BIAŁKA G: BUDOWA, RODZAJE I FUNKCJE - BIOLOGIA - 2026

W G białka lub guanina nukleotydów białek wiążących , to białka związane z błoną plazmatyczną należące do rodziny sygnałów „sprzęgacza” białek, które mają ważne funkcje w wielu procesów transdukcji sygnałów w organizmach eukariotycznych.

W literaturze białka G opisywane są jako binarne przełączniki molekularne, ponieważ ich aktywność biologiczna jest określana przez zmiany w ich strukturze, nadawane przez gatunki nukleotydów, z którymi są w stanie się związać: nukleotydy guanozynowe (difosforan (GDP) i trifosforan (GTP)).

Struktura białka Ras, monomerycznego białka G (źródło: Mark 'AbsturZ' za Wikimedia Commons)

Są one generalnie aktywowane przez receptory z rodziny białek zwanych receptorami sprzężonymi z białkiem G (GPCR), które odbierają zewnętrzny sygnał początkowy i przekształcają go w zmiany konformacyjne, które wyzwalają aktywację, ulega następnie translacji do aktywacji innego białka efektorowego.

Niektórzy autorzy uważają, że geny kodujące tę rodzinę białek wyewoluowały w wyniku duplikacji i rozbieżności wspólnego genu przodków, którego produkt był coraz bardziej udoskonalany i wyspecjalizowany.

Wśród wielu różnorodnych funkcji komórkowych, które pełnią te białka, jest translokacja makrocząsteczek podczas syntezy białek, transdukcja sygnałów hormonalnych i bodźców sensorycznych, a także regulacja proliferacji i różnicowania komórek.

Opisano dwie klasy tego typu białek: małe białka G i heterotrimeryczne białka G. Pierwsza trójwymiarowa struktura białka G pochodzi ponad dziesięć lat temu z małego białka G znanego jako Ras.

Struktura

Mówiąc strukturalnie, rozróżnia się dwa typy białek G: małe białka G i znacznie bardziej złożone heterotrimeryczne białka G.

Małe białka G składają się z pojedynczego polipeptydu złożonego z około 200 reszt aminokwasowych i około 20-40 kDa, aw ich strukturze znajduje się konserwowana domena katalityczna (domena G) złożona z pięciu α-helis, sześciu β-fałdowanych arkuszy i pięć pętli polipeptydowych.

Z drugiej strony heterotrimeryczne białka G są integralnymi białkami błonowymi, które składają się z trzech łańcuchów polipeptydowych, znanych jako podjednostki α, β i γ.

-Podjednostka α waży od 40 do 52 kDa, ma region wiążący nukleotyd guaninowy i ma aktywność GTPazy do hydrolizowania wiązań między grupami fosforanowymi GTP.

Podjednostki α różnych białek G mają wspólne domeny strukturalne, takie jak te służące do wiązania i hydrolizy GTP, ale są bardzo różne w miejscach wiązania dla białek receptorowych i efektorowych.

-Podjednostka β ma nieco mniejszą masę cząsteczkową (między 35 a 36 kDa).

-Z drugiej strony podjednostka γ jest znacznie mniejsza i ma przybliżoną masę cząsteczkową 8 kDa.

Wszystkie heterotrimeryczne białka G mają 7 domen transbłonowych i mają wspólne podobieństwo sekwencji do domen β i γ. Te dwie domeny są tak silnie powiązane, że są postrzegane jako jedna jednostka funkcjonalna.

Rodzaje

Jak wspomniano powyżej, istnieją dwa typy białek G: małe i heterotrimeryczne.

Małe białka G odgrywają rolę we wzroście komórek, wydzielaniu białek i oddziaływaniu wewnątrzkomórkowym pęcherzyków. Z drugiej strony heterotrimeryczne białka G są związane z transdukcją sygnałów z receptorów powierzchniowych, a także działają jako przełączniki, które zmieniają się między dwoma stanami w zależności od związanego z nimi nukleotydu.

Małe białka G.

Białka te nazywane są również małymi GTPazami, małymi białkami wiążącymi GTP lub nadrodziną białek Ras i tworzą niezależną nadrodzinę w ramach dużej klasy hydrolaz GTP o funkcjach regulatorowych.

Białka te są bardzo zróżnicowane i kontrolują wiele procesów komórkowych. Charakteryzują się konserwatywną domeną wiążącą GTP, domeną „G”. Wiązanie tego nukleotydu fosforanowego powoduje istotne zmiany konformacyjne w ich domenie katalitycznej w małych białkach G.

Jego aktywność jest ściśle związana z białkiem aktywującym GTPazę (GAP) i czynnikiem wymiany nukleotydów guaniny (GEF).

U eukariotów opisano pięć klas lub rodzin małych białek G:

-Ras

-Rho

-Rab

-Sar1 / Arf

-Biegł

Białka Ras i Rho kontrolują ekspresję genów, a białka Rho również modulują reorganizację cytoszkieletu. Białka z grupy Rab i Sar1 / Arf wpływają na transport pęcherzykowy, a białka Ran regulują transport jądrowy i cykl komórkowy.

Heterotrimeryczne białka G.

Ten typ białka zasługuje również na połączenie z dwoma innymi czynnikami białkowymi, dzięki czemu ścieżka sygnalizacji ze środowiska zewnętrznego do wnętrza komórki składa się z trzech elementów w następującej kolejności:

1. Do receptorów sprzężonych z białkami G
2. Te białka G
3. Te białka lub kanały efektory

Występuje duża różnorodność heterotrimerycznych białek G i jest to związane z dużą różnorodnością podjednostek α ​​występujących w naturze, w których tylko 20% sekwencji aminokwasów jest konserwowanych.

Heterotrimeryczne białka G są zwykle identyfikowane dzięki różnorodności podjednostki α, głównie na podstawie ich podobieństw funkcjonalnych i sekwencji.

Podjednostki α składają się z czterech rodzin (rodziny Gs, rodziny Gi / o, rodziny Gq i rodziny G12). Każda rodzina składa się z innego „izotypu”, który razem daje ponad 15 różnych form podjednostek α.

Rodzina G.

Ta rodzina zawiera przedstawicieli, którzy również uczestniczą w regulacji w górę białek cyklazy adenylanowej i jest wyrażana w większości typów komórek. Składa się z dwóch członków: Gs i Golf.

Indeks dolny „s” odnosi się do stymulacji, a indeks dolny „olf” odnosi się do „węchu”. Białka golfowe są szczególnie wyrażane w neuronach czuciowych odpowiedzialnych za węch.

Rodzina G.

To największa i najbardziej zróżnicowana rodzina. Są wyrażane w wielu typach komórek i pośredniczą w zależnym od receptora hamowaniu różnych typów cyklazy adenylowej (indeks dolny „i” odnosi się do hamowania).

Białka z podjednostkami α z grupy Go ulegają ekspresji szczególnie w komórkach ośrodkowego układu nerwowego i mają dwa warianty: A i B.

Rodzina G.

Białka z tej rodziny podjednostek α ​​są odpowiedzialne za regulację fosfolipazy C. Ta rodzina składa się z czterech członków, których podjednostki α są wyrażane przez różne geny. Występują obficie w komórkach wątroby, nerkach i płucach.

Rodzina G.

Ta rodzina jest powszechnie wyrażana w organizmach, a dokładne procesy komórkowe regulowane przez białka z tymi podjednostkami nie są na pewno znane.

Podjednostki Β i γ

Chociaż różnorodność struktur alfa jest decydująca dla identyfikacji białek heterotrimerycznych, istnieje również duże zróżnicowanie w odniesieniu do pozostałych dwóch podjednostek: beta i gamma.

cechy

Białka G uczestniczą w „kierowaniu” sygnałów z receptorów na błonie komórkowej do kanałów efektorowych lub enzymów.

Najczęstszym przykładem funkcji tego typu białka jest regulacja enzymu cyklazy adenylanowej, enzymu odpowiedzialnego za syntezę 3 ', 5'-monofosforanu adenozyny lub po prostu cyklicznego AMP, cząsteczki pełniącej ważne funkcje jako drugi przekaźnik w wielu znanych procesach komórkowych:

-Selektywna fosforylacja białek o określonych funkcjach

-Transkrypcja genetyczna

-Reorganizacja cytoszkieletu

-Wydzielanie

-Depolaryzacja błony

Pośrednio uczestniczą również w regulacji kaskady sygnalizacyjnej inozytoli (fosfatydyloinozytolu i jego fosforylowanych pochodnych), które odpowiadają za kontrolę procesów zależnych od wapnia, takich jak chemotaksja i wydzielanie czynników rozpuszczalnych.

Wiele kanałów jonowych i białek transportowych jest bezpośrednio kontrolowanych przez białka z rodziny białek G. Podobnie, białka te biorą udział w wielu procesach sensorycznych, takich jak między innymi wzrok, węch.

Jak oni pracują?

Tryb interakcji białka G z białkami efektorowymi jest specyficzny dla każdej klasy lub rodziny białek.

W przypadku białek G sprzężonych z receptorem błonowym (heterotrimeryczne białka G), wiązanie nukleotydu guaniny, takiego jak GDP lub difosforan guanozyny z podjednostką α, powoduje asocjację trzech podjednostek, tworząc kompleks znany jako Gαβγ lub G-GDP, który jest przymocowany do membrany.

Jeśli cząsteczka GDP jest następnie wymieniana na cząsteczkę GTP, podjednostka α związana z GTP dysocjuje od podjednostek β i γ, tworząc oddzielny kompleks znany jako Gα-GTP, który jest zdolny do zmiany aktywności jej enzymów lub docelowe białka nośnikowe.

Aktywność hydrolityczna tej podjednostki pozwala jej zakończyć aktywację, wymieniając GTP na nowy GDP, przechodząc do nieaktywnej konformacji.

W przypadku braku wzbudzonych receptorów, które łączą się z białkami G, ten proces wymiany GDP na GTP jest bardzo powolny, co oznacza, że ​​heterotrimeryczne białka G wymieniają GDP na GTP tylko w fizjologicznie ważnym tempie, gdy są związane z ich podekscytowane receptory.

Bibliografia

1. Gilman, G. (1987). Białka G: przetworniki sygnałów generowanych przez receptory. Annual Reviews in Biochemistry, 56, 615-649.
2. Milligan, G. i Kostenis, E. (2006). Heterotrimeryczne białka G: krótka historia. British Journal of Pharmacology, 147, 546–555.
3. Offermanns, S. (2003). Białka G jako przetworniki w sygnalizacji transbłonowej. Progress in Biophysics & Molecular Biology, 83, 101–130.
4. Simon, M., Strathmann, MP, & Gautam, N. (1991). Różnorodność białek G w transdukcji sygnału. Science, 252, 802-808.
5. Syrovatkina, V., Alegre, KO, Dey, R. i Huang, X. (2016). Regulacja, sygnalizacja i funkcje fizjologiczne białek G. Journal of Molecular Biology, 428 (19), 3850–3868.