G БІЛКИ: СТРУКТУРА, ТИПИ ТА ФУНКЦІЇ - БІОЛОГІЯ - 2025

В G білки, або гуаніннуклеотід зв'язуючих білків , являють собою білки , асоційовані з мембраною , що належить до сімейства сигнальних «зчіпка» білки , які мають важливі функції в багатьох процесах передачі сигналів в еукаріотичних організмах.

У літературі G-білки описані як бінарні молекулярні перемикачі, оскільки їх біологічна активність визначається змінами їх структури, наданими видами нуклеотидів, до яких вони здатні зв’язуватися: нуклеотиди гуанозину (дифосфат (ВВП) та трифосфат (GTP)).

Структура білка Ras, мономерного білка G (Джерело: Mark 'AbsturZ' через Wikimedia Commons)

Вони, як правило, активуються рецепторами сімейства білків, відомих як рецептори, пов'язані з G-білками (GPCR), які отримують зовнішній вихідний сигнал і перетворюють його в конформаційні зміни, що викликають активацію, які згодом переводиться в активацію іншого білка ефектора.

Деякі автори вважають, що кодуючі гени для цього сімейства білків еволюціонували шляхом дублювання та розбіжності загального предкового гена, продукт якого все більше вдосконалювався та спеціалізувався.

Серед великого різноманіття клітинних функцій, які мають ці білки, є транслокація макромолекул під час синтезу білка, трансдукція гормональних сигналів та сенсорних подразників, а також регуляція клітинної проліферації та диференціювання.

Описано два класи цього типу білків: малі білки G та гетеротримерні білки G. Перша тривимірна структура G білка була отримана більше десяти років тому з невеликого G білка, відомого як Ras.

Будова

Структурно кажучи, розпізнаються два типи G білків: малі G білки та набагато складніші гетеротримерні G білки.

Малі білки G складаються з одного поліпептиду з приблизно 200 амінокислотними залишками і приблизно 20-40 кДа, і в їх структурі є збережений каталітичний домен (домен G), що складається з п'яти α-спіралей, шести β-складених листів і п'ять поліпептидних петель.

З іншого боку, гетеротримерні білки G - це цілісні мембранні білки, які складаються з трьох поліпептидних ланцюгів, відомих як субодиниці α, β та γ.

-Алежна субодиниця важить між 40 і 52 кДа, має область зв'язування гуанінових нуклеотидів і має активність ГТПази до гідролізу зв'язків між фосфатними групами GTP.

Субодиниці α різних білків G мають деякі структурні домени, такі як зв'язування та гідроліз GTP, але вони сильно відрізняються у місцях зв'язування рецепторних та ефекторних білків.

-Б субодиниця має дещо меншу молекулярну масу (від 35 до 36 кДа).

Sub Субодиниця γ, з іншого боку, набагато менша і має приблизну молекулярну масу 8 кДа.

Всі гетеротримерні білки мають 7 трансмембранних доменів і поділяють послідовність послідовностей з домінами β та γ. Ці два домени настільки сильно пов'язані, що їх розглядають як єдину функціональну одиницю.

Типи

Як було сказано вище, існує два типи G білків: малий та гетеротримерний.

Малі білки G грають роль у зростанні клітин, секреції білка та взаємодії міжклітинних міхурців. З іншого боку, гетеротримерні білки G пов'язані з трансдукцією сигналів від поверхневих рецепторів, а також виконують роль перемикачів, що чергуються між двома станами залежно від асоційованого нуклеотиду.

Маленькі білки G

Ці білки також називаються малими GTPазами, малими GTP-зв'язуючими білками, або Ras-надсімейними білками і утворюють окрему надсімейство в межах великого класу гідролаз GTP з регуляторними функціями.

Ці білки дуже різноманітні і контролюють багатоклітинні процеси. Для них характерний збережений GTP-зв'язуючий домен, "G" домен. Зв'язування цього фосфатного нуклеотиду викликає важливі конформаційні зміни їх каталітичного домену в малих G білках.

Його діяльність тісно пов'язана з протеїном, що активує GTPase (GAP) та фактором обміну гуанинового нуклеотиду (GEF).

У еукаріотів було описано п'ять класів або сімейств малих G білків:

-Рас

-Ро

-Раб

-Sar1 / Арф

-Ран

Білки Ras і Rho контролюють експресію генів, а протеїни Rho також модулюють реорганізацію цитоскелету. Білки групи Rab і Sar1 / Arf впливають на везикулярний транспорт, а протеїни Ran регулюють ядерний транспорт і клітинний цикл.

Гетеротримерні білки

Цей тип білка також заслуговує на асоціацію з двома іншими білковими факторами, так що сигнальний шлях від зовнішнього середовища до внутрішньої частини клітини складається з трьох елементів у наступному порядку:

1. Ці рецептори в поєднанні з G білками
2. Ці білки G
3. Ці білки або канали Ефектори

Існує велике розмаїття гетеротримерних білків G, і це пов'язано з великою різноманітністю α субодиниць, що існують у природі, в якій зберігається лише 20% послідовності амінокислот.

Гетеротримерні білки G зазвичай ідентифікуються завдяки різноманітності α-субодиниці, заснованої головним чином на їх функціональній та послідовності подібності.

Субодиниці α складаються з чотирьох сімей (сім'я Gs, сім'я Gi / o, сім'я Gq та сім'я G12). Кожна сім'я складається з різного "ізотипу", який разом налічує понад 15 різних форм α-субодиниць.

Г сім'я

У цій родині є представники, які також беруть участь у підвищенні регуляції білків аденилатциклази і експресуються у більшості типів клітин. Він складається з двох членів: Gs та Golf.

Підпис «s» відноситься до стимуляції, а індекс «olf» відноситься до «запаху» (від англійської «olfaction»). Гольф-білки особливо експресуються в сенсорних нейронах, відповідальних за запах.

Г сім'я

Це найбільша та найрізноманітніша родина. Вони виражаються у багатьох типах клітин та опосередковують рецепторне інгібування різних типів аденілциклази (підпис "i" відноситься до інгібування).

Білки з α-субодиницями групи Go експресуються особливо в клітинах центральної нервової системи і мають два варіанти: А і В.

Г сім'я

Білки цього сімейства α-субодиниць відповідають за регуляцію фосфоліпази С. Ця сім'я складається з чотирьох членів, α-субодиниці експресуються різними генами. Вони рясніють клітинами печінки, клітинами нирок, легенів.

Г сім'я

Це сімейство всюди експресується в організмах, і точні клітинні процеси, регульовані білками з цими субодиницями, невідомо з певністю.

Β і γ субодиниці

Хоча різноманітність альфа-структур є визначальним для ідентифікації гетеротримерних білків, також існує велика різноманітність стосовно двох інших субодиниць: бета та гамма.

Особливості

G білки беруть участь у "каналізації" сигналів від рецепторів плазматичної мембрани до ефекторних каналів або ферментів.

Найпоширеніший приклад функції цього типу білка - це регуляція ферменту аденілатциклази, ферменту, відповідального за синтез аденозину 3 ', 5'-монофосфату або просто циклічного АМФ, молекули, яка має важливі функції як другого месенджера у багатьох відомих клітинних процесах:

-Селективне фосфорилювання білків із специфічними функціями

-Генетична транскрипція

-Реорганізація цитоскелету

-Секреція

-Деполяризація мембрани

Вони також опосередковано беруть участь у регуляції сигнального каскаду інозитолів (фосфатиділіносітол та його фосфорильованих похідних), які відповідають за контроль залежних від кальцію процесів, таких як хемотаксис та секреція розчинних факторів.

Багато іонних каналів і транспортних білків безпосередньо контролюються білками сімейства білків Г. Так само, ці білки беруть участь у багатьох сенсорних процесах, таких як зір, запах, серед інших.

Як вони працюють?

Режим взаємодії G білка з ефекторними білками є специфічним для кожного класу або сімейства білків.

Для сполучених з мембраною рецепторів G (гетеротримерних G білків) зв'язування нуклеотиду гуаніну, такого як ВВП або дифосфат гуанозину до α-субодиниці, викликає асоціацію трьох субодиниць, утворюючи комплекс, відомий як Gαβγ або G-GDP, який прикріплений до мембрани.

Якщо молекула ВВП згодом обмінюється на молекулу GTP, α-субодиниця, пов'язана з GTP, відмежовується від β та γ субодиниць, утворюючи окремий комплекс, відомий як Gα-GTP, який здатний змінювати активність його ферментів або білки-мішені-мішені.

Гідролітична активність цієї субодиниці дозволяє їй закінчити активацію, обміняючи GTP на новий ВВП, переходячи до неактивної конформації.

За відсутності збуджених рецепторів, які асоціюються з G білками, цей процес обміну від ВВП до GTP відбувається дуже повільно, що означає, що гетеротримерні білки G лише обмінюються ВВП на GTP з фізіологічно значущою швидкістю, коли вони пов'язані зі своїм збуджені рецептори.

Список літератури

1. Гілман, Г. (1987). G Білки: перетворювачі сигналів, що генеруються рецепторами. Щорічні огляди з біохімії, 56, 615-649.
2. Мілліган, Г. та Костеніс, Е. (2006). Гетеротримерні G-білки: коротка історія. Британський журнал фармакології, 147, 546–555.
3. Offermanns, S. (2003). G-білки як перетворювачі в трансмембранній сигналізації. Прогрес у біофізиці та молекулярній біології, 83, 101–130.
4. Simon, M., Strathmann, MP, & Gautam, N. (1991). Різноманітність G білків в трансдукції сигналу. Наука, 252, 802-808.
5. Syrovatkina, V., Alegre, KO, Dey, R., & Huang, X. (2016). Регулювання, сигналізація та фізіологічні функції G-білків. Журнал молекулярної біології, 428 (19), 3850–3868.