G-PROTEIINIT: RAKENNE, TYYPIT JA TOIMINNOT - BIOLOGIA - 2026

G- proteiineja, tai guaniininukleotidiä sitovia proteiineja, ovat proteiineja, jotka liittyvät solukalvon perheeseen kuuluvan signaalin "kytkin", proteiineja, joilla on tärkeitä tehtäviä useissa signaalitransduktioprosesseihin eukaryoottisissa organismeissa.

Kirjallisuudessa G-proteiineja kuvataan binaarisina molekyylikytkiminä, koska niiden biologinen aktiivisuus määräytyy niiden rakenteessa tapahtuvien muutosten perusteella, jotka antavat nukleotidilajit, joihin ne kykenevät sitoutumaan: guanosiininukleotidit (difosfaatti (GDP) ja trifosfaatti (GTP)).

Ras-proteiinin, monomeerisen G-proteiinin rakenne (Lähde: Mark 'AbsturZ' Wikimedia Commonsin kautta)

Niitä aktivoivat yleensä proteiiniperheen reseptorit, joita kutsutaan G-proteiinikytketyiksi reseptoreiksi (GPCR), jotka vastaanottavat ulkoisen alkusignaalin ja muuntavat sen konformaation muutoksiksi, jotka laukaisevat aktivoinnin, joka sen jälkeen se muutetaan toisen efektoriproteiinin aktivaatioksi.

Jotkut kirjoittajat katsovat, että tätä proteiiniperhettä koodaavat geenit kehittyivät kopioimalla ja jakaantumalla yhteistä esi-geeniä, jonka tuotetta parannettiin ja erikoistettiin yhä enemmän.

Näiden proteiinien lukuisien solutoimintojen joukossa on makromolekyylien siirtäminen proteiinisynteesin aikana, hormonaalisten signaalien ja aistimustimien siirtäminen, samoin kuin solujen lisääntymisen ja erilaistumisen säätely.

Tämän tyyppisten proteiinien kahta luokkaa on kuvattu: pienet G-proteiinit ja heterotrimeriset G-proteiinit. G-proteiinin ensimmäinen kolmiulotteinen rakenne johdettiin yli kymmenen vuotta sitten pienestä G-proteiinista, joka tunnetaan nimellä Ras.

Rakenne

Rakenteellisesti ottaen tunnistetaan kaksi tyyppiä G-proteiineja: pienet G-proteiinit ja paljon monimutkaisemmat heterotrimeriset G-proteiinit.

Pienet G-proteiinit koostuvat yhdestä polypeptidistä, jossa on noin 200 aminohappotähdettä ja noin 20 - 40 kDa, ja niiden rakenteessa on konservoitunut katalyyttinen domeeni (G-domeeni), joka koostuu viidestä a-heeliksestä, kuudesta beeta-taitetusta levystä ja viisi polypeptidisilmukkaa.

Heterotrimeriset G-proteiinit puolestaan ​​ovat kiinteitä membraaniproteiineja, jotka koostuvat kolmesta polypeptidiketjuista, jotka tunnetaan a-, β- ja y-alayksiköinä.

-A-alayksikkö painaa välillä 40 - 52 kDa, sillä on guaniininukleotidia sitova alue ja sillä on GTPaasi-aktiivisuus hydrolysoida sidoksia GTP: n fosfaattiryhmien välillä.

Eri G-proteiinien a-alayksiköillä on yhteisiä rakenteellisia domeeneja, kuten GTP: n sitoutumisen ja hydrolyysin domeeneja, mutta ne ovat hyvin erilaisia ​​sitoutumiskohdissaan reseptori- ja efektoriproteiineihin.

-P-alayksiköllä on hiukan pienempi molekyylipaino (välillä 35-36 kDa).

- Toisaalta γ-alayksikkö on paljon pienempi ja sen likimääräinen molekyylipaino on 8 kDa.

Kaikilla heterotrimerisillä G-proteiineilla on 7 kalvon läpäisevää domeenia ja niiden sekvenssien samankaltaisuus P- ja y-domeenien kanssa. Nämä kaksi aluetta ovat niin voimakkaasti assosioituneita, että niitä pidetään yhtenä funktionaalisena yksikönä.

Tyypit

Kuten edellä mainittiin, G-proteiineja on kahta tyyppiä: pieniä ja heterotrimerisiä.

Pienillä G-proteiineilla on roolia solujen kasvussa, proteiinien erityksessä ja solunsisäisessä vesikkelin vuorovaikutuksessa. Toisaalta heterotrimeeriset G-proteiinit liittyvät signaalien siirtoon pintareseptoreista, ja ne toimivat myös kytkiminä, jotka vuorottelevat kahden tilan välillä riippuen liittyvästä nukleotidista.

Pienet G-proteiinit

Näitä proteiineja kutsutaan myös pieniksi GTPaaseiksi, pieniksi GTP: tä sitoviksi proteiineiksi tai Ras-proteiinien superperheeksi ja ne muodostavat itsenäisen superperheen suuressa GTP-hydrolaasien luokassa, jolla on säätelytoiminnot.

Nämä proteiinit ovat hyvin erilaisia ​​ja säätelevät useita soluprosesseja. Niille on ominaista konservoitunut GTP-sitova domeeni, "G" -domeeni. Tämän fosfaatinukleotidin sitoutuminen aiheuttaa tärkeitä konformaatiomuutoksia niiden katalyyttisessä domeenissa pienissä G-proteiineissa.

Sen aktiivisuus liittyy läheisesti GTPaasiaktivoivaan proteiiniin (GAP) ja guaniininukleotidivaihtotekijään (GEF).

Eukaryooteissa on kuvattu viisi luokkaa tai pienten G-proteiinien perheitä:

-Ras

Rho

-Rab

-Sar1 / Arf

-Ran

Ras- ja Rho-proteiinit säätelevät geeniekspressiota ja Rho-proteiinit myös moduloivat sytoskeleton uudelleenjärjestelyä. Rab- ja Sar1 / Arf-ryhmän proteiinit vaikuttavat vesikulaarikuljetuksiin ja Ran-proteiinit säätelevät ytimen kuljetusta ja solusykliä.

Heterotrimeriset G-proteiinit

Tämäntyyppinen proteiini ansaitsee myös yhdistymisen kahden muun proteiinitekijän kanssa, niin että signalointireitti ulkoisesta ympäristöstä solun sisäpuolelle koostuu kolmesta elementistä seuraavassa järjestyksessä:

1. Reseptorien G-proteiineja
2. G-proteiinien
3. Proteiinit tai kanavia efektorien

Heterotrimeerisiä G-proteiineja on suuri monimuotoisuus ja tämä liittyy luonnossa esiintyvien a-alayksiköiden suureen monimuotoisuuteen, jossa vain 20% aminohapposekvenssistä on säilynyt.

Heterotrimeriset G-proteiinit tunnistetaan yleensä a-alayksikön monimuotoisuuden ansiosta, lähinnä niiden funktionaalisten ja sekvenssien samankaltaisuuksien perusteella.

Α-alayksiköt koostuvat neljästä perheestä (Gs-perhe, Gi / o-perhe, Gq-perhe ja G12-perhe). Jokainen perhe koostuu erilaisesta “isotyypistä”, jotka yhdessä muodostavat yli 15 erilaista a-alayksikön muotoa.

G-perhe

Tämä perhe sisältää edustajia, jotka osallistuvat myös adenylaattisyklaasiproteiinien kohentamiseen, ja ekspressoituu useimmissa solutyypeissä. Se koostuu kahdesta jäsenestä: Gs ja Golf.

Alaindeksi “s” viittaa stimulaatioon ja alaindeksi “olf” viittaa “hajuun” (englannista “olfaction”). Golfproteiinit ilmenevät erityisesti hajujen aiheuttamissa aistien hermosoluissa.

G-perhe

Tämä on suurin ja monipuolisin perhe. Ne ilmenevät monissa solutyypeissä ja välittävät reseptori-riippuvaista erityyppisten adenyylisyklaasien inhibointia (alaindeksi "i" viittaa estämiseen).

Proteiinit, joilla on Go-ryhmän a-alayksiköitä, ilmentyvät erityisesti keskushermoston soluissa, ja niillä on kaksi varianttia: A ja B.

G-perhe

Tämän a-alayksikköperheen proteiinit ovat vastuussa fosfolipaasi C: n säätelystä. Tämä perhe koostuu neljästä jäsenestä, joiden a-alayksiköt ilmenevät eri geeneillä. Niitä on runsaasti maksasoluissa, munuaissoluissa ja keuhkoissa.

G-perhe

Tätä perhettä ekspressoidaan kaikkialla organismeissa, ja ei ole varmaa, mitä tiedetään, mitä solun prosesseja säädellään näiden alayksiköiden proteiinien kautta.

Β ja γ alayksiköt

Vaikka alfarakenteiden monimuotoisuus on ratkaiseva heterotrimeeristen proteiinien tunnistamisessa, on myös paljon monimuotoisuutta suhteessa kahteen muuhun alayksikköön: beeta ja gamma.

ominaisuudet

G-proteiinit osallistuvat signaalien "kanavointiin" plasmakalvon reseptoreista efektorikanaviin tai entsyymeihin.

Yleisin esimerkki tämän tyyppisten proteiinien toiminnasta on adenylaattisyklaasientsyymin, entsyymin, joka vastaa adenosiini-3 ', 5'-monofosfaatin tai yksinkertaisesti syklisen AMP: n synteesistä, säätely, molekyylin, jolla on tärkeitä tehtäviä toisena lähettiläisenä. monissa tunnetuissa soluprosesseissa:

- Spesifisillä toiminnoilla varustettujen proteiinien selektiivinen fosforylointi

- Geneettinen transkriptio

-Sytoskeleton uudelleenorganisointi

-Eritys

-Kalvon depolarisaatio

Ne osallistuvat epäsuorasti myös inositolien (fosfatidyylinositoli ja sen fosforyloidut johdannaiset) signalointikaskadin säätelyyn, jotka vastaavat kalsiumista riippuvien prosessien, kuten kemotaksiksen, ja liukoisten tekijöiden erittymisen valvonnasta.

G-proteiiniperheen proteiinit kontrolloivat suoraan monia ionikanavia ja kuljetusproteiineja, samoin nämä proteiinit osallistuvat moniin aistinvaraisiin prosesseihin, kuten visioon, hajuun, muun muassa.

Kuinka ne toimivat?

G-proteiinin vuorovaikutustapa efektoriproteiineihin on spesifinen jokaiselle proteiiniluokalle tai perheelle.

Membraanireseptoriin kytketyillä G-proteiineilla (heterotrimeriset G-proteiinit) guaniininukleotidin, kuten GDP: n tai guanosiinidifosfaatin, sitoutuminen a-alayksikköön aiheuttaa kolmen alayksikön yhdistymisen muodostaen kompleksin, joka tunnetaan nimellä Gαβγ tai G-GDP, joka on kiinnitetty kalvoon.

Jos GDP-molekyyli vaihdetaan myöhemmin GTP-molekyyliin, GTP: hen sitoutunut a-alayksikkö dissosioituu beeta- ja γ-alayksiköistä muodostaen erillisen kompleksin, jota kutsutaan Gα-GTP: ksi, joka pystyy muuttamaan sen entsyymien tai kohdekantajaproteiinit.

Tämän alayksikön hydrolyyttinen aktiivisuus antaa sille mahdollisuuden lopettaa aktivointi vaihtamalla GTP: n uuteen BKT: hen, siirtyen passiiviseen konformaatioon.

G-proteiineihin assosioituneiden kiihtyneiden reseptoreiden puuttuessa tämä vaihtomenetelmä BKT: stä GTP: ksi on erittäin hidasta, mikä tarkoittaa, että heterotrimeriset G-proteiinit vaihtavat BKT: tä GTP: lle vain fysiologisesti merkitsevällä nopeudella, kun ne ovat sitoutuneet innoissaan reseptoreita.

Viitteet

1. Gilman, G. (1987). G-proteiinit: reseptorien luomien signaalien muuntimet. Vuotuiset arvostelut biokemiassa, 56, 615-649.
2. Milligan, G., ja Kostenis, E. (2006). Heterotrimeriset G-proteiinit: lyhyt historia. British Journal of Pharmacology, 147, 546–555.
3. Offermanns, S. (2003). G-proteiinit muuntimina kalvon läpi tapahtuvassa signaloinnissa. Biofysiikan ja molekyylibiologian kehitys, 83, 101–130.
4. Simon, M., Strathmann, MP, ja Gautam, N. (1991). G-proteiinien monimuotoisuus signaalinsiirrossa. Science, 252, 802 - 808.
5. Syrovatkina, V., Alegre, KO, Dey, R., & Huang, X. (2016). G-proteiinien säätely, signalointi ja fysiologiset toiminnot. Journal of Molecular Biology, 428 (19), 3850–3868.