G ПРОТЕИНИ: СТРУКТУРА, ВИДОВЕ И ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

На G протеини, или гуанин нуклеотид свързващи протеини са протеини, свързани с плазмената мембрана, принадлежащо към семейството на сигнал "разклонител" протеини, които имат важни функции в много сигнални трансдукционни процеси в еукариотни организми.

В литературата G протеините са описани като двоични молекулни превключватели, тъй като тяхната биологична активност се определя от промените в структурата им, дадени от нуклеотидните видове, към които те са в състояние да се свържат: гуанозинови нуклеотиди (дифосфат (БВП) и трифосфат (GTP)).

Структура на протеина Ras, мономерен G протеин (Източник: Mark 'AbsturZ' през Wikimedia Commons)

Те обикновено се активират от рецептори от семейство протеини, известни като рецептори, свързани с G-протеин (GPCR), които получават външен първоначален сигнал и го превръщат в конформационни промени, които предизвикват активиране, които впоследствие се превежда в активирането на друг ефектор протеин.

Някои автори смятат, че гените, кодиращи това семейство протеини, са се развили чрез дублиране и разминаване на общ ген на предците, чийто продукт е все по-усъвършенстван и специализиран.

Сред голямото разнообразие от клетъчни функции, които тези протеини имат, е транслокацията на макромолекулите по време на синтеза на протеини, трансдукцията на хормонални сигнали и сензорни стимули, както и регулирането на клетъчната пролиферация и диференциация.

Описани са два класа от този вид протеин: малките G протеини и хетеротримерните G протеини. Първата триизмерна структура на G протеин е получена преди повече от десетилетие от малък G протеин, известен като Ras.

структура

В структурно отношение два типа G протеини се разпознават: малките G протеини и много по-сложните хетеротримерни G протеини.

Малките G протеини се състоят от един полипептид с около 200 аминокиселинни остатъци и около 20-40 kDa и в тяхната структура има запазен каталитичен домен (G домейн), съставен от пет α-спирали, шест β-сгънати листа и пет полипептидни бримки.

От друга страна, хетеротримерните G протеини са интегрални мембранни протеини, които са съставени от три полипептидни вериги, известни като α, β и γ субединици.

-А-субединицата тежи между 40 и 52 kDa, има гуанинов нуклеотиден свързващ регион и има GTPазна активност да хидролизира връзките между фосфатните групи на GTP.

А субединиците на различни G протеини споделят някои структурни домейни като тези на GTP свързване и хидролиза, но са много различни по своите места на свързване към рецепторни и ефекторни протеини.

-Р субединицата има малко по-ниско молекулно тегло (между 35 и 36 kDa).

Γ субединицата, от друга страна, е много по-малка и има приблизително молекулно тегло от 8 kDa.

Всички хетеротримерни G протеини имат 7 трансмембранни домена и споделят сходни последователности с β и γ домейни. Тези два домейна са толкова силно свързани, че се разглеждат като единична функционална единица.

Видове

Както бе споменато по-горе, има два вида G протеини: малки и хетеротримерни.

Малките G протеини имат роля в растежа на клетките, секрецията на протеини и вътреклетъчното взаимодействие на везикулите. От друга страна, хетеротримерните G протеини са свързани с трансдукция на сигнали от повърхностни рецептори и също така действат като превключватели, които се редуват между две състояния в зависимост от свързания нуклеотид.

Малки G протеини

Тези протеини се наричат ​​също малки GTPases, малки GTP-свързващи протеини или Ras протеин суперсемейство и образуват независима суперсемейство в рамките на големия клас от GTP хидролази с регулаторни функции.

Тези протеини са много разнообразни и контролират множество клетъчни процеси. Те се характеризират със запазен GTP-свързващ домейн, "G" домейн. Свързването на този фосфатен нуклеотид причинява важни конформационни промени в техния каталитичен домен в малки G протеини.

Дейността му е тясно свързана с протеин, активиращ GTPase (GAP) и гуанинов нуклеотиден фактор за обмен (GEF).

В еукариотите са описани пет класа или семейства малки G протеини:

-Ras

-Rho

-Rab

-Sar1 / Arf

-Ran

Ras и Rho протеините контролират генната експресия, а Rho протеините също модулират реорганизацията на цитоскелета. Протеините от групата Rab и Sar1 / Arf влияят на везикуларен транспорт, а протеините Ran регулират ядрения транспорт и клетъчния цикъл.

Хетеротримерни G протеини

Този вид протеин също заслужава връзка с два други протеинови фактора, така че сигнализиращият път от външната среда към вътрешността на клетката е съставен от три елемента в следния ред:

1. На рецептори, свързани с G протеини
2. На G протеини
3. На протеини или канали ефектори

Има голямо разнообразие от хетеротримерни G протеини и това е свързано с голямото разнообразие на α субединици, които съществуват в природата, в които се запазва само 20% от аминокиселинната последователност.

Хетеротримерните G протеини обикновено се идентифицират благодарение на разнообразието на α субединицата, основана главно на функционалните им и сходни сходства.

Съединенията на α са съставени от четири фамилии (семейство Gs, семейство Gi / o, семейство Gq и семейство G12). Всяко семейство е съставено от различен „изотип“, който заедно събира до повече от 15 различни форми на α субединици.

G семейство

Това семейство съдържа представители, които също участват в регулацията на аденилат циклазата и се експресира в повечето типове клетки. Той е съставен от двама членове: Gs и Golf.

Подписът "s" се отнася до стимулация, а индексът "olf" се отнася до "мирис" (от английски "olfaction"). Голф протеините се експресират особено в сензорните неврони, отговорни за миризмата.

G семейство

Това е най-голямото и разнообразно семейство. Те се изразяват в много типове клетки и медиират рецептор-зависимо инхибиране на различни видове аденил циклаза (подписът "i" се отнася до инхибиране).

Протеините с α субединици на Go група се експресират особено в клетките на централната нервна система и имат два варианта: A и B.

G семейство

Протеините с това семейство на α-субединица са отговорни за регулацията на фосфолипаза С. Това семейство се състои от четири члена, чиито α-субединици се експресират от различни гени. Те са в изобилие в чернодробните клетки, бъбречните клетки и белите дробове.

G семейство

Това семейство е повсеместно експресирано в организмите и точните клетъчни процеси, регулирани от протеини с тези субединици, не са известни със сигурност.

Β и γ субединици

Въпреки че разнообразието от алфа структури е решаващо за идентифицирането на хетеротримерните протеини, има и много разнообразие по отношение на другите две субединици: бета и гама.

Характеристика

G протеините участват в "канализирането" на сигналите от рецепторите на плазмената мембрана към ефекторните канали или ензими.

Най-честият пример за функцията на този вид протеин е в регулирането на ензима аденилатциклаза, ензим, отговорен за синтеза на аденозин 3 ', 5'-монофосфат или просто цикличен AMP, молекула, която има важни функции като втори пратеник в много известни клетъчни процеси:

-Селективно фосфорилиране на протеини със специфични функции

-Генетична транскрипция

-Реорганизация на цитоскелета

-Secretion

-Деполяризация на мембраната

Те също така индиректно участват в регулирането на сигналната каскада на инозитолите (фосфатидилинозитол и неговите фосфорилирани производни), които са отговорни за контрола на зависимите от калция процеси като хемотаксис и секрецията на разтворими фактори.

Много йонни канали и транспортни протеини са пряко контролирани от протеини от семейството на протеини G. По същия начин, тези протеини участват в много сензорни процеси като зрение, миризма, между другото.

Как работят?

Начинът на взаимодействие на G протеин с ефекторни протеини е специфичен за всеки клас или семейство протеини.

За G протеини, съчетани с мембранни рецептори (хетеротримерни G протеини), свързването на гуанинов нуклеотид като БВП или гуанозин дифосфат към α субединица предизвиква асоциирането на трите субединици, образувайки комплекс, известен като Gαβγ или G-GDP, която е прикрепена към мембраната.

Ако молекулата на БВП впоследствие бъде заменена за молекула GTP, α субединицата, свързана с GTP, се отделя от β и γ субединици, образувайки отделен комплекс, известен като Gα-GTP, който е в състояние да промени активността на своите ензими или целеви протеини-носители.

Хидролитичната активност на тази субединица й позволява да завърши активирането, обменяйки GTP за нов БВП, преминавайки към неактивната конформация.

При липса на възбудени рецептори, които се свързват с G протеини, този процес на обмен от БВП към GTP е много бавен, което означава, че хетеротримерните G протеини обменят само БВП за GTP с физиологично значима скорост, когато са свързани с техния възбудени рецептори.

Препратки

1. Gilman, G. (1987). G Протеини: Преобразуватели на генерирани от рецептори сигнали. Годишни рецензии по биохимия, 56, 615-649.
2. Milligan, G., и Kostenis, E. (2006). Хетеротримерни G-протеини: кратка история. Британски журнал по фармакология, 147, 546–555.
3. Offermanns, S. (2003). G-протеини като преобразуватели в трансмембранната сигнализация. Напредък в биофизиката и молекулярната биология, 83, 101-130.
4. Simon, M., Strathmann, MP, & Gautam, N. (1991). Разнообразие на G протеини при преобразуване на сигнали. Наука, 252, 802-808.
5. Syrovatkina, V., Alegre, KO, Dey, R., & Huang, X. (2016). Регулация, сигнализация и физиологични функции на G-протеини. Journal of Molecular Biology, 428 (19), 3850–3868.