G-протеини и тяхната функция (страница 1 от 5)

Съдържание

От историята на откриването на С-протеините. 8

Структура и свойства. 8

Мембранна връзка. девет

Структурна и функционална организация на G-протеините. девет

Класификация по чувствителност към жетони . 10

Взаимодействие с ефекторни системи. десет

Регулиране на активността на G-протеините. единадесет

Аденилатциклазна система. 17

Влияние на бактериалните токсини върху активността на аденилатциклазата (ADP-рибозилиране на G-протеини) 20

Инозитол фосфатна система. 21.

Участие на калмодулиновия протеин в предаването на инозитол фосфатен сигнал. 22.

Саморегулация на системата . 23

α-субединица: общи свойства. 23.

β и γ субединици: общи характеристики. 24

G-протеини: βγ-субединици . 25

GTP-свързващите протеини образуват две основни семейства G-протеини и GTP-свързващи протеини с ниско молекулно тегло. 28

Сигнализиращите G-протеини са универсални медиатори в предаването на хормонални сигнали от рецептори на клетъчната мембрана към ефекторни протеини, които индуцират крайния клетъчен отговор. Когато рецепторна молекула със седем домена, локализирана в мембраната на сензорна клетка, се активира от някои промени във външната среда, тя претърпява конформационни промени. Последните се откриват

G-протеини, свързани с мембраната, които от своя страна активират ефекторни молекули в мембраната. Това често води до освобождаване на вторични пратеници в цитозола.

Те са обект на интензивно изследване поради участието им в много важни физиологични процеси. G-протеините, участващи в предаването на сигнала, са членове на голямото суперсемейство на гуанин-свързващи протеини. G-протеините са прецизни регулатори, които включват или изключват активността на други молекули.

Приблизително 80% от първичните пратеници (хормони, невротрансмитери, невромодулатори) взаимодействат със специфични рецептори, които са свързани с ефектори чрез G-протеини.

G-протеини - протеини, които свързват гуанозиновите нуклеотиди. G-протеините, свързани с рецепторите, са свързани с мембраната. В неактивно състояние те са свързани с БВП. Когато рецепторът се свърже с лиганда, HDF се заменя с GTP, което води до активиране. Този процес е относително бавен и протича в рамките на секунди - десетки секунди.

G-протеините на биологичните мембрани имат хетеротримерна структура. Те се състоят от големи α-субединици (около 45 килодалтона - kDa), както и от по-малки β и γ-субединици, α-субединицата има активност на GTPase, в неактивна (изключена) форма свързва молекулата на GDP на активното място. Субединиците β и γ са взаимосвързани и не могат да бъдат дисоциирани при физиологични условия. В неактивно състояние βγ-комплексът е свободно свързан с α-субединицата. Γ-субединицата е свързана с цитоплазмения лист на биологичната мембрана чрез геранил-геранилова верига (20 въглеродни атома във веригата), която е сходна по структура с холестерола. Α-субединицата също е свързана с мембраната от мастна киселина с дължина на веригата от 14 въглеродни атома (миристинова киселина). Такива връзки гарантират, че G-протеиновият комплекс се задържа в равнината на мембраната, но в същото време е в състояние лесно да се движи в тази равнина. Лесно е да си представим как целият комплекс на G-протеина с прикрепен HDP се движи в мембранната равнина под действието на топлинни сили, две семейства протеини - хетеротримерни гуанозин нуклеотидни свързващи протеини (G-протеини) и гуанозин трифосфатази (GTPases) отдалечено свързани с тях, по време на свързването на GTP и активират надолу по веригата сигнални компоненти от клетъчната повърхност. Малките GTPases участват в контрола на основните свойства на клетката - полярността на формата и процесите на разделяне и диференциация. G-протеините обикновено регулират по-специализирани сигнали - производството на вторични пратеници. И двата са способни да хидролизират GTР и по този начин да изключат сигнала.

Тъй като β - и γ-субединиците на G-протеините са изключително консервативни, G-протеините обикновено се отличават с техните α-субединици. В допълнение към GTP-свързващия мотив, всяка Galpha последователност съдържа поне едно място за свързване на двувалентен катион, както и места за ковалентна модификация от бактериални токсини, които катализират NAD-зависимите ADP-рибозилтрансферазни реакции. G-протеините, които стимулират аденилатциклазата (Gs) или участват във фототрансдукция (Gt, трансдуцин), служат като субстрати за ADP-рибозилиране, катализирани от холерен токсин в един от остатъците на аргинин, което води до блокиране на дезактивирането на тези протеини. Gs, G-протеин, който инхибира аденилат циклазата, (Gi) и G-протеин с все още неизвестна функция (Go) ADP-рибозилиран от коклюшен токсин в цистеиновия остатък, разположен в С-края. Тази модификация пречи на взаимодействието между G-протеина и рецепторите. Определя последователността на G-протеин на плъх (Gx), който е нечувствителен към коклюшен токсин.

G-протеините са регулаторни протеини, които свързват GTP при активиране. Най-добре проучените G-протеини, които стимулират и инхибират аденилатциклазата (Gs - съответно протеини и Gi-протеини). β '- адренергичните рецептори, β2 - адренергичните рецептори и D1 рецепторите са свързани с протеина Gs и следователно стимулацията на тези рецептори е придружена от активиране на аденилат циклаза и повишаване на вътреклетъчната концентрация на cAMP, класическият втори (вътреклетъчен ) пратеник. Окончателният отговор в различните клетки е различен и зависи от това кои са ефекторните фрагменти (ензим, йонен канал и др.) Α2 - адренергичните рецептори, М2 холинергичните рецептори и D2 рецепторите се свързват с Gi протеина и стимулирането на тези рецептори води до намаляване на активността на аденилат циклазата и вътреклетъчната концентрация на сАМР. Промените в активността на ензимите и други вътреклетъчни протеини и съответно клетъчните функции са противоположни на наблюдаваните при активиране на Gs протеина. α1-адренергичните рецептори (като M1-холинергичните рецептори), очевидно са свързани с друг, все още малко проучен тип G-протеин. Този протеин понякога се нарича Gq. Той активира фосфолипаза С, която катализира разграждането на мембранните фосфолипиди, по-специално фосфатидилинозитол-4,5-дифосфат до IPH и DHA. И двете вещества са вторични посредници.

Свързването на агонист (хормон, невротрансмитер и др.) Със съответния рецептор води до протеиново-протеиново взаимодействие между рецептора и G-протеина и ускорява дисоциацията на БВП. Резултатът е краткотраен агонист-рецептор-G-протеинов комплекс, който не е свързан с нито един нуклеотид. Свързването на GTP молекулата с този комплекс намалява афинитета на рецептора към G-протеина, което води до дисоциация на комплекса и освобождаване на рецептора. Потенциално рецепторът може да активира голям брой G-протеинови молекули, като по този начин осигурява високо усилване на извънклетъчния сигнал на този етап. Активираната α-субединица на G-протеина се дисоциира от βγ-субединиците и взаимодейства със съответния ефектор, упражнявайки върху него активиращ или инхибиторен ефект.

Α-субединицата с GTP, прикрепена към нея, е способна да взаимодейства с ефектор в мембраната - ензими като аденилат циклаза или, вероятно, йонни канали. Ензимът може да се активира или инхибира, а йонният канал може да се отвори или затвори. Конкретни примери ще бъдат разгледани в следващите раздели. Взаимодействието с ефектора обаче продължава, докато α-субединицата, която е GTPase, запазва GTP. Така че много скоро прикаченият GTP се хидролизира до HDF. Когато това се случи, α-субединицата отново променя своята конформация и губи способността да активира ефектора. След това α-HDF взаимодейства с βγ-комплекса и отново образува тримерен комплекс, като по този начин завършва цикъла. Предполага се също така, че комплекс от βγ-субединици също може (пряко или непряко) да повлияе на ефекторните ензими.

Тези ензими са аденилат циклаза, фосфолипаза С. G-протеините също регулират работата на К и Са2 + -йоновите канали, G-протеините включват Gs полипептид, който стимулира аденилатциклазата и регулира Са2 + -йоновите канали, Gi полипептидът, който инхибира аденилат циклаза и регулира K + -канали в клетките на мозъчната тъкан, Gt, трансдуцин, участващи в предаването на светлинен сигнал, Golf специфичен протеин на обонятелни реснички и др. намаляващо молекулно тегло.

Впоследствие GTP, свързан с α-субединицата на G-протеина, се подлага на хидролиза и ензимът, катализиращ този процес, е самата α-субединица. Това води до дисоциация на α-субединицата от ефектора и повторно асоцииране на комплекса на α-HDF с βγ - субединици. Спонтанното активиране на G-протеина, свързано с БВП, е много невероятен процес.

Същият механизъм лежи в основата на хормоналната регулация на фосфоинозитид-специфичната фосфолипаза С и фосфолипаза А2. Освен това е показано, че G-протеините могат директно да активират йонните канали.

Ограничителният етап в процеса на възстановяване на първоначалното състояние на G-протеина е скоростта на дисоциация на БВП от α-субединицата на G-протеина. Скоростта на дисоциация се увеличава, когато G-протеин-GDP взаимодейства с рецептор, свързан с агонист. Свързването на GTP от G-протеина води, очевидно, до образуването на агонист-рецептор-G-протеинов комплекс. Аналог на GTP-CTP-γ-S и Mg2 + подобрява дисоциацията на α-субединицата от тримера на G-протеина. Трябва обаче да се отбележи, че каталитичната субединица на аденилатциклазата от говежди мозъчни мембрани се пречиства хроматографски с α- и β-субединици на Gs-протеина и въпросът за дисоциацията на α-субединиците от тримера на G-протеина за активиране ефекторът изисква изясняване.

G-протеините проявяват значителен полиморфизъм. Всяка от формите на G-протеиновите субединици е силно хомоложна по структура, близка по функции, но се различава по молекулно тегло и електрофоретична подвижност. Полиморфизмът е особено широк и най-изследван за αs и αiG-протеини. По този начин от човешкия мозък са изолирани 11 форми на ДНК, отговорни за синтеза на αs-субединици, четири вида от които са клонирани и се предполага, че те определят синтеза на четири αs изоформи в човешкия мозък. За αi са открити главно три изоформи αi1, αi2, αi3. Молекулните маси на αs изоформата са в диапазона 42-55 kDa и αi39-41 kDa. Разпределението на молекулярните варианти на αi е специфично за тъканите: αi1 присъства главно в мозъка, αi2 се намира в нервната тъкан и кръвните клетки, αi3 присъства в периферните тъкани и липсва в мозъка. Разпределението на гените, кодиращи синтеза на три αi изоформи в тъканите, е приблизително еднакво в следния ред: човек, бик, плъх, мишка. Определянето на аминокиселинната последователност на αi и αs показа, че αs или αi изоформите се различават в областта на С - и N - крайните последователности, които се свързват с рецептора или ефектора. Предполага се, че полиморфизмът на α-субединиците се определя от разнообразието на рецепторите и техните подтипове и разнообразието на ефекторните системи.