Г ПРОТЕИНИ: СТРУКТУРА, ВРСТЕ И ФУНКЦИЈЕ - БИОЛОГИЈА - 2025

Тхе Г протеини, или гуанин нуклеотид везујући протеини су протеини повезани са плазма мембране припада породици сигнала "Цоуплер" протеина који имају важне функције у многим процеса преноса сигнала у еукариотским организмима.

У литератури су Г протеини описани као бинарни молекуларни прекидачи, пошто је њихова биолошка активност одређена променама у њиховој структури које дају нуклеотидне врсте на које су способни да се везују: нуклеотиди гуанозина (дифосфат (БДП) и трифосфат (ГТП)).

Структура Рас протеина, мономераног Г протеина (Извор: Марк 'АбстурЗ' путем Викимедиа Цоммонс)

Они се обично активирају рецепторима из породице протеина познатих као рецептори повезани у Г-протеин (ГПЦР), који примају спољни иницијални сигнал и претварају га у конформацијске промене које покрећу активацију, а које накнадно се преводи у активацију другог ефекторског протеина.

Неки аутори сматрају да су гени који кодирају ову породицу протеина еволуирали умножавањем и одступањем заједничког гена предака, чији је производ све више дорађиван и специјализован.

Међу великом разноликошћу ћелијских функција које ови протеини имају су транслокација макромолекула током синтезе протеина, трансдукција хормонских сигнала и сензорних подражаја, као и регулација ћелијске пролиферације и диференцијације.

Описане су две класе ове врсте протеина: мали Г протеини и хетеротримерни Г протеини. Прва тродимензионална структура Г протеина изведена је пре више од деценије од малог Г протеина познатог као Рас.

Структура

Структурно гледано, препознате су две врсте Г протеина: мали Г протеини и много сложенији хетеротримерни Г протеини.

Мали Г протеини се састоје од једног полипептида са око 200 аминокиселинских остатака и око 20-40 кДа, а у њиховој структури постоји очувани каталитички домен (Г домен) који се састоји од пет α-хелика, шест β пресавијених листова и пет полипептидних петљи.

Хетеротримерни Г протеини, са друге стране, су интегрални мембрански протеини који су састављени од три полипептидна ланца, позната као α, β и γ подјединице.

-А подјединица тежи између 40 и 52 кДа, има подручје везивања за гванински нуклеотид и има ГТПазну активност да хидролизује везе између фосфатних група ГТП.

А подјединице различитих Г протеина деле неке структуралне домене као што су оне ГТП везивања и хидролизе, али се у њиховим везивним местима веома разликују за рецепторе и ефекторске протеине.

-П подјединица има нешто нижу молекуларну тежину (између 35 и 36 кДа).

-Сам подјединица је, с друге стране, много мања и има приближну молекулску масу од 8 кДа.

Сви хетеротримерни Г протеини имају 7 трансмембранских домена и деле сличност секвенци на β и γ домене. Ова два домена су тако снажно повезана да се посматрају као једна функционална целина.

Врсте

Као што је горе поменуто, постоје две врсте Г протеина: мали и хетеротримерни.

Мали Г протеини имају улогу у расту ћелија, излучивању протеина и међућелијској везикули. С друге стране, хетеротримерни Г протеини повезани су са трансдукцијом сигнала са површинских рецептора, а делују и као прекидачи који се наизменично измјењују између два стања у зависности од нуклеотида.

Мали Г протеина

Ови протеини се такође називају малим ГТПазама, малим протеинима који се вежу за ГТП или Рас протеин супервеликом породицом и формирају независну супер-породицу унутар велике класе ГТП хидролазе са регулаторним функцијама.

Ови протеини су веома разнолики и контролишу више ћелијских процеса. Одликује их сачувани ГТП-везујући домен, "Г" домен. Везивање овог фосфатног нуклеотида изазива важне конформацијске промене у њиховом каталитичком домену у малим Г протеинима.

Његова активност је уско повезана са протеинима који активирају ГТПасе (ГАП) и фактором за измену нуклеотида гвансе (ГЕФ).

У еукариотама је описано пет класа или породице малих Г протеина:

-Рас

-Рхо

-Раб

-Сар1 / Арф

-Ран

Рас и Рхо протеини контролирају експресију гена, а Рхо протеини такође модулирају реорганизацију цитоскелета. Протеини групе Раб и Сар1 / Арф утичу на везикуларни транспорт, а Ран протеини регулишу нуклеарни транспорт и ћелијски циклус.

Хетеротримерни Г протеини

Ова врста протеина такође заслужује повезаност са још два протеинска фактора, тако да се сигнални пут од спољашњег окружења ка унутрашњости ћелије састоји од три елемента следећим редоследом:

1. У рецептори спрегнути са Г протеинима
2. Тхе Г протеини
3. Тхе протеинс или цханнелс ефектори

Постоји велика разноликост хетеротримерних Г протеина и то је повезано са великом разноликошћу α подјединица које постоје у природи, у којима је сачувано само 20% секвенце аминокиселина.

Хетеротримерни Г протеини се обично идентификују захваљујући разноликости α подјединице, која се заснива углавном на њиховим функционалним и секвенцијалним сличностима.

Подјединице α чине четири породице (породица Гс, породица Ги / о, породица Гк и породица Г12). Свака породица састоји се од различитог „изотипа“ који заједно сачињава више од 15 различитих облика α подјединица.

Г породица

Ова породица садржи представнике који такође учествују у повећању регулације протеина аденилат циклазе и изражава се у већини типова ћелија. Чине га два члана: Гс и Голф.

Потпис "с" односи се на стимулацију, а подпис "олф" односи се на "мирис" (од енглеског "олфацтион"). Голф протеини су посебно изражени у сензорним неуронима одговорним за мирис.

Г породица

Ово је највећа и најразноврснија породица. Изражавају се у многим типовима ћелија и инхибирају различите типове аденил циклазе зависне од рецептора (подпис "и" односи се на инхибицију).

Протеини са α подјединицама Го групе експримирају се посебно у ћелијама централног нервног система и имају две варијанте: А и Б.

Г породица

Протеини из ове породице α-подјединица одговорни су за регулацију фосфолипазе Ц. Ова породица се састоји од четири члана чије су α-подјединице изражене различитим генима. Обилује их јетри јетре, ћелија бубрега и плућа.

Г породица

Ова породица се свеприсутно испољава у организмима и са сигурношћу се не зна шта су тачно ћелијски процеси регулисани протеинима са овим подјединицама.

Β и γ подјединице

Иако је разноликост алфа структура пресудна за идентификацију хетеротримеричних протеина, такође постоји и много разноликости у односу на остале две подјединице: бета и гама.

Карактеристике

Г протеини учествују у „каналисању“ сигнала од рецептора на плазма мембрани до ефекторских канала или ензима.

Најчешћи пример функције ове врсте протеина је у регулацији ензима аденилат циклазе, ензима одговорног за синтезу аденосин 3 ', 5'-монофосфата или једноставно цикличног АМП, молекула који има важне функције као другог гласника у многим познатим ћелијским процесима:

-Селективна фосфорилација протеина са специфичним функцијама

-Генетска транскрипција

-Реорганизација цитоскелета

-Скреција

-Деполаризација мембране

Такође индиректно учествују у регулацији каскаде сигнала инозитола (фосфатидилинозитола и његових фосфорилираних деривата), који су одговорни за контролу процеса зависних од калцијума, као што су хемотаксија и излучивање растворљивих фактора.

Многи јонски канали и транспортни протеини директно контролишу протеине из породице протеина Г. Исто тако, ти протеини су укључени у многе сензорне процесе, као што су вид, мирис, између осталог.

Како функционишу?

Начин интеракције Г протеина и ефекторских протеина је специфичан за сваку класу или породицу протеина.

За Г протеине спојене мембранским рецепторима (хетеротримерични Г протеини), везивање нуклеотида гванина као што је БДП или гванозин дифосфат на α подјединицу изазива удруживање три подјединице, формирајући комплекс познат као Гαβγ или Г-ГДП, која је причвршћена на мембрану.

Ако се молекул БДП-а накнадно замени за ГТП молекул, α подјединица везана за ГТП раздваја се од β и γ подјединица, формирајући одвојени комплекс познат као Гα-ГТП, који је у стању да промени активност својих ензима или циљни носачи протеина.

Хидролитичка активност ове подјединице омогућава јој да заврши активацију, разменујући ГТП за нови БДП, прелазећи на неактивну конформацију.

У недостатку побуђених рецептора који се повезују са Г протеинима, овај процес размене из БДП-а у ГТП је веома спор, што значи да хетеротримерни Г протеини само БДП размењују за ГТП физиолошки значајном брзином када су везани за свој узбуђени рецептори.

Референце

1. Гилман, Г. (1987). Г Протеини: Претварачи сигнала генерисаних рецептором. Годишњи прегледи из биохемије, 56, 615-649.
2. Миллиган, Г. и Костенис, Е. (2006). Хетеротримерни Г протеини: кратка историја. Бритисх Јоурнал оф Пхармацологи, 147, 546–555.
3. Офферманнс, С. (2003). Г протеини као претварачи у трансмембранској сигнализацији. Напредак у биофизици и молекуларној биологији, 83, 101–130.
4. Симон, М., Стратхманн, посланик, и Гаутам, Н. (1991). Разноликост протеина Г у трансдукцији сигнала. Наука, 252, 802-808.
5. Сироваткина, В., Алегре, КО, Деи, Р., и Хуанг, Кс. (2016). Регулација, сигнализација и физиолошке функције Г-протеина. Јоурнал оф Молецулар Биологи, 428 (19), 3850–3868.