G PROTEINLERI: YAPISI, TÜRLERI VE IŞLEVLERI - BIYOLOJI - 2025

G proteinleri, ya da bağlayıcı proteinleri guanin nükleotid , plazma membranı ökaryotik organizmalarda birçok Sinyal iletim işlemlerinde önemli işlevleri sinyali "bağlantı elemanı" bir protein ailesine ait ilişkili proteinlerdir.

Literatürde, G proteinleri ikili moleküler anahtarlar olarak tanımlanmaktadır, çünkü bunların biyolojik aktiviteleri, bağlanabildikleri nükleotid türleri tarafından yapılarındaki değişikliklerle belirlenmektedir: guanozin nükleotidleri (difosfat (GDP) ve trifosfat (GTP)).

Monomerik bir G proteini olan Ras proteininin yapısı (Kaynak: Wikimedia Commons aracılığıyla 'AbsturZ' olarak işaretleyin)

Genellikle, harici bir başlangıç ​​sinyali alan ve bunu aktivasyonu tetikleyen konformasyonel değişikliklere dönüştüren G-protein-bağlı reseptörler (GPCR) olarak bilinen bir protein ailesinin reseptörleri tarafından aktive edilirler. daha sonra başka bir efektör proteinin aktivasyonuna çevrilir.

Bazı yazarlar, bu protein ailesini kodlayan genlerin, ürünü giderek artan bir şekilde rafine ve özelleşmiş olan ortak bir atadan gelen genin kopyalanması ve ıraksamasıyla evrimleştiğini düşünüyor.

Bu proteinlerin sahip olduğu çok çeşitli hücresel işlevler arasında, protein sentezi sırasında makromoleküllerin translokasyonu, hormonal sinyallerin ve duyusal uyaranların iletilmesi ve ayrıca hücre çoğalmasının ve farklılaşmasının düzenlenmesi yer alır.

Bu tip proteinin iki sınıfı tanımlanmıştır: küçük G proteinleri ve heterotrimerik G proteinleri. Bir G proteininin ilk üç boyutlu yapısı, Ras olarak bilinen küçük bir G proteininden on yıldan daha uzun bir süre önce türetildi.

yapı

Yapısal olarak konuşursak, iki tip G proteini tanınır: küçük G proteinleri ve çok daha karmaşık heterotrimerik G proteinleri.

Küçük G proteinleri, yaklaşık 200 amino asit kalıntısından ve yaklaşık 20-40 kDa'dan oluşan tek bir polipeptitten oluşur ve yapılarında, beş a sarmaldan, altı fold-katlanmış yapraktan ve beş polipeptit halkası.

Heterotrimerik G proteinleri ise α, β ve γ alt birimleri olarak bilinen üç polipeptit zincirinden oluşan integral membran proteinleridir.

- a alt birimi 40 ile 52 kDa arasındadır, bir guanin nükleotid bağlanma bölgesine sahiptir ve GTP'nin fosfat grupları arasındaki bağları hidrolize etmek için GTPaz aktivitesine sahiptir.

Farklı G proteinlerinin a alt birimleri, GTP'nin bağlanması ve hidrolizi için olanlar gibi bazı yapısal alanları paylaşır, ancak reseptör ve efektör proteinler için bağlanma bölgelerinde çok farklıdır.

Β alt biriminin moleküler ağırlığı biraz daha düşüktür (35 ile 36 kDa arasında).

Γ alt birimi ise çok daha küçüktür ve yaklaşık 8 kDa molekül ağırlığına sahiptir.

Tüm heterotrimerik G proteinleri 7 transmembran alanına sahiptir ve β ve γ alanlarına sekans benzerliğini paylaşır. Bu iki alan o kadar güçlü bir şekilde ilişkilidir ki, tek bir işlevsel birim olarak görülürler.

Türleri

Yukarıda bahsedildiği gibi, iki tür G proteini vardır: küçük ve heterotrimerik.

Küçük G proteinleri, hücre büyümesinde, protein salgılanmasında ve hücre içi vezikül etkileşiminde rol oynar. Öte yandan, heterotrimerik G proteinleri, yüzey reseptörlerinden gelen sinyallerin transdüksiyonu ile ilişkilidir ve ayrıca ilişkili nükleotide bağlı olarak iki durum arasında değişen anahtarlar olarak işlev görür.

Küçük G proteinleri

Bu proteinler aynı zamanda küçük GTPazlar, küçük GTP bağlayıcı proteinler veya Ras proteini süper ailesi olarak da adlandırılır ve düzenleyici işlevlere sahip büyük GTP hidrolazları sınıfı içinde bağımsız bir üst aile oluşturur.

Bu proteinler çok çeşitlidir ve çok sayıda hücresel süreci kontrol eder. Korunmuş bir GTP bağlayıcı alan, "G" alanı ile karakterize edilirler. Bu fosfat nükleotidin bağlanması, küçük G proteinlerinde katalitik alanlarında önemli yapısal değişikliklere neden olur.

Aktivitesi, GTPaz Aktive Edici Protein (GAP) ve Guanine Nükleotid Değişim Faktörü (GEF) ile yakından ilgilidir.

Küçük G proteinlerinin beş sınıfı veya ailesi ökaryotlarda tanımlanmıştır:

-Ras

-Rho

-Tavşan

-Sar1 / Arf

-Koştu

Ras ve Rho proteinleri gen ekspresyonunu kontrol eder ve Rho proteinleri ayrıca hücre iskeletinin yeniden düzenlenmesini modüle eder. Rab ve Sar1 / Arf grubu proteinleri veziküler taşınımı etkiler ve Ran proteinleri nükleer taşınımı ve hücre döngüsünü düzenler.

Heterotrimerik G proteinleri

Bu tip protein aynı zamanda diğer iki protein faktörü ile bir ilişkiyi hak eder, böylece dış ortamdan hücrenin iç kısmına giden sinyal yolu aşağıdaki sırada üç elementten oluşur:

1. Bağlı reseptörler , G proteinlerine
2. G proteinleri
3. Proteinler veya kanallar efektörler

Çok çeşitli heterotrimerik G proteinleri vardır ve bu, doğada var olan ve amino asit dizisinin yalnızca% 20'sinin korunduğu a alt birimlerinin büyük çeşitliliğiyle ilgilidir.

Heterotrimerik G proteinleri genellikle a alt biriminin çeşitliliği sayesinde, esas olarak fonksiyonel ve sekans benzerlikleri temelinde tanımlanır.

Α alt birimleri dört aileden oluşur (Gs ailesi, Gi / o ailesi, Gq ailesi ve G12 ailesi). Her aile, birlikte 15'ten fazla farklı α alt birimi formunu toplayan farklı bir "izotipten" oluşur.

G ailesi

Bu aile aynı zamanda adenilat siklaz proteinlerinin yukarı regülasyonuna katılan temsilciler içerir ve çoğu hücre tipinde ifade edilir. Gs ve Golf olmak üzere iki üyeden oluşur.

"S" alt simgesi uyarımı, "olf" alt simgesi "koku" anlamına gelir (İngilizce "koku alma" dan). Golf proteinleri özellikle kokudan sorumlu duyu nöronlarında ifade edilir.

G ailesi

Bu, en büyük ve en çeşitli ailedir. Birçok hücre tipinde eksprese edilirler ve çeşitli adenil siklaz tiplerinin reseptöre bağlı inhibisyonuna aracılık ederler ("i" alt simgesi inhibisyonu belirtir).

Go grubunun a alt birimlerine sahip proteinler, özellikle merkezi sinir sistemi hücrelerinde ifade edilir ve iki çeşidi vardır: A ve B.

G ailesi

Bu a-alt birimi ailesine sahip proteinler, fosfolipaz C'nin düzenlenmesinden sorumludur. Bu aile, a-alt birimleri farklı genler tarafından ifade edilen dört üyeden oluşur. Karaciğer hücrelerinde, böbrek hücrelerinde ve akciğerlerde bol miktarda bulunurlar.

G ailesi

Bu aile, organizmalarda her yerde ifade edilir ve bu alt birimlerle proteinler tarafından düzenlenen kesin hücresel süreçler kesin olarak bilinmemektedir.

Β ve γ alt birimleri

Alfa yapılarının çeşitliliği heterotrimerik proteinlerin tanımlanmasında belirleyici olsa da, diğer iki alt birimle ilgili olarak da çok fazla çeşitlilik vardır: beta ve gama.

Özellikleri

G proteinleri, plazma membranı üzerindeki reseptörlerden gelen sinyallerin efektör kanallara veya enzimlere "kanalize edilmesine" katılır.

Bu tip proteinin işlevinin en yaygın örneği, adenozin 3 ', 5'-monofosfat veya basitçe siklik AMP'nin sentezinden sorumlu bir enzim olan adenilat siklaz enziminin düzenlenmesidir, ikinci bir haberci olarak önemli işlevlere sahip bir moleküldür. bilinen birçok hücresel işlemde:

-Özel işlevlere sahip proteinlerin seçici fosforilasyonu

-Genetik transkripsiyon

- Hücre iskeletinin yeniden düzenlenmesi

Salgı

-Membranın kutuplaşması

Ayrıca, kemotaksis ve çözülebilir faktörlerin salgılanması gibi kalsiyuma bağlı süreçlerin kontrolünden sorumlu olan inositollerin (fosfatidilinositol ve fosforile türevleri) sinyalleme zincirinin düzenlenmesine de dolaylı olarak katılırlar.

Pek çok iyon kanalı ve taşıma proteini, G protein ailesinin proteinleri tarafından doğrudan kontrol edilir Benzer şekilde, bu proteinler diğerleri arasında görme, koku gibi birçok duyusal süreçte rol oynarlar.

Nasıl çalışırlar?

Bir G proteininin efektör proteinlerle etkileşim modu, her protein sınıfına veya ailesine özgüdür.

Membran reseptörleri (heterotrimerik G proteinleri) ile birleştirilmiş G proteinleri için, GDP veya guanosin difosfat gibi bir guanin nükleotidinin α alt birimine bağlanması, üç alt birimin birleşmesine neden olarak Gαβγ veya G-GDP olarak bilinen bir kompleks oluşturur, zara bağlı olan.

GDP molekülü daha sonra bir GTP molekülü ile değiştirilirse, GTP'ye bağlı α alt birimi β ve γ alt birimlerinden ayrışarak Gα-GTP olarak bilinen ayrı bir kompleks oluşturur ve enzimlerinin aktivitesini değiştirebilir veya hedef taşıyıcı proteinler.

Bu alt birimin hidrolitik aktivitesi, GTP'yi yeni bir GSYİH ile değiştirerek, aktif olmayan konformasyona geçerek aktivasyonu bitirmesine izin verir.

G proteinleri ile ilişkilendirilen uyarılmış reseptörlerin yokluğunda, GDP'den GTP'ye bu değişim süreci çok yavaştır; bu, heterotrimerik G proteinlerinin GTP'ye yalnızca GTP'ye bağlı olduklarında fizyolojik olarak önemli bir oranda değiştiği anlamına gelir. uyarılmış reseptörler.

Referanslar

1. Gilman, G. (1987). G Proteinler: Reseptör Tarafından Oluşturulan Sinyallerin Dönüştürücüleri. Biyokimyada Yıllık İncelemeler, 56, 615-649.
2. Milligan, G. ve Kostenis, E. (2006). Heterotrimerik G-proteinler: kısa bir tarihçe. British Journal of Pharmacology, 147, 546-555.
3. Offermanns, S. (2003). Transmembran sinyallemede dönüştürücü olarak G-proteinleri. Biyofizik ve Moleküler Biyolojide İlerleme, 83, 101–130.
4. Simon, M., Strathmann, MP ve Gautam, N. (1991). Sinyal İletiminde G Proteinlerinin Çeşitliliği. Science, 252, 802-808.
5. Syrovatkina, V., Alegre, KO, Dey, R. ve Huang, X. (2016). G-Proteinlerin Düzenlenmesi, Sinyali ve Fizyolojik Fonksiyonları. Journal of Molecular Biology, 428 (19), 3850–3868.