PROTEIN G: STRUKTUR, JENIS DAN FUNGSI - BIOLOGI - 2025

The G protein, atau guanine nukleotida protein mengikat , adalah protein yang berkaitan dengan membran plasma milik keluarga isyarat "coupler" protein yang mempunyai fungsi penting dalam banyak proses transduksi isyarat dalam organisma eukariot.

Dalam literatur, protein G digambarkan sebagai pertukaran molekul binari, kerana aktiviti biologi mereka ditentukan oleh perubahan strukturnya yang diberikan oleh spesies nukleotida yang mereka dapat mengikat: nukleotida guanosin (difosfat (PDB) dan trifosfat (GTP)).

Struktur protein Ras, protein G monomer (Sumber: Tandakan 'AbsturZ' melalui Wikimedia Commons)

Mereka umumnya diaktifkan oleh reseptor keluarga protein yang dikenali sebagai reseptor berpasangan G-protein (GPCR), yang menerima isyarat awal luaran dan mengubahnya menjadi perubahan konformasi yang mencetuskan pengaktifan, yang ia kemudiannya diterjemahkan ke dalam pengaktifan protein penguat yang lain.

Sebilangan pengarang berpendapat bahawa gen yang mengekodkan protein protein ini berkembang melalui penduaan dan perbezaan gen nenek moyang yang sama, yang produknya semakin halus dan khusus.

Di antara pelbagai fungsi selular yang terdapat pada protein ini adalah translokasi makromolekul semasa sintesis protein, transduksi isyarat hormon dan rangsangan deria, serta pengaturan percambahan dan pembezaan sel.

Dua kelas protein jenis ini telah dijelaskan: protein G kecil dan protein G heterotrimerik. Struktur tiga dimensi pertama protein G berasal lebih dari satu dekad yang lalu dari protein G kecil yang dikenali sebagai Ras.

Struktur

Secara struktural, dua jenis protein G dikenali: protein G kecil dan protein G heterotrimerik yang jauh lebih kompleks.

Protein G kecil terdiri daripada polipeptida tunggal yang terdiri daripada kira-kira 200 residu asid amino dan sekitar 20-40 kDa, dan dalam strukturnya terdapat domain pemangkin terpelihara (domain G) yang terdiri daripada lima heliks α, enam helai lipatan β, dan lima gelung polipeptida.

Protein H heterotrimerik, sebaliknya, adalah protein membran integral yang terdiri daripada tiga rantai polipeptida, yang dikenali sebagai subunit α, β, dan γ.

Subunit α mempunyai berat antara 40 dan 52 kDa, mempunyai kawasan pengikat nukleotida guanin dan mempunyai aktiviti GTPase untuk menghidrolisis ikatan antara kumpulan fosfat GTP.

Subunit α protein G yang berbeza berkongsi beberapa domain struktur seperti pengikatan GTP dan hidrolisis, tetapi sangat berbeza di tempat pengikatannya dengan protein reseptor dan penguat.

-B subunit mempunyai berat molekul yang sedikit lebih rendah (antara 35 dan 36 kDa).

Subunit γ, sebaliknya, jauh lebih kecil dan mempunyai berat molekul 8 kDa.

Semua protein G heterotrimerik mempunyai 7 domain transmembran dan mempunyai kesamaan dalam urutannya berkenaan dengan domain β dan γ. Kedua-dua domain ini sangat berkaitan sehingga dilihat sebagai satu unit berfungsi.

Jenis-Jenis

Seperti yang disebutkan di atas, terdapat dua jenis protein G: kecil dan heterotrimerik.

Protein G kecil mempunyai peranan dalam pertumbuhan sel, rembesan protein, dan interaksi vesikel intraselular. Sebaliknya, protein G heterotrimerik dikaitkan dengan transduksi isyarat dari reseptor permukaan, dan juga bertindak sebagai suis yang bergantian antara dua keadaan bergantung pada nukleotida yang berkaitan.

Protein G kecil

Protein ini juga disebut GTPase kecil, protein pengikat GTP kecil, atau keluarga super protein Ras dan membentuk keluarga super bebas dalam kelas besar hidrolase GTP dengan fungsi pengawalseliaan.

Protein ini sangat pelbagai dan mengawal proses selular. Mereka dicirikan oleh domain pengikat GTP yang dipelihara, domain "G". Pengikatan nukleotida fosfat ini menyebabkan perubahan konformasi penting dalam domain pemangkin mereka dalam protein G kecil.

Aktivitinya berkait rapat dengan GTPase Activating Protein (GAP) dan Guanine Nucleotide Exchange Factor (GEF).

Lima kelas atau keluarga protein G kecil telah dijelaskan dalam eukariota:

-Ras

-Rho

-Rab

-Sar1 / Arf

-Ran

Protein Ras dan Rho mengawal ekspresi gen dan protein Rho juga memodulasi penyusunan semula sitoskeleton. Protein kumpulan Rab dan Sar1 / Arf mempengaruhi pengangkutan vesikular dan protein Ran mengatur pengangkutan nuklear dan kitaran sel.

Protein G heterotrimerik

Jenis protein ini juga memerlukan hubungan dengan dua faktor protein lain, sehingga jalur isyarat dari persekitaran luaran ke bahagian dalam sel terdiri daripada tiga elemen dalam urutan berikut:

1. The reseptor ditambah ke G protein
2. The G protein
3. The protein atau saluran effectors

Terdapat kepelbagaian protein G heterotrimerik yang besar dan ini berkaitan dengan kepelbagaian subunit α yang terdapat di alam semula jadi, di mana hanya 20% urutan asid amino yang dipelihara.

Protein G heterotrimerik biasanya dikenal pasti berkat kepelbagaian subunit α, berdasarkan terutamanya pada kesamaan fungsi dan urutannya.

Subunit α terdiri daripada empat keluarga (keluarga Gs, keluarga Gi / o, keluarga Gq dan keluarga G12). Setiap keluarga terdiri dari "isotip" yang berbeza yang bersama-sama menambah lebih dari 15 bentuk subunit α yang berbeza.

Keluarga G

Keluarga ini mengandungi perwakilan yang juga berpartisipasi dalam pengaturan protein adenylate cyclase dan dinyatakan dalam kebanyakan jenis sel. Ia terdiri daripada dua ahli: Gs dan Golf.

Langganan "s" merujuk pada rangsangan dan subskrip "olf" merujuk kepada "bau" (dari bahasa Inggeris "olfaction"). Protein golf terutama dinyatakan dalam neuron deria yang bertanggungjawab untuk bau.

Keluarga G

Ini adalah keluarga terbesar dan paling pelbagai. Mereka dinyatakan dalam banyak jenis sel dan menjadi penghambat bergantung kepada reseptor dari pelbagai jenis adenil siklase (subskrip "i" merujuk kepada penghambatan).

Protein dengan subunit α dari kumpulan Go dinyatakan terutamanya dalam sel-sel sistem saraf pusat dan mempunyai dua varian: A dan B.

Keluarga G

Protein dengan keluarga α-subunit ini bertanggungjawab untuk mengatur fosfolipase C. Keluarga ini terdiri daripada empat anggota yang α-subunitnya dinyatakan oleh gen yang berbeza. Mereka banyak terdapat di sel hati, sel ginjal, dan paru-paru.

Keluarga G

Keluarga ini di mana-mana dinyatakan dalam organisma dan proses selular yang tepat yang diatur oleh protein dengan subunit ini tidak diketahui dengan pasti.

Subunit Β dan γ

Walaupun kepelbagaian struktur alfa sangat menentukan untuk mengenal pasti protein heterotrimerik, terdapat juga banyak kepelbagaian berkenaan dengan dua subunit lain: beta dan gamma.

ciri-ciri

Protein G mengambil bahagian dalam "penyaluran" isyarat dari reseptor pada membran plasma ke saluran atau enzim efektor.

Contoh yang paling umum dari fungsi protein jenis ini adalah dalam pengaturan enzim adenylate cyclase, enzim yang bertanggungjawab untuk sintesis adenosin 3 ', 5'-monofosfat atau hanya AMP siklik, molekul yang mempunyai fungsi penting sebagai utusan kedua dalam banyak proses selular yang diketahui:

-Fosforilasi protein pilihan dengan fungsi tertentu

- Transkripsi genetik

-Penyusunan semula sitoskeleton

-Sekresi

-Depolarisasi membran

Mereka juga secara tidak langsung berpartisipasi dalam pengaturan lata isyarat inositol (fosfatidilinositol dan turunannya yang terfosforilasi), yang bertanggungjawab untuk pengendalian proses yang bergantung pada kalsium seperti kemotaksis dan rembesan faktor larut.

Banyak saluran ion dan protein pengangkutan dikendalikan secara langsung oleh protein dari keluarga protein G. Begitu juga protein ini terlibat dalam banyak proses deria seperti penglihatan, bau, antara lain.

Bagaimana mereka berfungsi?

Cara interaksi protein G dengan protein efektor adalah khusus untuk setiap kelas atau keluarga protein.

Bagi protein G yang digabungkan dengan reseptor membran (protein G heterotrimerik), pengikatan nukleotida guanin seperti GDP atau difosfat guanosin ke subunit α menyebabkan perkaitan ketiga-tiga subunit, membentuk kompleks yang dikenali sebagai Gαβγ atau G-GDP, yang melekat pada membran.

Sekiranya molekul GDP kemudiannya ditukar dengan molekul GTP, subunit α yang terikat dengan GTP berpisah dari subunit β dan γ, membentuk kompleks terpisah yang dikenali sebagai Gα-GTP, yang mampu mengubah aktiviti enzimnya atau protein pembawa sasaran.

Kegiatan hidrolitik subunit ini memungkinkan untuk menyelesaikan pengaktifan, menukar GTP dengan GDP baru, menuju ke penyesuaian yang tidak aktif.

Sekiranya tiada reseptor teruja yang berkait dengan protein G, proses pertukaran dari GDP ke GTP ini sangat lambat, yang bermaksud bahawa protein G heterotrimerik hanya menukar GDP dengan GTP pada kadar yang signifikan secara fisiologi apabila mereka terikat pada reseptor teruja.

Rujukan

1. Gilman, G. (1987). G Protein: Transduser Isyarat Dihasilkan Reseptor. Ulasan Tahunan dalam Biokimia, 56, 615-649.
2. Milligan, G., & Kostenis, E. (2006). Protein G Heterotrimerik: sejarah ringkas. Jurnal Farmakologi British, 147, 546-555.
3. Offermanns, S. (2003). G-protein sebagai transduser dalam isyarat transmembran. Kemajuan dalam Biofizik & Biologi Molekul, 83, 101-130.
4. Simon, M., Strathmann, MP, & Gautam, N. (1991). Kepelbagaian Protein G dalam Transduksi Isyarat. Sains, 252, 802-808.
5. Syrovatkina, V., Alegre, KO, Dey, R., & Huang, X. (2016). Peraturan, Isyarat, dan Fungsi Fisiologi G-Protein. Jurnal Biologi Molekul, 428 (19), 3850-3868.