller a-underenheden, der er bundet til GTP, fra β- og γ-underenhederne og danner et separat kompleks kendt som Gα-GTP, som er i stand til at ændre aktiviteten af ​​dets enzymer eller målbærerproteiner.

Den hydrolytiske aktivitet af denne underenhed gør det muligt for den at afslutte aktiveringen ved at udveksle GTP for et nyt BNP og gå videre til den inaktive konformation.

I fravær af de exciterede receptorer, der er forbundet med G-proteiner, er denne proces med udveksling fra BNP til GTP meget langsom, hvilket betyder, at heterotrimeriske G-proteiner kun udveksler BNP for GTP med en fysiologisk signifikant hastighed, når de er bundet til deres ophidsede receptorer.

Referencer

1. Gilman, G. (1987). G-proteiner: Transducere af receptorgenererede signaler. Årlige anmeldelser i biokemi, 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 transducere i transmembrane signalering. Fremskridt inden for biofysik og molekylærbiologi, 83, 101-130.
4. Simon, M., Strathmann, MP, & Gautam, N. (1991). Mangfoldighed af G-proteiner i signaltransduktion. Videnskab, 252, 802-808.
5. Syrovatkina, V., Alegre, KO, Dey, R., & Huang, X. (2016). Regulering, signalering og fysiologiske funktioner af G-proteiner. Journal of Molecular Biology, 428 (19), 3850–3868.