PROTEINE ​​G: STRUCTURĂ, TIPURI ȘI FUNCȚII - BIOLOGIE - 2025

Cele G proteine, sau nucleotida guanina proteine de legare , sunt proteine asociate membranei plasmatice care aparține unei familii de semnal „cuplare“ proteine care au funcții importante în multe procese de transducție a semnalului în organismele eucariote.

În literatura de specialitate, proteinele G sunt descrise ca switch-uri moleculare binare, deoarece activitatea lor biologică este determinată de modificările structurii lor date de speciile de nucleotide de care sunt capabile să se lege: nucleotide de guanozină (difosfat (PIB) și trifosfat (GTP)).

Structura proteinei Ras, o proteină G monomerică (Sursa: Mark 'AbsturZ' prin Wikimedia Commons)

Acestea sunt, în general, activate de receptorii unei familii de proteine ​​cunoscute sub numele de receptori cuplați de proteine ​​G (GPCR), care primesc un semnal inițial extern și îl transformă în modificări conformaționale care declanșează activarea, care ulterior este tradus în activarea unei alte proteine ​​efectoare.

Unii autori consideră că genele de codificare pentru această familie de proteine ​​au evoluat prin duplicarea și divergența unei gene ancestrale comune, al căror produs a fost rafinat și specializat din ce în ce mai mult.

Printre marea varietate de funcții celulare pe care le au aceste proteine ​​se numără translocarea macromoleculelor în timpul sintezei proteice, transducția semnalelor hormonale și a stimulilor senzoriali, precum și reglarea proliferării și diferențierii celulare.

Au fost descrise două clase de acest tip de proteine: proteinele G mici și proteinele G heterotrimerice. Prima structură tridimensională a unei proteine ​​G a fost derivată în urmă cu mai bine de un deceniu de la o mică proteină G cunoscută sub numele de Ras.

Structura

Din punct de vedere structural, sunt recunoscute două tipuri de proteine ​​G: proteinele G mici și proteinele G heterotrimerice mult mai complexe.

Proteinele G mici sunt alcătuite dintr-o singură polipeptidă de aproximativ 200 de reziduuri de aminoacizi și aproximativ 20-40 kDa, iar în structura lor există un domeniu catalitic conservat (domeniul G) compus din cinci elice α, șase folii pliate β și cinci bucle polipeptidice.

Proteinele G heterotrimerice, pe de altă parte, sunt proteine ​​integrale de membrană care sunt compuse din trei lanțuri polipeptidice, cunoscute subunitățile α, β și γ.

-Subunitatea α cântărește între 40 și 52 kDa, are o regiune de legare a nucleotidelor de guanină și are activitate GTPază pentru a hidroliza legăturile dintre grupările fosfat din GTP.

Subunitățile α ale diferitelor proteine ​​G împărtășesc unele domenii structurale, precum cele ale legării GTP și ale hidrolizei, dar sunt foarte diferite în situsurile lor de legare la proteinele receptor și efector.

-Subunitatea β are o greutate moleculară puțin mai mică (între 35 și 36 kDa).

-În schimb, subunitatea γ este mult mai mică și are o greutate moleculară aproximativă de 8 kDa.

Toate proteinele G heterotrimerice au 7 domenii transmembranare și împărtășesc asemănarea cu domeniile β și γ. Aceste două domenii sunt atât de puternic asociate încât sunt privite ca o singură unitate funcțională.

Tipuri

După cum am menționat mai sus, există două tipuri de proteine ​​G: mici și heterotrimerice.

Proteinele G mici au roluri în creșterea celulelor, secreția de proteine ​​și interacțiunea veziculelor intracelulare. Pe de altă parte, proteinele G heterotrimerice sunt asociate cu transducția semnalelor de la receptorii de suprafață și acționează, de asemenea, ca întrerupătoare care alternează între două stări, în funcție de nucleotida asociată.

Proteine ​​G mici

Aceste proteine ​​sunt, de asemenea, numite GTPaze mici, mici proteine ​​de legare la GTP sau superfamilia de proteine ​​Ras și formează o superfamilie independentă în cadrul clasei mari de hidrolază GTP cu funcții de reglare.

Aceste proteine ​​sunt foarte diverse și controlează procese celulare multiple. Acestea se caracterizează printr-un domeniu de legare GTP conservat, domeniul „G”. Legarea acestui nucleotid fosfat provoacă modificări conformaționale importante în domeniul lor catalitic în proteinele G mici.

Activitatea sa este strâns legată de proteina de activare a GTPazei (GAP) și de factorul de schimb de nucleotide cu guanină (GEF).

Cinci clase sau familii de proteine ​​G mici au fost descrise în eucariote:

ras

-Rho

-Rab

-Sar1 / Arf

-A fugit

Proteinele Ras și Rho controlează expresia genelor, iar proteinele Rho modulează, de asemenea, reorganizarea citoscheletului. Proteinele grupului Rab și Sar1 / Arf influențează transportul vezicular și proteinele Ran reglează transportul nuclear și ciclul celular.

Proteine ​​G heterotrimerice

Acest tip de proteine ​​merită, de asemenea, o asociere cu alți doi factori proteici, astfel încât calea de semnalizare de la mediul extern la interiorul celulei este alcătuită din trei elemente în următoarea ordine:

1. De receptori cuplați la proteinele G
2. Cele Proteinele G
3. Cele proteine sau canale de efectori

Există o mare diversitate de proteine ​​G heterotrimerice și aceasta este legată de marea diversitate de subunități α care există în natură, în care se conservă doar 20% din secvența de aminoacizi.

Proteinele G heterotrimerice sunt de obicei identificate datorită diversității subunității α, bazate în principal pe asemănările funcționale și ale secvenței lor.

Subunitățile α sunt formate din patru familii (familia Gs, familia Gi / o, familia Gq și familia G12). Fiecare familie este alcătuită dintr-un „izotip” diferit, care adaugă împreună peste 15 forme diferite de subunități α.

Familia G

Această familie conține reprezentanți care, de asemenea, participă la reglarea în sus a proteinelor adenilat ciclazei și este exprimată în majoritatea tipurilor de celule. Este format din doi membri: Gs și Golf.

Indiciul „s” se referă la stimulare, iar subscripția „olf” se referă la „miros” (din engleză „olfaction”). Proteinele golfului sunt exprimate mai ales în neuronii senzoriali responsabili de miros.

Familia G

Aceasta este cea mai mare și mai diversă familie. Ele sunt exprimate în multe tipuri de celule și mediază inhibarea dependentă de receptori a diferitelor tipuri de adenilciclază (indicele "i" se referă la inhibare).

Proteinele cu subunitățile α ale grupului Go sunt exprimate în special în celulele sistemului nervos central și au două variante: A și B.

Familia G

Proteinele cu această familie de subunități α sunt responsabile de reglarea fosfolipazei C. Această familie este formată din patru membri ale căror subunități α sunt exprimate de gene diferite. Sunt abundente în celulele hepatice, celulele renale și plămâni.

Familia G

Această familie este exprimată omniprezent în organisme și procesele celulare exacte reglementate de proteine ​​cu aceste subunități nu sunt cunoscute cu certitudine.

Subunitățile γ și γ

Deși diversitatea structurilor alfa este decisivă pentru identificarea proteinelor heterotrimerice, există, de asemenea, multă diversitate în ceea ce privește celelalte două subunități: beta și gamma.

Caracteristici

Proteinele G participă la „canalizarea” semnalelor de la receptorii de pe membrana plasmatică către canalele efective sau enzime.

Cel mai frecvent exemplu de funcție a acestui tip de proteine ​​este reglarea enzimei adenilat ciclază, o enzimă responsabilă pentru sinteza adenozinei 3 ', 5'-monofosfat sau pur și simplu ciclic AMP, o moleculă care are funcții importante ca al doilea mesager în multe procese celulare cunoscute:

-Fosforilarea selectivă a proteinelor cu funcții specifice

-Transcrierea genetică

-Reorganizarea citoscheletului

-Secreţie

-Depolarizarea membranei

De asemenea, participă indirect la reglarea cascadei de semnalizare a inozitolilor (fosfatidilinositol și a derivaților săi fosforilați), care sunt responsabili pentru controlul proceselor dependente de calciu, cum ar fi chimiotaxia și secreția factorilor solubili.

Multe canale ionice și proteine ​​de transport sunt controlate direct de proteine ​​din familia proteinelor G. De asemenea, aceste proteine ​​sunt implicate în multe procese senzoriale, cum ar fi vederea, mirosul, printre altele.

Cum funcționează?

Modul de interacțiune a unei proteine ​​G cu proteinele efectoare este specific pentru fiecare clasă sau familie de proteine.

Pentru proteinele G cuplate cu receptor de membrană (proteine ​​G heterotrimerice), legarea unui nucleotid de guanină cum ar fi PIB sau guanozina difosfat la subunitatea α provoacă asocierea celor trei subunități, formând un complex cunoscut sub numele de Gαβγ sau G-PIB, care este atașat de membrană.

Dacă molecula PIB este schimbată ulterior pentru o moleculă GTP, subunitatea α legată de GTP se disociază de subunitățile β și γ, formând un complex separat cunoscut sub numele de Gα-GTP, care este capabil să modifice activitatea enzimelor sale sau proteine ​​purtătoare țintă.

Activitatea hidrolitică a acestei subunități îi permite să termine activarea, schimbând GTP pentru un nou PIB, trecând la conformația inactivă.

În absența receptorilor excitați care se asociază cu proteinele G, acest proces de schimb de la PIB la GTP este foarte lent, ceea ce înseamnă că proteinele G heterotrimerice schimbă doar PIB pentru GTP într-un ritm semnificativ fiziologic atunci când sunt legate de receptori excitați

Referințe

1. Gilman, G. (1987). Proteine ​​G: Traductoare ale semnalelor generate de receptori. Analize anuale în biochimie, 56, 615-649.
2. Milligan, G., & Kostenis, E. (2006). Proteine ​​G heterotrimerice: un istoric scurt. British Journal of Pharmacology, 147, 546-555.
3. Offermanns, S. (2003). Proteine ​​G ca traductoare în semnalizarea transmembranelor. Progresul în biofizică și biologie moleculară, 83, 101-130.
4. Simon, M., Strathmann, parlamentar și Gautam, N. (1991). Diversitatea proteinelor G în transducția semnalului. Știință, 252, 802-808.
5. Syrovatkina, V., Alegre, KO, Dey, R., & Huang, X. (2016). Reglarea, semnalizarea și funcțiile fiziologice ale proteinelor G. Journal of Molecular Biology, 428 (19), 3850–3868.