G-FEHÉRJÉK: SZERKEZET, TÍPUSOK ÉS FUNKCIÓK - BIOLÓGIA - 2026

A G- fehérjék, vagy guanin-nukleotid-kötő fehérjék olyan plazmamembránhoz kapcsolódó proteinek, amelyek a szignál "csatoló" fehérjék családjába tartoznak, és amelyek fontos funkciókat játszanak számos eukarióta organizmusban zajló szignál-transzdukciós folyamatban.

Az irodalomban a G-fehérjéket bináris molekuláris kapcsolókként írják le, mivel biológiai aktivitásukat szerkezeti változásuk határozza meg azon nukleotid fajok által, amelyekhez kötődni tudnak: guanozin nukleotidok (difoszfát (GDP)) és trifoszfát (GTP)).

A Ras protein, a monomer G fehérje szerkezete (Forrás: Mark 'AbsturZ' a Wikimedia Commons segítségével)

Általában G-protein-kapcsolt receptorok (GPCR) néven ismert fehérjecsalád receptoraival aktiválódnak, amelyek külső kezdeti jelet vesznek, és konformációs változásokká alakítják azokat, amelyek aktiválást kiváltanak, amelyek ezt később egy másik effektorfehérje aktiválására fordítja.

Egyes szerzők úgy vélik, hogy a fehérjék ezen családját kódoló gének egy közös ősi gén megkettőződése és divergenciája útján fejlődtek ki, amelynek termékét egyre tovább finomították és specializálják.

Ezeknek a fehérjéknek a sokféle sejtfunkciója között szerepel a makromolekulák transzlokációja a proteinszintézis során, a hormonális jelek és szenzoros ingerek transzdukciója, valamint a sejtek proliferációjának és differenciálódásának szabályozása.

Az ilyen típusú fehérjék két osztályát leírták: a kis G-fehérjék és a heterotrimer G-fehérjék. A G-protein első háromdimenziós szerkezete több mint egy évtizeddel ezelőtt egy Ras nevű kis G-proteinből származik.

Szerkezet

Strukturális szempontból a G fehérjék két típusát felismerik: a kis G fehérjéket és a sokkal összetettebb heterotrimer G proteineket.

A kis G-fehérjék egyetlen polipeptidből állnak, körülbelül 200 aminosavmaradékkal és körülbelül 20-40 kDa-tal, és szerkezetükben van egy konzervált katalitikus domén (G-domén), amely öt α-helikilből, hat β-hajtogatott lemezből és öt polipeptid hurok.

A heterotrimer G-proteinek viszont integrális membránfehérjék, amelyek három polipeptidláncból állnak, amelyek az α, β és γ alegységek.

-A α alegység súlya 40 és 52 kDa között van, guanin nukleotidkötő régióval rendelkezik, és GTPáz-aktivitással rendelkezik, hogy hidrolizálja a GTP foszfátcsoportjai közötti kötéseket.

A különböző G-fehérjék a-alegységei megosztanak bizonyos strukturális doméneket, például a GTP kötődését és hidrolízisét, de a receptor- és az effektorfehérjék kötőhelyeiben nagyon különböznek.

-A β alegység kissé alacsonyabb molekulatömeggel rendelkezik (35 és 36 kDa között).

-A γ alegység viszont sokkal kisebb és hozzávetőleges molekulatömege 8 kDa.

Az összes heterotrimer G fehérje 7 transzmembrán doménnel rendelkezik, és szekvenciájuk hasonlít a β és y doménhez. Ez a két domain annyira szorosan kapcsolódik egymáshoz, hogy egyetlen funkcionális egységnek tekintik őket.

típusai

Mint fentebb említettük, kétféle G-protein létezik: kicsi és heterotrimer.

A kis G fehérjék szerepet játszanak a sejtek növekedésében, a fehérje szekrécióban és az intracelluláris vezikulumok kölcsönhatásában. Másrészt a heterotrimer G proteinek asszociálódnak a jelek transzdukciójával a felszíni receptorokból, és kapcsolókként is működnek, amelyek váltakoznak két állapot között, a társított nukleotidtól függően.

Kis G-fehérjék

Ezeket a fehérjéket kis GTPázoknak, kis GTP-kötő fehérjéknek vagy Ras protein szupercsaládnak is nevezik, és szabályozó funkcióval rendelkező GTP hidrolázok nagy osztályában önálló szupercsaládot alkotnak.

Ezek a fehérjék nagyon változatosak és több sejtfolyamatot irányítanak. Ezeket egy konzervált GTP-kötő domén, a "G" domén jellemzi. Ennek a foszfát-nukleotidnak a kötődése a kis G-fehérjék katalitikus doménjének jelentős konformációs változásait okozza.

Tevékenysége szorosan kapcsolódik a GTPáz aktiváló fehérjéhez (GAP) és a guaninukleotid csere faktorhoz (GEF).

Az eukariótákban öt osztályt vagy kis G-fehérjék családját írták le:

-Ras

-Rho

-Rab

-Sar1 / Arf

-Ran

A Ras és Rho fehérjék szabályozzák a gén expresszióját, és a Rho fehérjék szintén modulálják a citoszkeleton újjászervezését. A Rab és Sar1 / Arf csoport proteinjei befolyásolják a vezikuláris transzportot, a Ran proteinek szabályozzák a nukleáris transzportot és a sejtciklusot.

Heterotrimer G proteinek

Ez a fehérjefajta szintén megkérdezi a kapcsolatot két másik fehérjefaktorral, így a jelző út a külső környezetből a sejt belsejébe három elemből áll, a következő sorrendben:

1. A receptorok kapcsolódtak G-fehérjékhez
2. A G fehérjék
3. A fehérjék vagy csatornák effektorjai

A heterotrimer G-fehérjék nagyon sokféleséggel rendelkeznek, és ez összefügg a természetben létező α-alegységek sokféleségével, amelyben az aminosav-szekvencia csak 20% -a megmarad.

A heterotrimer G proteineket általában az α alegység sokféleségének köszönhetően azonosítják, főleg funkcionális és szekvencia hasonlóságuk alapján.

Az α alegységek négy családból állnak (a Gs család, a Gi / o család, a Gq család és a G12 család). Minden család különféle „izotípusból” áll, amelyek együttesen több mint 15 különféle α alegységet tartalmaznak.

G család

Ez a család olyan képviselőket tartalmaz, amelyek szintén részt vesznek az adenilát-ciklázfehérjék szabályozásában, és a legtöbb sejttípusban expresszálódnak. Két tagból áll: Gs és Golf.

Az „s” alindex a stimulációra, az „olf” pedig „illatra” (angolul „olfaction”) utal. A golffehérjék különösen a szaglásért felelős szenzoros neuronokban expresszálódnak.

G család

Ez a legnagyobb és legváltozatosabb család. Számos sejttípusban expresszálódnak, és közvetítik a receptor-függő gátlást az adenil-cikláz különféle típusaiban (az "i" jelzés a gátlást jelenti).

A Go csoport α alegységével rendelkező fehérjék kifejezetten a központi idegrendszer sejtjeiben expresszálódnak, és két változatuk van: A és B.

G család

Az α-alegységcsaládba tartozó fehérjék felelősek a foszfolipáz C szabályozásáért. Ez a család négy tagból áll, amelyek α-alegységeit különböző gének expresszálják. Bőségesen vannak a májsejtekben, a vesejtekben és a tüdőben.

G család

Ezt a családot mindenütt expresszálják az organizmusok, és a pontos sejtfolyamatok, amelyeket ezeknek az alegységeknek a proteinjei szabályoznak, nem ismertek bizonyossággal.

Β és γ alegységek

Noha az alfa-struktúrák sokfélesége meghatározó a heterotrimer fehérjék azonosításában, a másik két alegységgel: a béta és a gamma is nagyon sokféleség van.

Jellemzők

A G-fehérjék részt vesznek a jelek "irányításában" a plazmamembránon lévő receptorokról effektorcsatornákra vagy enzimekre.

Az ilyen típusú fehérjék működésének leggyakoribb példája az adenilát-cikláz enzim szabályozásában, amely az adenozin-3 ', 5'-monofoszfát vagy egyszerűen ciklikus AMP szintéziséért felelős enzim, egy olyan molekula, amelynek fontos szerepe van mint második hírvivőnek. sok ismert celluláris folyamatban:

-Specifikus funkciókkal rendelkező fehérjék szelektív foszforilálása

-Genetikus transzkripció

-A citoszkeleton újraszervezése

-Kiválasztás

-A membrán depolarizációja

Közvetetten részt vesznek az inozitok (foszfatidil-inozit és annak foszforilált származékai) jelző kaszkádjának szabályozásában is, amelyek felelősek a kalciumfüggő folyamatok, például a kemotaxis, és az oldható tényezők szekréciójának szabályozásáért.

Számos ioncsatornát és transzportfehérjét közvetlenül a G-proteincsalád proteinjei irányítanak, és hasonlóan ezek a fehérjék számos érzékszervi folyamatban részt vesznek, mint például látás, szag.

Hogyan működnek?

A G-protein és az effektorfehérjék közötti kölcsönhatás módja a fehérjék minden osztályára vagy családjára jellemző.

A membránreceptorokkal kapcsolt G-proteinek (heterotrimer G-proteinek) esetében a guanin-nukleotid, például a GDP vagy a guanozin-difoszfát kötődése az α alegységhez a három alegység asszociációját eredményezi, így egy Gαβγ vagy G-GDP néven ismert komplexet képezve. amely a membránhoz kapcsolódik.

Ha a GDP-molekulát ezt követően cserélik egy GTP-molekulára, akkor a GTP-hez kötött α alegység disszociálódik a β és γ alegységekből, különálló komplexet képezve, mint Gα-GTP, amely képes megváltoztatni enzimeinek aktivitását vagy célhordozó fehérjék.

Ennek az alegységnek a hidrolitikus aktivitása lehetővé teszi az aktiválás befejezését, cserélve a GTP-t egy új GDP-re, átjutva az inaktív konformációhoz.

A G-fehérjékkel asszociált gerjesztett receptorok hiányában ez a GDP-ről a GTP-re történő váltás folyamata nagyon lassú, ami azt jelenti, hogy a heterotrimer G-fehérjék csak a fiziológiai szempontból jelentős sebességgel cserélik a GTP-t a GTP-vel, amikor kapcsolódnak a izgatott receptorok.

Irodalom

1. Gilman, G. (1987). G fehérjék: receptorok által generált jelek transzducerjei. Éves áttekintés a Biokémiában, 56, 615-649.
2. Milligan, G., és Kostenis, E. (2006). Heterotrimer G-fehérjék: rövid történelem. British Journal of Pharmacology, 147, 546–555.
3. Offermanns, S. (2003). G-fehérjék mint transzduktorok a transzmembrán jelátvitel során. Haladás a biofizika és a molekuláris biológia területén, 83, 101–130.
4. Simon, M., Strathmann, MP, és Gautam, N. (1991). A G-fehérjék sokfélesége a jelátvitelben. Science, 252, 802-808.
5. Syrovatkina, V., Alegre, KO, Dey, R. és Huang, X. (2016). A G-fehérjék szabályozása, jelzése és élettani funkciói. Journal of Molecular Biology, 428 (19), 3850–3868.