G BALTYMAI: STRUKTŪRA, TIPAI IR FUNKCIJOS - BIOLOGIJA - 2025

Kad G baltymai, arba guanino nukleotidų surišančių baltymų , yra baltymai, susijusios su plazmos membrana, priklausančios signalas "prijungimo mazgas" baltymų, kurie turi svarbias funkcijas daugelyje signalo transdukcijos procesų į eukariotinių organizmų šeimos.

Literatūroje G baltymai apibūdinami kaip dvejetainiai molekuliniai jungikliai, nes jų biologinį aktyvumą lemia jų struktūros pokyčiai, atsirandantys dėl nukleotidų rūšių, prie kurių jie gali prisijungti: guanozino nukleotidai (difosfatas (BVP)) ir trifosfatas (GTP)).

Raso baltymo, monomerinio G baltymo, struktūra (Šaltinis: Pažymėti „AbsturZ“ per „Wikimedia Commons“)

Paprastai juos suaktyvina baltymų šeimos, žinomos kaip su G-baltymais sujungtais receptoriais (GPCR), receptoriai, kurie gauna išorinį pradinį signalą ir paverčia jį konformaciniais pokyčiais, kurie sukelia aktyvaciją, kuri vėliau tai virsta kito efektorinio baltymo aktyvacija.

Kai kurie autoriai mano, kad šitą baltymų šeimą koduojantys genai išsivystė pasikartojant ir išsiskyrus bendram protėvių genui, kurio produktas buvo tobulinamas ir specializuojamas vis daugiau.

Tarp daugybės ląstelinių funkcijų, kurias turi šie baltymai, įvairovės yra makromolekulių perkėlimas baltymų sintezės metu, hormoninių signalų ir jutimo dirgiklių perdavimas, taip pat ląstelių proliferacijos ir diferenciacijos reguliavimas.

Aprašytos dvi šio tipo baltymų klasės: maži G baltymai ir heterotrimeriniai G baltymai. Pirmoji trimatė G baltymo struktūra buvo gauta daugiau nei prieš dešimtmetį iš mažo G baltymo, vadinamo Ras.

Struktūra

Struktūriniu požiūriu yra atpažįstami du G baltymų tipai: maži G baltymai ir daug sudėtingesni heterotrimeriniai G baltymai.

Maži G baltymai yra sudaryti iš vieno polipeptido, kuriame yra apie 200 aminorūgščių liekanų ir apie 20–40 kDa, o jų struktūroje yra konservuotas katalizinis domenas (G domenas), sudarytas iš penkių α-spiralių, šešių β sulankstytų lakštų ir penkios polipeptido kilpos.

Kita vertus, heterotrimeriniai G baltymai yra vientisos membranos baltymai, sudaryti iš trijų polipeptidų grandinių, vadinamų α, β ir γ subvienetais.

Α-subvienetas sveria nuo 40 iki 52 kDa, turi guanino nukleotidą rišančią sritį ir turi GTPazės aktyvumą, kad hidrolizuotų ryšius tarp GTP fosfato grupių.

Skirtingų G baltymų α subvienetai turi kai kuriuos struktūrinius domenus, tokius kaip GTP surišimas ir hidrolizė, tačiau jie labai skiriasi savo jungimosi vietomis prie receptorių ir efektorinių baltymų.

- β subvienetas turi šiek tiek mažesnę molekulinę masę (nuo 35 iki 36 kDa).

- Kita vertus, γ subvienetas yra daug mažesnis ir jo apytikslė molekulinė masė yra 8 kDa.

Visi heterotrimeriniai G baltymai turi 7 transmembraninius domenus ir pasižymi seka panašumu į β ir γ domenus. Šios dvi sritys yra taip stipriai susijusios, kad į jas žiūrima kaip į vieną funkcinį vienetą.

Tipai

Kaip minėta aukščiau, yra du G baltymų tipai: maži ir heterotrimeriniai.

Maži G baltymai turi įtakos ląstelių augimui, baltymų sekrecijai ir tarpląstelinei pūslelių sąveikai. Kita vertus, heterotrimeriniai G baltymai yra susiję su signalų perdavimu iš paviršiaus receptorių, taip pat veikia kaip jungikliai, kurie keičiasi tarp dviejų būsenų, priklausomai nuo susijusio nukleotido.

Maži G baltymai

Šie baltymai taip pat vadinami mažosiomis GTPazėmis, mažais prie GTP jungiančiais baltymais arba „Ras“ baltymų superšeima ir sudaro didelę GTP hidrolazių, turinčių reguliavimo funkcijas, didelę klasę, nepriklausomą.

Šie baltymai yra labai įvairūs ir kontroliuoja daugybę ląstelių procesų. Jiems būdingas konservuotas GTP rišantis domenas, „G“ domenas. Šio fosfato nukleotido prisijungimas sukelia svarbius jų katalitinio domeno konformacinius pokyčius mažuose G baltymuose.

Jos veikla yra glaudžiai susijusi su GTPazę aktyvinančiu baltymu (GAP) ir guanino nukleotidų mainų veiksniu (GEF).

Eukariotuose aprašytos penkios mažų G baltymų klasės ar šeimos:

-Ras

-Rho

-Rabas

-Sar1 / Arf

-Ran

Ras ir Rho baltymai kontroliuoja genų ekspresiją, o Rho baltymai taip pat moduliuoja citoskeleto reorganizaciją. Rab ir Sar1 / Arf grupės baltymai daro įtaką vezikuliniam transportui, o Ran baltymai reguliuoja branduolių pernešimą ir ląstelių ciklą.

Heterotrimeriniai G baltymai

Šio tipo baltymai taip pat nusipelno ryšio su dviem kitais baltymų veiksniais, kad signalizacijos kelią iš išorinės aplinkos į ląstelės vidų sudarytų trys elementai tokia tvarka:

1. Kad receptoriai susietos su G baltymų
2. Kad G baltymai
3. Kad baltymai arba kanalai vykdymo

Yra labai daug heterotrimerinių G baltymų, ir tai yra susiję su didele gamtoje egzistuojančių α subvienetų įvairove, kurioje išsaugota tik 20% aminorūgščių sekos.

Heterotrimeriniai G baltymai paprastai identifikuojami dėl α subvienetų įvairovės, daugiausia remiantis jų funkciniais ir sekų panašumais.

Α subvienetus sudaro keturios šeimos (Gs šeima, Gi / o šeima, Gq šeima ir G12 šeima). Kiekviena šeima yra sudaryta iš skirtingo „izotipo“, kuris kartu sudaro daugiau nei 15 skirtingų formų α subvienetų.

G šeima

Šioje šeimoje yra atstovai, kurie taip pat dalyvauja reguliuojant adenilato ciklazės baltymus ir yra ekspresuojami daugumoje ląstelių. Jį sudaro du nariai: „Gs“ ir „Golf“.

Indeksas „s“ reiškia stimuliaciją, o indeksas „olf“ reiškia „kvapas“ (iš anglų kalbos „olfaction“). Golfo baltymai ypač išreiškiami jutimo neuronuose, atsakinguose už kvapą.

G šeima

Tai pati didžiausia ir įvairiausia šeima. Jie yra išreiškiami daugeliu tipų ląstelių ir tarpininkauja slopindami įvairius adenilo ciklazės tipus nuo receptorių (indeksas „i“ reiškia slopinimą).

Baltymai su Go grupės α subvienetais yra ekspresuojami ypač centrinės nervų sistemos ląstelėse ir turi du variantus: A ir B.

G šeima

Baltymai, turintys α-subvienetų šeimą, yra atsakingi už fosfolipazės C reguliavimą. Šią šeimą sudaro keturi nariai, kurių α-subvienetai yra išreikšti skirtingais genais. Jų gausu kepenų, inkstų ląstelėse ir plaučiuose.

G šeima

Ši šeima visur egzistuoja organizmuose, o tikslūs ląstelių procesai, kuriuos reguliuoja baltymai su šiais subvienetais, nėra tiksliai žinomi.

Β ir γ subvienetai

Nors alfa struktūrų įvairovė yra lemiama nustatant heterotrimerinius baltymus, tačiau taip pat yra labai daug kitų dviejų subvienetų: beta ir gama.

funkcijos

G baltymai dalyvauja „nukreipiant“ signalus iš plazmos membranos receptorių į efektorinius kanalus ar fermentus.

Dažniausias šios rūšies baltymų funkcijos pavyzdys yra fermento adenilato ciklazės, fermento, atsakingo už adenozino 3 ', 5'-monofosfato arba tiesiog ciklinio AMP, sintezę, molekulės, turinčios svarbias antrojo pasiuntinio funkcijas, reguliavimas. daugelyje žinomų ląstelių procesų:

-Selektyvus baltymų, turinčių specifines funkcijas, fosforilinimas

-Genetinė transkripcija

- Citoskeleto pertvarkymas

-Sekrecija

- Membranos depolarizacija

Jie taip pat netiesiogiai dalyvauja reguliuodami inozitolių (fosfatidilinozitolio ir jo fosforilintų darinių), kurie yra atsakingi už nuo kalcio priklausomų procesų, tokių kaip chemotaksis, ir tirpių veiksnių sekrecijos kontrolę.

Daugelį jonų kanalų ir transportinius baltymus tiesiogiai kontroliuoja G baltymų šeimos baltymai, be to, šie baltymai taip pat dalyvauja daugelyje jutimo procesų, tokių kaip regėjimas, kvapas.

Kaip jie veikia?

G baltymo sąveikos su efektoriniais baltymais būdas būdingas kiekvienai baltymų klasei ar šeimai.

G baltymams, sujungtiems su membraniniais receptoriais (heterotrimeriniai G baltymai), guanino nukleotido, pvz., GDP ar guanozino difosfato, prisijungimas prie α subvieneto sukelia trijų subvienetų susivienijimą ir sudaro kompleksą, vadinamą Gαβγ arba G-GDP, kuri pritvirtinta prie membranos.

Jei vėliau BVP molekulė keičiama į GTP molekulę, α subvienetas, sujungtas su GTP, išsiskiria iš β ir γ subvienetų, sudarydamas atskirą kompleksą, vadinamą Gα-GTP, galintį pakeisti jo fermentų aktyvumą arba tiksliniai baltymai nešiotojai.

Šio subvieneto hidrolizinis aktyvumas leidžia jam baigti aktyvaciją, keičiant GTP į naują BVP, pereinant prie neaktyvios struktūros.

Jei nėra sujaudintų receptorių, kurie asocijuojasi su G baltymais, šis apsikeitimo procesas nuo BVP iki GTP vyksta labai lėtai, o tai reiškia, kad heterotrimeriniai G baltymai keičiasi GTP BVP tik fiziologiškai reikšmingu greičiu, kai jie yra prisijungę prie savo baltymų. sužadinti receptoriai.

Nuorodos

1. Gilmanas, G. (1987). G baltymai: receptorių generuojamų signalų keitikliai. Metinės apžvalgos biochemijoje, 56, 615–649.
2. Milligan, G., ir Kostenis, E. (2006). Heterotrimeriniai G baltymai: trumpa istorija. British Journal of Pharmacology, 147, 546–555.
3. Offermanns, S. (2003). G-baltymai kaip transmembraninės signalizacijos keitikliai. Biofizikos ir molekulinės biologijos pažanga, 83, 101–130.
4. Simon, M., Strathmann, MP, ir Gautam, N. (1991). G baltymų įvairovė perduodant signalus. Science, 252, 802-808.
5. Syrovatkina, V., Alegre, KO, Dey, R., & Huang, X. (2016). G-baltymų reguliavimo, signalizacijos ir fiziologinės funkcijos. Journal of Molecular Biology, 428 (19), 3850–3868.