G protein

Fosducin- transducin beta-gama kompleks. Beta i gama podjedinice G-proteina su prikazane u plavoj i žutoj boji, respektivno.

Guanozin difosfat

Guanozin trifosfat

G proteini (guanin nukleotid vezujući proteini) su familija proteina kaja učestvuje u prenosu hemijskih signala izvan ćelije, i uzrokuje promene unutar ćelije. Oni komuniciraju signale mnogih hormona, neurotransmitera, i drugih signalnih faktora.

G protein spregnuti receptori su transmembranski receptori. Signalni molekuli se vezuju za domen lociran izvan ćelije. Intracelularni domen aktivira G proteine. G proteini aktiviraju kaskadu drugih jedinjenja, i što dovodi do ćelijskih promena.

G protein kompleksi se vezuju za fosfatne grupe. Oni funkcionišu kao molekularni prekidači. Kad su vezani za kompleks sa tri fosfatne grupe (guanozin trifosfat (GTP)), oni su “uključeni“, do kad su vezani za kompleks sa samo dve fosfatne grupe (guanozin difosfat (GDP)), oni su isključeni.

G proteini regulišu metaboličke enzime, jonske kanale, transportere, i druge delove ćelijske mašinerije, kontrolišući time transkripciju, motilnost, kontraktilnost, i sekreciju, i time u širem smislu regulišu sistemske funkcije poput embrionskog razvoja, učenja i memorije, i homeostaze.

G proteine su otkrili Alfred G. Gilman i Martin Rodbel tokom njihovog istraživanja ćelijske stimulacije adrenalinom. Oni su utvrdili da kad se adrenalin veže za receptor, receptor ne stimuliše enzime direktno. Umesto toga, stimulacija se odvija kroz G protein, koji stimuliše jedan od enzima, na primer adenilat ciklazu, koja proizvodi sekundarni glasnik ciklični AMP. Za to otkriće, njima je dodeljena Nobelova nagrada za fiziologiju ili medicinu 1994 godine.

G proteini pripadaju većoj grupi enzima zvanih GTPaze.

Funkcija

G proteini su važni signal transdukujući molekuli u ćelijama. Malfunkcija GPCR signalnih puteva dovodi do mnogih bolesti, kao što su dijabetes, slepilo, alergije, depresija, kardiovaskularni defekti, i neke forme raka. Procenjuje se da su GPCR receptori celularne mete za više od polovine modernih lekova.

Ljudski genom sadrži oko 950 G protein-spregnutih receptora, koji detektuju fotone (svetlost), hormone, faktore rasta, lekove, i druge endogene ligande. Približno 150 GPCR receptora nađenih u ljudskom genomu ima nepoznate funkcije.

Tipovi G protein signalizacije

Termin G protein se može odnositi na dve distinktne familije proteina. Heterotrimerni G proteini se ponekad nazivaju velikim G proteinima. Oni su aktivirani G protein-spregnutim receptorima, i sastoje se od alfa (αあるふぁ), beta (βべーた), i gama (γがんま) podjedinica. Postoje takođe i mali G proteini (20-25 kDa), koji pripadaju Ras superfamiliji malih GTPaza. Ti proteini su homologni sa alfa (αあるふぁ) podjedinicom nađenom kod heterotrimera, ali su monomerni. Međutim, oni takođe vezuju GTP i GDP, i učestvuju u transdukciji signala.

Heterotrimerni G proteini

Glavni članak: Heterotrimerni G proteini

Razni tipovi heterotrimernih G proteina imaju zajednički mehanizam. Oni se aktiviraju u responsu na konformacionu promenu G protein-spregnutog receptora, razmenjuju GDP za GTP, i disociraju se da bi aktivirali druge proteine u putu prenosa signala. Specifični mehanizmi, međutim, se razlikuju među vrstama.

Zajednički mehanizam

Aktivacioni ciklus G-proteina GPCR receptorima

Receptorom-aktivirani G proteini se vezuju za unutrašnju stranu ćelijske membrane. Oni se sastoje od G_{αあるふぁ} i čvrsto povezane G_{βべーたγがんま} podjedinice. Postoji više klasa G_{αあるふぁ} podjedinica: G_sαあるふぁ (G stimulatori), G_iαあるふぁ (G inhibitori), G_oαあるふぁ (G drugi), G_q/11αあるふぁ, i G_12/13αあるふぁ su neki od njih. Oni se različito ponašaju nakon prepoznavanja efektora, ali imaju sličan mehanizam aktivacije.

Aktivacija

Kad ligand aktivira G protein-spregnuti receptor, on indukuje konformacionu promenu receptora koja dozvoljava receptoru da funkcioniše kao faktor razmene guanin nukleotida (GEF) koji razmenjuje GDP za GTP na G_{αあるふぁ} podjedinici. Po tradicionalnom shvatanju aktivacije heterotrimernih proteina, ta razmena otpočinje disocijaciju G_{αあるふぁ} podjedinice, vezane za GTP, od G_{βべーたγがんま} dimera i od receptora. Postoje i alternativni modeli koji sugestiraju molekularno preuređivanje, reorganizaciju, i pri-formiranje kompleksa molekulskih efektora. G_{αあるふぁ}-GTP i G_{βべーたγがんま} mogu da aktiviraju različite signalne kaskade (ili puteve sekundarnih glasnika) i efektorskih proteina, dok je receptor spreman da aktivira sledeći G protein.

Terminacija

G_{αあるふぁ} podjedinica će vremenom hidrolizirati vezani GTP u GDP putem svoje inherentne enzimske aktivnosti, čime se omogućava ponovno vezivanje za G_{βべーたγがんま} i početak novog ciklusa. RBM (ili RGS) grupa proteina dejstvuje kao GTPaza-aktivirajući proteini (GAP), specifično za G_{αあるふぁ} podjedinice. Efekat tih proteina je ubrzanje GTP hidrolize u GDP i terminacija prenosa signala. U nekim slučajevima, sam efektor može posedovati unutrašnju GAP aktivnost, što pomaže u deaktiviranju puta. To je slučaj sa fosfolipazom C beta, koja ima GAP aktivnost unutar svog C-terminalnog regiona. To je alternativna forma regulacije G_{αあるふぁ} podjedinice.

Specifični mehanizmi

• G_{αあるふぁs} aktivira cAMP-zavisni put koji stimuliše produkciju cAMP iz ATP. To se ostvaruje direktnom stimulacijom za membranu-vezanog enzima adenilat ciklaza. cAMP dejstvuje kao sekundarni glasnik, koji interaguje sa i aktivira proteinsku kinazu A (PKA). PKA može da fosforilizira veliki broj nizvodnih ciljeva.
• G_{αあるふぁi} inhibira produkciju cAMP iz ATP.
• G_{αあるふぁq/11} stimuliše za membranu-vezanu fosfolipazu C beta, koja odseca PIP₂ (mali membranski fosfoinozitol) u dva sekundarna glasnika, IP3 i diacilglicerol (DAG).
• G_{αあるふぁ12/13} učestvuju u signalizaciji Ro familije (kroz RoGEF superfamiliju) i kontrolišu remodelovanje ćelijskog citoskeletona, i tako regulišu ćelijsku migraciju.
• G_{βべーたγがんま} ponekad takođe ima aktivne funkcije, npr. sprezanje sa L-tipom kalcijum kanala.

Male GTPaze

Glavni članak: Male GTPaze

Male GTPaze takođe vezuju GTP i GDP, i učestvuju u transdukciji signala. Ti proteini su homologni sa alfa (αあるふぁ) podjedinicom nađenom u heterotrimerima, ali postoje kao monomeri. To su mali (20-25 kDa) proteini koji vezuju guanozin trifosfat (GTP). Ova proteinska familija je homologna sa Ras GTPazama, i stoga se naziva Ras superfamilijom GTPaza.

Lipidacija

Da bi se vezali za unutrašnju stranu membrane plazme, mnogi G proteini i male GTPaze podležu lipidaciji, drugim rečima, oni su kovalentno modifikovani sa lipidnim ekstenzijama. Oni mogu biti vezani za miristinsku ili palmitinsku kiselinu, ili su prenilovani.

Literatura

• Wu, Ge (2010). „Assays with GPCRs”. Assay Development: Fundamentals and Practices. John Wiley and Sons. стр. 265—285. ISBN 0-470-19115-5. 
• Reece, Jane; Campbell, Neil (2002). Biology. San Francisco: Benjamin Cummings. ISBN 0-8053-6624-5. 

Dodatna literatura

• Eric R. Kandel; James H. Schwartz; Thomas M. Jessell (2000). Principles of Neural Science. New York: McGraw-Hill. ISBN 0-8385-7701-6. 
• Lodish H, Berk A, Zipursky LS, Matsudaira P, Baltimore D, Darnell J (1999). Molecular Cell Biology (4th изд.). New York: Scientific American Books. ISBN 0-7167-3136-3. 
• Donald Voet; Judith G. Voet (2005). Biochemistry (3 изд.). Wiley. ISBN 9780471193500. 
• Bruce Alberts; Alexander Johnson; Julian Lewis; Martin Raff; Keith Roberts; Peter Walter (2002). Molecular Biology of the Cell. New York: Garlard Science. ISBN 0815332181. 
• Gilman, A. G. (1987). „G proteins: transducers of receptor-generated signals”. Annu. Rev. Biochem. 56: 615—49. PMID 3113327. doi:10.1146/annurev.bi.56.070187.003151. 
• Neves, S. R.; Ram, P. T.; Iyengar, Ravi (2002). „G protein pathways”. Science. 296 (5573): 1636—9. PMID 12040175. doi:10.1126/science.1071550.