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

De G -proteiner, eller guanin nukleotid-bindande proteiner , är proteiner som är associerade med plasmamembranet som tillhör en familj av signal "coupler" proteiner som har viktiga funktioner i många signaltransduktionsprocesser i eukaryota organismer.

I litteraturen beskrivs G-proteiner som binära molekylomkopplare, eftersom deras biologiska aktivitet bestäms av förändringarna i deras struktur som ges av nukleotidarterna till vilka de kan binda: guanosinnukleotider (difosfat (BNP) och trifosfat (GTP)).

Strukturen av Ras-proteinet, ett monomeriskt G-protein (Källa: Mark 'AbsturZ' via Wikimedia Commons)

De aktiveras generellt av receptorer från en familj av proteiner kända som G-protein-kopplade receptorer (GPCR), som får en extern initial signal och omvandlar den till konformationella förändringar som utlöser aktivering, som det översätts därefter till aktiveringen av ett annat effektorprotein.

Vissa författare anser att de kodande generna för denna familj av proteiner utvecklats genom duplikering och divergens av en vanlig förfädergen, vars produkt förfinades och specialiserades mer och mer.

Bland de stora variationerna av cellfunktioner som dessa proteiner har är omlokalisering av makromolekyler under proteinsyntes, transduktion av hormonella signaler och sensoriska stimuli, såväl som reglering av cellproliferation och differentiering.

Två klasser av denna typ av protein har beskrivits: de små G-proteinerna och de heterotrimeriska G-proteinerna. Den första tredimensionella strukturen av ett G-protein härleddes för mer än ett decennium sedan från ett litet G-protein känt som Ras.

Strukturera

Strukturellt sett erkänns två typer av G-proteiner: de små G-proteinerna och de mycket mer komplexa heterotrimeriska G-proteinerna.

Små G-proteiner består av en enda polypeptid med cirka 200 aminosyrarester och cirka 20-40 kDa, och i deras struktur finns en bevarad katalytisk domän (G-domänen) bestående av fem a-helices, sex p-vikta ark och fem polypeptidöglor.

Heterotrimeriska G-proteiner är å andra sidan integrerade membranproteiner som består av tre polypeptidkedjor, kända som a-, p- och y-subenheterna.

-A-subenheten väger mellan 40 och 52 kDa, har en guaninnukleotidbindande region och har GTPasaktivitet för att hydrolysera bindningar mellan fosfatgrupperna i GTP.

A-subenheterna för olika G-proteiner delar vissa strukturella domäner såsom de för GTP-bindning och hydrolys, men är mycket olika på deras bindningsställen till receptor- och effektorproteiner.

-P-subenheten har en något lägre molekylvikt (mellan 35 och 36 kDa).

-Y-subenheten, å andra sidan, är mycket mindre och har en ungefärlig molekylvikt på 8 kDa.

Alla heterotrimeriska G-proteiner har 7 transmembrandomäner och delar sekvenslikhet med p- och y-domänerna. Dessa två domäner är så starkt associerade att de ses som en enda funktionell enhet.

typer

Som nämnts ovan finns det två typer av G-proteiner: små och heterotrimeriska.

Små G-proteiner har roller i celltillväxt, proteinsekretion och intercellulär vesikelinteraktion. Å andra sidan är heterotrimeriska G-proteiner associerade med transduktion av signaler från ytreceptorer och fungerar också som switchar som växlar mellan två tillstånd beroende på den tillhörande nukleotiden.

Små G-proteiner

Dessa proteiner kallas också små GTPaser, små GTP-bindande proteiner eller Ras protein superfamily och bildar en oberoende superfamily inom den stora klassen av GTP hydrolaser med reglerande funktioner.

Dessa proteiner är mycket olika och kontrollerar flera cellulära processer. De kännetecknas av en bevarad GTP-bindande domän, "G" -domänen. Bindningen av denna fosfatnukleotid orsakar viktiga konformationella förändringar i deras katalytiska domän i små G-proteiner.

Dess aktivitet är nära besläktad med GTPase Activating Protein (GAP) och Guanine Nucleotide Exchange Factor (GEF).

Fem klasser eller familjer med små G-proteiner har beskrivits i eukaryoter:

-ras

-Rho

-Rab

-Sar1 / Arf

-Ran

Ras- och Rho-proteinerna styr genuttryck och Rho-proteinerna modulerar också omorganisationen av cytoskeletten. Proteinerna från Rab och Sar1 / Arf-gruppen påverkar vesikulär transport och Ran-proteinerna reglerar kärntransport och cellcykeln.

Heterotrimeriska G-proteiner

Denna typ av protein förtjänar också en associering med två andra proteinfaktorer, så att signalvägen från den yttre miljön till det inre av cellen består av tre element i följande ordning:

1. De receptorer kopplade till G-proteiner
2. De G-proteiner
3. De proteiner eller kanaler effektorer

Det finns en stor mångfald av heterotrimeriska G-proteiner och detta är relaterat till den stora mångfalden av a-subenheter som finns i naturen, där endast 20% av aminosyrasekvensen bevaras.

Heterotrimeriska G-proteiner identifieras vanligtvis tack vare mångfalden i a-subenheten, baserat huvudsakligen på deras funktionella och sekvenslikheter.

A-subenheterna består av fyra familjer (Gs-familjen, Gi / o-familjen, Gq-familjen och G12-familjen). Varje familj består av en annan "isotyp" som tillsammans ger upp till mer än 15 olika former av α-subenheter.

G-familj

Denna familj innehåller representanter som också deltar i uppregleringen av adenylatcyklasproteiner och uttrycks i de flesta celltyper. Den består av två medlemmar: Gs och Golf.

Abonnemanget "s" avser stimulering och subskriptet "olf" avser "lukt" (från engelska "olfaction"). Golfproteiner uttrycks särskilt i de sensoriska nervcellerna som ansvarar för lukten.

G-familj

Detta är den största och mest mångsidiga familjen. De uttrycks i många celltyper och medierar receptorberoende hämning av olika typer av adenylcyklas (underskriften "i" avser hämning).

Proteiner med a-subenheterna i Go-gruppen uttrycks särskilt i celler i centrala nervsystemet och har två varianter: A och B.

G-familj

Proteiner med denna α-underenhetsfamilj ansvarar för reglering av fosfolipas C. Denna familj består av fyra medlemmar vars α-subenheter uttrycks av olika gener. De finns rikligt i leverceller, njurceller och lungor.

G-familj

Denna familj uttrycks allmänt i organismer och de exakta cellprocesserna som regleras av proteiner med dessa underenheter är inte kända med säkerhet.

Β och γ subenheter

Även om mångfalden i alfastrukturer är avgörande för identifiering av heterotrimeriska proteiner, finns det också mycket mångfald med avseende på de andra två underenheterna: beta och gamma.

Funktioner

G-proteiner deltar i "kanalisering" av signaler från receptorer på plasmamembranet till effektorkanaler eller enzymer.

Det vanligaste exemplet på funktionen av denna typ av protein är i regleringen av enzymet adenylatcyklas, ett enzym som är ansvarigt för syntesen av adenosin 3 ', 5'-monofosfat eller helt enkelt cyklisk AMP, en molekyl som har viktiga funktioner som en andra messenger i många kända cellprocesser:

-Selektiv fosforylering av proteiner med specifika funktioner

-Genetisk transkription

-Reorganisering av cytoskelettet

-Utsöndring

-Depolarisering av membranet

De deltar också indirekt i regleringen av signaleringskaskaden för inositoler (fosfatidylinositol och dess fosforylerade derivat), som ansvarar för kontrollen av kalciumberoende processer såsom kemotaxi och utsöndring av lösliga faktorer.

Många jonkanaler och transportproteiner styrs direkt av proteiner från G-proteinfamiljen, liksom dessa proteiner är involverade i många sensoriska processer såsom syn, lukt, bland andra.

Hur fungerar de?

Läget för interaktion mellan ett G-protein och effektorproteiner är specifikt för varje klass eller familj av proteiner.

För G-proteiner i kombination med membranreceptorer (heterotrimeriska G-proteiner) orsakar bindningen av en guaninnukleotid såsom BNP eller guanosindifosfat till a-subenheten föreningen av de tre underenheterna och bildar ett komplex känt som Gαpy eller G-GDP, som är fäst vid membranet.

Om BNP-molekylen därefter utbyts mot en GTP-molekyl, dissocierar a-underenheten bunden till GTP från β- och y--enheterna och bildar ett separat komplex känt som Gα-GTP, som kan förändra aktiviteten hos dess enzymer eller målbärarproteiner.

Den hydrolytiska aktiviteten hos denna underenhet gör att den kan avsluta aktiveringen, utbyta GTP för en ny BNP, över till den inaktiva konformationen.

I frånvaro av de upphetsade receptorerna som associerar med G-proteiner är denna process för utbyte från BNP till GTP mycket långsam, vilket innebär att heterotrimeriska G-proteiner endast byter BNP för GTP med en fysiologiskt signifikant hastighet när de är bundna till deras upphetsade receptorer.

referenser

1. Gilman, G. (1987). G-proteiner: givare av receptorgenererade signaler. Årliga recensioner i biokemi, 56, 615-649.
2. Milligan, G., & Kostenis, E. (2006). Heterotrimeriska G-proteiner: en kort historia. British Journal of Pharmacology, 147, 546–555.
3. Offermanns, S. (2003). G-proteiner som omvandlare vid transmembran signalering. Framsteg inom biofysik och molekylärbiologi, 83, 101–130.
4. Simon, M., Strathmann, MP, & Gautam, N. (1991). Mångfald av G-proteiner vid signalöverföring. Science, 252, 802-808.
5. Syrovatkina, V., Alegre, KO, Dey, R., & Huang, X. (2016). Reglering, signalering och fysiologiska funktioner hos G-proteiner. Journal of Molecular Biology, 428 (19), 3850–3868.