Proteine ​​G Struttura, tipi e funzioni

IL G O Proteine ​​leganti i nucleotidi guanina, Sono proteine ​​associate alla membrana plasmatica appartenente a una famiglia di "accoppiatori" di segnali che hanno funzioni importanti in molti processi di trasduzione del segnale negli organismi eucariotici.

In letteratura, le proteine ​​G sono descritte come interruttori molecolari binari, poiché la loro attività biologica è determinata dai cambiamenti nella loro struttura dati dalle specie nucleotidiche a cui sono in grado di unirsi: nucleotidi di guanosina (difosfato (PIL) e typosfato (GTP)).

Struttura della proteina RAS, una proteina G monomerica (fonte: Mark 'Absturz' [dominio pubblico] via Wikimedia Commons)

Sono generalmente attivati ​​dai recettori di una famiglia di proteine ​​conosciute come recettori accoppiati GPCR (GPCR, inglese "Ricevitori accoppiati a proteina G "), che ricevono un segnale iniziale esterno e lo apportano cambiamenti conformazionali che innescano l'attivazione, che successivamente si traduce nell'attivazione di un'altra proteina effettrice.

Alcuni autori ritengono che i geni codificanti per questa famiglia di proteine ​​si siano evoluti nella duplicazione e nella divergenza di un gene comune ancestrale, il cui prodotto era raffinato e specializzato sempre di più.

Tra l'ampia varietà di funzioni cellulari che queste proteine ​​hanno sono la traslocazione di macromolecole durante la sintesi proteica, la trasduzione di segnali ormonali e gli stimoli sensoriali, nonché la regolazione della proliferazione e la differenziazione cellulare.

Da questo tipo di proteine ​​sono state descritte due classi: piccole proteine ​​G e proteine ​​G eterotrofimeriche. La prima struttura tridimensionale di una proteina G è stata ottenuta più di un decennio da una piccola proteina G nota come RAS.

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Struttura

Strutturalmente parlando, sono riconosciuti due tipi di proteine ​​G: piccole proteine ​​G e proteine ​​G eterotrimiche, molto più complesse.

Piccole proteine ​​G sono formate da un singolo polipeptide di circa 200 rifiuti aminoacei e circa 20-40 kDa, e nella sua struttura c'è un dominio catalitico conservato (il dominio G) composto da cinque eliche α, sei fogli β e cinque polipeptidetide Loop.

Le proteine ​​G eterotrofimeriche, d'altra parte, sono proteine ​​di membrana complete che sono composte da tre catene polipeptidiche, note come subunità α, β e γ.

-La subunità α pesa tra 40 e 52 kDa, ha una regione di legame nucleotidica guanina e ha attività GTPASA per idrolizzare i collegamenti tra i gruppi di fosfato GTP.

Le subunità α di diverse proteine ​​G condivono alcuni domini strutturali come l'unione GTP e l'idrolisi, ma sono molto diverse nei siti di legame del recettore e nelle proteine ​​effettrici.

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-La subunità β ha un peso molecolare leggermente inferiore (tra 35 e 36 kDa).

-La subunità γ, d'altra parte, è molto più piccola e ha un peso molecolare approssimativo di 8 kDa.

Tutti eterotrofimerici g. Questi due domini sono così fortemente associati che sono contemplati come una singola unità funzionale.

Ragazzi

Come accennato in precedenza ci sono due tipi di proteine ​​G: piccole ed eterotriméricas.

Piccole proteine ​​G hanno funzioni nella crescita cellulare, nella secrezione proteica e nell'interazione delle vescicole intracellulari. Da parte loro, le proteine ​​G eterotrofimeriche sono associate alla trasduzione del segnale dai recettori della superficie e agiscono anche da interruttori che si alternano tra due stati a seconda del nucleotide associato.

Piccole proteine ​​G

Queste proteine ​​sono anche chiamate piccole GTPASA, piccole proteine ​​di giunzione GTP o superfamiglia della proteina RAS e formano una superfamiglia indipendente all'interno della grande classe di GTP idrolasi con funzioni regolamentari.

Queste proteine ​​sono molto diverse e controllano più processi cellulari. Sono caratterizzati da un dominio conservato di vincolo a GTP, il dominio "G". L'unione di questo fosfato nucleotidico provoca piccoli cambiamenti conformazionali nel suo dominio catalitico nelle proteine ​​GD.

La sua attività è intimamente correlata alle proteine ​​che attivano GTPASAS (GAP, inglese "GTPase Attivazione della proteina ") e con i fattori di scambio di nucleotidi di Guanina (GEF, inglese "Fattore di scambio nucleotidico guanina ”).

Negli eucarioti sono state descritte cinque classi o famiglie di piccole proteine ​​G:

-Ras

-Rho

-Rab

-SAR1/ARF

-Corso

Le proteine ​​Ras e Rho controllano l'espressione genetica e le proteine ​​Rho modulano anche la riorganizzazione del citoscheletro. Le proteine ​​del gruppo RAB e SAR1/ARF hanno influenza sul trasporto vescicolare e le proteine ​​regolano il trasporto nucleare e il ciclo cellulare.

Proteine ​​G eterotrofimeriche

Questo tipo di proteina merita anche un'associazione con altri due fattori proteici, in modo che la via di segnalazione dall'esterno all'interno cellulare sia costituita da tre elementi nel seguente ordine:

1.    IL recettori accoppiati Una proteina g
2.    IL G
3.    IL Proteine o il Canali efficaci

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Esiste una grande diversità di proteina G eterotrofimerica e questo è correlato alla grande diversità delle subunità α che esistono in natura, in cui è preservato solo il 20% della sequenza di aminoacidi.

Di solito le proteine ​​G eterotrofimeriche sono identificate grazie alla diversità della subunità α, basata principalmente sulle loro somiglianze funzionali e di sequenza.

Le subunità α costituiscono quattro famiglie (la famiglia GS, la famiglia GI/O, la famiglia GQ e la famiglia G12). Ogni famiglia è composta da un diverso "isotipo" che, insieme, aggiunge più di 15 modi diversi di subunità α.

Famiglia gS

Questa famiglia contiene rappresentanti che partecipano anche alla regolazione positiva delle proteine ​​della ciclasi adenilati ed è espressa nella maggior parte dei tipi di cellule. È composto da due membri: GS e golf.

Il pedice "S " Si riferisce alla stimolazione (dall'inglese "Stimolazione ") e il pedice "Olf " Si riferisce all'odore "(dall'inglese "Olfatto"). Le proteine ​​del golf sono espresse soprattutto nei neuroni sensoriali responsabili dell'olfatto.

Famiglia gi/o

Questa è la famiglia più grande e diversificata. Sono espressi in molti tipi di cellule e mediano l'inibizione dipendente dalla ricezione di diversi tipi di adenilciclassi (il pedice "Yo " si riferisce all'inibizione).

Le proteine ​​con le subunità di gruppo α sono espresse soprattutto nelle cellule del sistema nervoso centrale e hanno due varianti: A e B.

Famiglia gQ

Le proteine ​​con questa famiglia di subunità α sono responsabili della regolazione della fosfolipasi C. Questa famiglia è composta da quattro membri le cui subunità α sono espresse da geni diversi. Sono abbondanti nelle cellule epatiche, nelle cellule renali e nei polmoni.

Famiglia g12

Questa famiglia è espressa in modo onnipresente negli organismi e non è noto con certezza ciò che esattamente i processi cellulari regolati attraverso le proteine ​​con queste subunità sono.

Subunità β e γ

Sebbene la diversità delle strutture alfa sia decisiva per l'identificazione delle proteine ​​eterotimiche, c'è anche molta diversità rispetto alle altre due subunità: beta e gamma.

Funzioni

Le proteine ​​G partecipano alla "canalizzazione" dei segnali dai recettori nella membrana plasmatica ai canali o agli enzimi effettori.

L'esempio più comune della funzione di questo tipo di proteina è nella regolazione dell'enzima adenilato ciclasa, enzima responsabile della sintesi di adenosina 3 ', 5'-monofosfato o semplicemente amp ciclico, una molecola che ha funzioni importanti come secondo messenger In molti processi cellulari noti:

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-Fosforilazione selettiva della proteina con funzioni specifiche

-Trascrizione genetica

-Riorganizzazione del citoscheletro

-Secrezione

-Depolarizzazione della membrana

Partecipano anche indirettamente nella regolazione della cascata di segnalazione degli inositoli (fosfatidilinitolo e dei loro derivati ​​fosforilati), che sono responsabili del controllo dei processi di calcio-dipendenti come la chimica e la secrezione di fattori solubili.

Molti canali ionici e proteine ​​di trasporto sono direttamente controllati dalle proteine ​​proteiche G. Allo stesso modo, queste proteine ​​sono coinvolte in molti processi sensoriali come la visione, l'odore, tra gli altri.

Come funzionano?

La modalità di interazione di una proteina G con proteine ​​effettrici è tipica di ogni classe o famiglia di proteine.

Per le proteine ​​G del recettore G-grebrale (proteine ​​G eterotrofimeriche), l'unione di un nucleotide guanina come il PIL o il guanosín difosfato per subunità α provoca l'associazione delle tre subunità, formando un complesso noto come Gαβγ o GDP GDP, che è collegato alla membrana.

Se la molecola del PIL viene successivamente scambiata da una molecola GTP, la subunità α attaccata alla GTP si dissocia dalle subunità β e γ, formando un complesso separato noto come Gα-GTP, che è in grado di alterare l'attività dei suoi enzimi o del trasporto Diana Diana proteine.

L'attività idrolitica di questa subunità ti consente di completare l'attivazione, scambiando il GTP con un nuovo PIL, passando alla conformazione inattiva.

In assenza dei recettori eccitati associati al processo di scambio del PIL del PIL, è molto lento, il che significa che le proteine ​​GD eterotrimiche scambiano solo il PIL mediante GTP a una velocità fisiologicamente importante quando sono unite ai loro recettori eccitati.

Riferimenti

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