G PROTEĪNI: STRUKTŪRA, VEIDI UN FUNKCIJAS - BIOLOĢIJA - 2025

Ar G proteīnu, vai guanīna nukleotīdu saistošiem proteīniem , ir olbaltumvielas, kas saistītas ar plazmas membrānu, kas pieder pie ģimenes signālu "sakabi" olbaltumvielas, kas ir svarīgas funkcijas daudzās signālu pārneses procesiem eikariotu organismos.

Literatūrā G proteīni tiek aprakstīti kā bināri molekulārie slēdži, jo to bioloģisko aktivitāti nosaka to struktūras izmaiņas, ko piešķir nukleotīdu sugas, pie kurām tie spēj saistīties: guanozīna nukleotīdi (difosfāts (IKP)) un trifosfāts (GTP)).

Ras proteīna, monomēra G proteīna, struktūra (Avots: Mark 'AbsturZ', izmantojot Wikimedia Commons)

Parasti tos aktivizē olbaltumvielu saimes, kas pazīstama kā ar G-proteīnu savienotus receptorus (GPCR), receptori, kas saņem ārēju sākotnējo signālu un pārvērš to konformācijas izmaiņās, kas izraisa aktivizēšanu, kas vēlāk tas tiek pārveidots par cita efektora proteīna aktivizēšanu.

Daži autori uzskata, ka gēni, kas kodē šo olbaltumvielu saimi, attīstījās, kopējot senču gēnu, kura produkts tika arvien pilnveidots un specializēts.

Starp lielajām dažādo šūnu funkcijām, kas šīm olbaltumvielām pieder, ir makromolekulu pārvietošana olbaltumvielu sintēzes laikā, hormonālo signālu un sensoro stimulu pārvade, kā arī šūnu proliferācijas un diferenciācijas regulēšana.

Ir aprakstītas divas šāda veida olbaltumvielu klases: mazie G proteīni un heterotrimērie G proteīni. G proteīna pirmā trīsdimensiju struktūra tika iegūta vairāk nekā pirms desmit gadiem no neliela G proteīna, kas pazīstams kā Ras.

Uzbūve

Strukturāli runājot, tiek atzīti divu veidu G proteīni: mazie G proteīni un daudz sarežģītākie heterotrimēriskie G proteīni.

Mazos G proteīnus veido viens polipeptīds ar apmēram 200 aminoskābju atlikumiem un aptuveni 20–40 kDa, un to struktūrā ir konservēts katalītiskais domēns (G domēns), kas sastāv no piecām α-helikām, sešām β-salocītām loksnēm un piecas polipeptīdu cilpas.

Heterotrimērie G proteīni, no otras puses, ir neatņemami membrānas proteīni, kas sastāv no trim polipeptīdu ķēdēm, kas pazīstamas kā α, β un γ apakšvienības.

-A apakšvienība sver no 40 līdz 52 kDa, tai ir guanīna nukleotīdu saistošs reģions un tai ir GTPāzes aktivitāte, lai hidrolizētu saites starp GTP fosfātu grupām.

Dažādu G olbaltumvielu α subvienībām ir daži strukturālie domēni, piemēram, GTP saistīšanās un hidrolīzes apgabali, taču to saistošās vietas ir ļoti atšķirīgas pie receptoru un efektorproteīniem.

-B subvienībai ir nedaudz zemāka molekulmasa (no 35 līdz 36 kDa).

- No otras puses, γ apakšvienība ir daudz mazāka, un tās aptuvenā molekulmasa ir 8 kDa.

Visiem heterotrimēriem G proteīniem ir 7 transmembranālie domēni, un tiem ir līdzīga secība ar β un γ domēniem. Šie divi domēni ir tik cieši saistīti, ka tiek uzskatīti par vienu funkcionālu vienību.

Veidi

Kā minēts iepriekš, pastāv divu veidu G olbaltumvielas: mazie un heterotrimērie.

Nelieliem G proteīniem ir loma šūnu augšanā, olbaltumvielu sekrēcijā un intracelulāro vezikulu mijiedarbībā. No otras puses, heterotrimērie G proteīni ir saistīti ar signālu pārvadi no virsmas receptoriem, un tie darbojas arī kā slēdži, kas mainās starp diviem stāvokļiem atkarībā no saistītā nukleotīda.

Mazi G proteīni

Šīs olbaltumvielas sauc arī par mazām GTPāzēm, mazām GTP saistošām olbaltumvielām vai Ras olbaltumvielu virsģimeni un veido neatkarīgu virsģimeni lielajā GTP hidrolāžu klasē ar regulējošām funkcijām.

Šie proteīni ir ļoti dažādi un kontrolē vairākus šūnu procesus. Viņiem ir raksturīgs konservēts GTP saistošs domēns - "G" domēns. Šī fosfāta nukleotīda saistīšanās izraisa svarīgas konformācijas izmaiņas to katalītiskajā domēnā mazos G proteīnos.

Tās darbība ir cieši saistīta ar GTPāzes aktivējošo olbaltumvielu (GAP) un guanīna nukleotīdu apmaiņas faktoru (GEF).

Eukariotos aprakstītas piecas mazu G olbaltumvielu klases vai ģimenes:

-Ras

-Rho

-Rab

-Sar1 / Arf

-Ran

Ras un Rho proteīni kontrolē gēnu ekspresiju, un Rho proteīni arī modulē citoskeleta reorganizāciju. Rab un Sar1 / Arf grupas proteīni ietekmē vezikulāro transportu, un Ran olbaltumvielas regulē kodola transportu un šūnu ciklu.

Heterotrimērie G proteīni

Šis olbaltumvielu veids ir pelnījis saistību arī ar diviem citiem olbaltumvielu faktoriem, lai signalizācijas ceļu no ārējās vides uz šūnas iekšpusi veidotu trīs elementi šādā secībā:

1. The receptori kopā ar G-olbaltumvielām
2. The G proteīnu
3. The proteins vai kanāli izpildmehānismi

Pastāv liela heterotrimērisko G olbaltumvielu daudzveidība, un tas ir saistīts ar dabā pastāvošo α subvienību lielo daudzveidību, kurā tiek saglabāti tikai 20% aminoskābju secības.

Heterotrimērie G proteīni parasti tiek identificēti, pateicoties α subvienības daudzveidībai, galvenokārt balstoties uz to funkcionālajām un secības līdzībām.

Α apakšvienības sastāv no četrām ģimenēm (G ģimene, Gi / o ģimene, Gq ģimene un G12 ģimene). Katru ģimeni veido atšķirīgs “izotips”, kas kopā veido vairāk nekā 15 dažādas α apakšvienību formas.

G ģimene

Šajā ģimenē ir pārstāvji, kas arī piedalās adenilāta ciklāzes olbaltumvielu augšupregulācijā un ir izteikti lielākajā daļā šūnu tipu. To veido divi dalībnieki: Gs un Golf.

Apakšindekss “s” attiecas uz stimulāciju, un apakšindekss “olf” attiecas uz “smaržu” (no angļu valodas “olfaction”). Golfa olbaltumvielas ir īpaši izteiktas maņu neironos, kas ir atbildīgi par ožu.

G ģimene

Šī ir lielākā un daudzveidīgākā ģimene. Tie ir izteikti daudzos šūnu tipos un mediē dažādu veidu adenilciklāzes inhibitorus no receptoriem (apakšindekss "i" norāda uz inhibīciju).

Olbaltumvielas ar Go grupas α apakšvienībām tiek izteiktas īpaši centrālās nervu sistēmas šūnās, un tām ir divi varianti: A un B.

G ģimene

Olbaltumvielas ar šo α-apakšvienības saimi ir atbildīgas par fosfolipāzes C regulēšanu. Šī ģimene sastāv no četriem locekļiem, kuru α-apakšvienības izsaka dažādi gēni. Tie ir bagātīgi aknu šūnās, nieru šūnās un plaušās.

G ģimene

Šī ģimene ir visuresoši izteikta organismos, un precīzi nav zināmi precīzi šūnu procesi, ko proteīni regulē ar šīm apakšvienībām.

Β un γ apakšvienības

Lai arī alfa struktūru daudzveidība ir noteicošā heterotrimērisko olbaltumvielu identificēšanā, ir arī liela dažādība attiecībā uz abām pārējām apakšvienībām: beta un gamma.

Iespējas

G proteīni piedalās signālu "novirzīšanā" no plazmas membrānas receptoriem uz efektorkanāliem vai fermentiem.

Visizplatītākais šāda veida olbaltumvielu funkcijas piemērs ir enzīma adenilāta ciklāzes regulēšana - ferments, kas atbild par adenozīna 3 ', 5'-monofosfāta vai vienkārši cikliska AMP sintēzi - molekula, kurai ir svarīgas funkcijas kā otrajam kurjeram. daudzos zināmos šūnu procesos:

- olbaltumvielu selektīva fosforilēšana ar specifiskām funkcijām

-Ģenētiskā transkripcija

-Citoskeleta reorganizācija

-Izdalīšana

- Membrānas depolarizācija

Viņi arī netieši piedalās inozītu (fosfatidilinozīta un tā fosforilēto atvasinājumu) signālu kaskādes regulēšanā, kas ir atbildīgi par no kalcija atkarīgo procesu, piemēram, ķemotaksis, un šķīstošo faktoru sekrēcijas kontroli.

Daudzus jonu kanālus un transporta proteīnus tieši kontrolē G olbaltumvielu saimes proteīni, tāpat šie proteīni ir iesaistīti daudzos maņu procesos, piemēram, redzējumā, ožā.

Kā viņi strādā?

G proteīna mijiedarbības veids ar efektorproteīniem ir raksturīgs katrai olbaltumvielu klasei vai ģimenei.

G olbaltumvielām, kas savienotas ar membrānas receptoriem (heterotrimēriem G proteīniem), guanīna nukleotīda, piemēram, GDP vai guanozīna difosfāta, saistīšanās ar α apakšvienību izraisa trīs apakšvienību asociāciju, veidojot kompleksu, kas pazīstams kā Gαβγ vai G-GDP, kas ir piestiprināts pie membrānas.

Ja pēc tam IKP molekula tiek apmainīta pret GTP molekulu, α subvienība, kas piesaistīta GTP, disociējas no β un γ apakšvienībām, veidojot atsevišķu kompleksu, kas pazīstams kā Gα-GTP, kas spēj mainīt tā enzīmu aktivitāti vai mērķa nesēja olbaltumvielas.

Šīs apakšvienības hidrolītiskā aktivitāte ļauj tai pabeigt aktivizēšanu, apmainot GTP pret jaunu IKP, pārejot uz neaktīvo uzbūvi.

Ja nav satrauktu receptoru, kas asociējas ar G olbaltumvielām, šis apmaiņas process no IKP uz GTP notiek ļoti lēni, tas nozīmē, ka heterotrimērie G proteīni tikai apmaina IKP pret GTP ar fizioloģiski nozīmīgu ātrumu, kad tie ir saistīti ar savu proteīnu. satraukti receptori.

Atsauces

1. Džilmans, G. (1987). G proteīni: receptoru ģenerētu signālu pārveidotāji. Gada pārskati bioķīmijā, 56, 615-649.
2. Milligan, G., & Kostenis, E. (2006). Heterotrimēriski G-proteīni: īsa vēsture. British Journal of Pharmacology, 147, 546–555.
3. Offermanns, S. (2003). G-proteīni kā transmembrānas signālu pārveidotāji. Progress biofizikā un molekulārajā bioloģijā, 83, 101–130.
4. Simons, M., Strathmann, MP, un Gautam, N. (1991). G olbaltumvielu daudzveidība signālu pārvadē. Zinātne, 252, 802–808.
5. Syrovatkina, V., Alegre, KO, Dey, R., & Huang, X. (2016). G-proteīnu regulēšana, signalizēšana un fizioloģiskās funkcijas. Journal of Molecular Biology, 428 (19), 3850–3868.