Jump to content

ГТФаза

(Перенаправлено с GTP-азы )

ГТФазы представляют собой большое семейство гидролаз ферментов , которые связываются с нуклеотидом гуанозинтрифосфата (ГТФ) и гидролизуют его до гуанозиндифосфата (ГДФ) . [ 1 ] Связывание и гидролиз GTP происходят в высококонсервативном « P-петли G-домене» , белковом домене , общем для многих GTPases. [ 1 ]

ГТФазы действуют как молекулярные переключатели или таймеры во многих фундаментальных клеточных процессах. [ 2 ]

Примеры таких ролей включают в себя:

GTPases активны, когда связаны с GTP, и неактивны, когда связаны с GDP. [ 2 ] [ 3 ] В обобщенной модели передачи сигналов рецептор-преобразователь-эффектор Мартина Родбелла сигнальные ГТФазы действуют как преобразователи, регулируя активность эффекторных белков. [ 3 ] Это переключение между неактивным и активным происходит из-за конформационных изменений в белке, отличающем эти две формы, особенно в областях «переключателя», которые в активном состоянии способны устанавливать белок-белковые контакты с белками-партнерами, которые изменяют функцию этих эффекторов. [ 1 ]

Механизм

[ редактировать ]

Гидролиз GTP, связанного с (активной) G-домен-GTPазой, приводит к дезактивации сигнальной/таймерной функции фермента. [ 2 ] [ 3 ] Гидролиз третьего (γ) фосфата ГТФ с образованием гуанозиндифосфата (ГДФ) и P i , неорганического фосфата , происходит по механизму S N 2 (см. нуклеофильное замещение ) через пентакоординационное переходное состояние и зависит от присутствия магния ион Mg 2+ . [ 2 ] [ 3 ]

Активность ГТФазы служит механизмом отключения сигнальной роли ГТФаз, возвращая активный, связанный с ГТФ, белок в неактивное, связанное с ВВП состояние. [ 2 ] [ 3 ] Большинство «ГТФаз» обладают функциональной активностью ГТФазы, что позволяет им оставаться активными (то есть связанными с ГТФ) только в течение короткого времени, прежде чем деактивироваться путем преобразования связанного ГТФ в связанный ВВП. [ 2 ] [ 3 ] Однако многие ГТФазы также используют дополнительные белки, называемые белками, активирующими ГТФазу , или GAP, для ускорения своей ГТФазной активности. Это еще больше ограничивает активное время жизни сигнальных GTPases. [ 4 ] Некоторые ГТФазы практически не обладают собственной активностью ГТФазы и полностью зависят от белков GAP в плане дезактивации (таких как фактор ADP-рибозилирования или семейство ARF небольших GTP-связывающих белков, которые участвуют в везикулярном транспорте внутри клеток). [ 5 ]

Чтобы активироваться, GTPases должны связаться с GTP. Поскольку механизмы преобразования связанного GDP непосредственно в GTP неизвестны, неактивные GTPases вынуждены высвобождать связанный GDP под действием отдельных регуляторных белков, называемых факторами обмена гуаниновых нуклеотидов или GEF. [ 2 ] [ 3 ] Безнуклеотидный белок ГТФаза быстро повторно связывает ГТФ, которого в здоровых клетках значительно больше, чем ВВП, позволяя ГТФазе перейти в активное конформационное состояние и усилить свое воздействие на клетку. [ 2 ] [ 3 ] Для многих ГТФаз активация GEF является основным механизмом контроля стимуляции сигнальных функций ГТФазы, хотя GAP также играют важную роль. Для гетеротримерных G-белков и многих малых GTP-связывающих белков активность GEF стимулируется рецепторами клеточной поверхности в ответ на сигналы вне клетки (для гетеротримерных G-белков рецепторы, связанные с G-белками , сами являются GEF, тогда как для активированных рецептором малых GTPases их GEF отличаются от рецепторов клеточной поверхности).

Некоторые ГТФазы также связываются с дополнительными белками, называемыми ингибиторами диссоциации гуаниновых нуклеотидов или GDI, которые стабилизируют неактивное, связанное с GDP состояние. [ 6 ]

Количество активной ГТФазы можно изменить несколькими способами:

  1. Ускорение диссоциации ВВП со стороны ГЭФ ускоряет накопление активной ГТФазы.
  2. Ингибирование диссоциации GDP ингибиторами диссоциации гуаниннуклеотидов (GDI) замедляет накопление активной ГТФазы.
  3. Ускорение гидролиза ГТФ GAP снижает количество активной ГТФазы.
  4. Искусственные аналоги ГТФ, такие как ГТФ-γ-S , β,γ-метилен-ГТФ и β,γ-имино-ГТФ, которые не поддаются гидролизу, могут блокировать ГТФазу в ее активном состоянии.
  5. Мутации (например, те, которые снижают собственную скорость гидролиза ГТФ) могут блокировать ГТФазу в активном состоянии, и такие мутации в малой ГТФазе Ras особенно распространены при некоторых формах рака. [ 7 ]

GTPазы домена G

[ редактировать ]

В большинстве GTPases специфичность основания гуанина по сравнению с другими нуклеотидами обеспечивается мотивом распознавания оснований, который имеет консенсусную последовательность [N/T]KXD. Следующая классификация основана на общих чертах; в некоторых примерах есть мутации в мотиве распознавания оснований, которые смещают их субстратную специфичность, чаще всего в сторону АТФ. [ 8 ]

Класс ТРАФАК

[ редактировать ]

Класс белков G-домена TRAFAC назван в честь прототипного члена, белков G-фактора трансляции. Они играют роль в трансляции, передаче сигналов и подвижности клеток. [ 8 ]

Суперсемейство факторов трансляции

[ редактировать ]

Множественные классические факторы трансляции семейства GTPases играют важную роль в инициации , элонгации и прекращении биосинтеза белка . Обладая сходным способом связывания рибосом благодаря домену β-EI, следующему за GTPase, наиболее известными членами семейства являются EF-1A / EF-Tu , EF-2 / EF-G , [ 9 ] и факторы высвобождения класса 2 . Другие члены включают EF-4 (LepA), BipA (TypA), [ 10 ] SelB (бактериальный паралог селеноцистеинил-тРНК EF-Tu), Tet ( резистентность к тетрациклину за счет рибосомальной защиты), [ 11 ] и HBS1L ( белок спасения эукариотических рибосом, аналогичный факторам высвобождения).

Суперсемейство также включает семейство Bms1 дрожжей. [ 8 ]

Рас-подобное суперсемейство

[ редактировать ]
Гетеротримерные G-белки
[ редактировать ]

Гетеротримерные комплексы G-белка состоят из трех отдельных белковых субъединиц, называемых альфа- (α), бета- (β) и гамма - субъединицами . [ 12 ] Альфа-субъединицы содержат GTP-связывающий/GTPase-домен, фланкированный длинными регуляторными областями, тогда как бета- и гамма-субъединицы образуют стабильный димерный комплекс, называемый бета-гамма-комплексом . [ 13 ] При активации гетеротримерный G-белок диссоциирует на активированную, GTP-связанную альфа-субъединицу и отдельную бета-гамма-субъединицу, каждая из которых может выполнять различные сигнальные роли. [ 2 ] [ 3 ] Субъединицы α и γ модифицируются липидными якорями , чтобы усилить их связь с внутренним листком плазматической мембраны. [ 14 ]

Гетеротримерные G-белки действуют как преобразователи рецепторов, связанных с G-белком , связывая активацию рецептора с нижестоящими сигнальными эффекторами и вторичными мессенджерами . [ 2 ] [ 3 ] [ 15 ] В нестимулированных клетках гетеротримерные G-белки собираются в виде связанного с GDP неактивного тримера ( -GDP- Gβγ ). комплекс [ 2 ] [ 3 ] При активации рецептора активированный внутриклеточный домен рецептора действует как GEF, высвобождая GDP из комплекса G-белка и способствуя связыванию GTP вместо него. [ 2 ] [ 3 ] Комплекс, связанный с GTP, претерпевает активирующий конформационный сдвиг, который диссоциирует его от рецептора, а также расщепляет комплекс на компоненты альфа-компонента G-белка и субъединицы бета-гамма. [ 2 ] [ 3 ] Хотя эти активированные субъединицы G-белка теперь могут свободно активировать свои эффекторы, активный рецептор также может активировать дополнительные G-белки - это обеспечивает каталитическую активацию и амплификацию, когда один рецептор может активировать множество G-белков. [ 2 ] [ 3 ]

Передача сигналов G-белка завершается гидролизом связанного GTP до связанного GDP. [ 2 ] [ 3 ] Это может происходить за счет внутренней активности ГТФазы α-субъединицы или ускоряться отдельными регуляторными белками, которые действуют как белки, активирующие ГТФазу (GAP), такие как члены семейства регуляторов передачи сигналов G-белка (RGS). [ 4 ] Скорость реакции гидролиза работает как внутренние часы, ограничивающие длину сигнала. Как только G α возвращается к GDP-связанному состоянию, две части гетеротримера снова связываются в исходное неактивное состояние. [ 2 ] [ 3 ]

Гетеротримерные G-белки можно классифицировать по гомологии последовательностей α-единицы и по их функциональным мишеням на четыре семейства: семейство Gs , семейство Gi , семейство Gq и семейство G12 . [ 12 ] Каждое из этих семейств Gα - белков содержит несколько членов, так что млекопитающие имеют 16 различных α -субъединицы. генов [ 12 ] G β и G γ также состоят из многих членов, что увеличивает структурное и функциональное разнообразие гетеротримеров. [ 12 ] Среди молекул-мишеней специфических G-белков есть ферменты, генерирующие второй мессенджер, аденилатциклаза и фосфолипаза C , а также различные ионные каналы . [ 16 ]

Малые ГТФазы
[ редактировать ]

Малые ГТФазы функционируют как мономеры и имеют молекулярную массу около 21 килодальтон и состоят в основном из домена ГТФазы. [ 17 ] Их также называют малыми или мономерными регуляторными белками, связывающими гуаниновые нуклеотиды, малыми или мономерными GTP-связывающими белками или малыми или мономерными G-белками, и поскольку они имеют значительную гомологию с впервые идентифицированным таким белком, названным Ras , их также называют называемые GTPases суперсемейства Ras . Малые ГТФазы обычно служат молекулярными переключателями и преобразователями сигналов для широкого спектра клеточных сигнальных событий, часто с участием мембран, везикул или цитоскелета. [ 18 ] [ 17 ] В соответствии с их первичными аминокислотными последовательностями и биохимическими свойствами многие малые ГТФазы суперсемейства Ras далее делятся на пять подсемейств с различными функциями: Ras , Rho («Ras-гомология»), Rab , Arf и Ran . [ 17 ] В то время как многие малые GTPases активируются своими GEF в ответ на внутриклеточные сигналы, исходящие от рецепторов клеточной поверхности (особенно рецепторов факторов роста ), регуляторные GEF для многих других малых GTPases активируются в ответ на внутренние клеточные сигналы, а не сигналы клеточной поверхности (внешние).

Суперсемейство миозина-кинезинов

[ редактировать ]

Этот класс определяется потерей двух бета-цепей и дополнительных N-концевых цепей. Оба тезки этого суперсемейства, миозин и кинезин , перешли на использование АТФ. [ 8 ]

Большие ГТФазы
[ редактировать ]

Рассматривайте динамин как прототип больших мономерных ГТФаз.

класс СИМИБИ

[ редактировать ]

Большая часть GTPases класса SIMIBI активируется путем димеризации. [ 8 ] Названный в честь частицы распознавания сигнала (SRP), MinD и BioD, этот класс участвует в локализации белка, разделении хромосом и мембранном транспорте. Некоторые представители этого класса, включая MinD и Get3, изменили субстратную специфичность и стали АТФазами. [ 19 ]

Факторы транслокации

[ редактировать ]

Для обсуждения факторов транслокации и роли GTP см. Частицу распознавания сигнала (SRP).

Другие ГТФазы

[ редактировать ]

Хотя тубулин и родственные структурные белки также связывают и гидролизуют GTP в рамках своей функции по формированию внутриклеточных канальцев, эти белки используют отдельный домен тубулина , который не связан с доменом G, используемым для передачи сигналов GTPases. [ 20 ]

Существуют также GTP-гидролизующие белки, которые используют P-петлю из суперкласса, отличного от белка, содержащего G-домен. Примеры включают белки NACHT собственного суперкласса и белок McrB суперкласса AAA+ . [ 8 ]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Jump up to: а б с Стоутен, ПФ; Сандер, К; Виттингхофер, А; Валенсия, А (1993). «Как работает регион переключения II G-доменов?». Письма ФЭБС . 320 (1): 1–6. дои : 10.1016/0014-5793(93)81644-ф . ПМИД   8462668 .
  2. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д Гилман, АГ (1987). «G-белки: преобразователи сигналов, генерируемых рецепторами». Ежегодный обзор биохимии . 56 : 615–649. дои : 10.1146/annurev.bi.56.070187.003151 . ПМИД   3113327 .
  3. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п Родбелл, М. (1995). «Нобелевская лекция: Преобразование сигналов: эволюция идеи» . Отчеты по биологическим наукам . 15 (3): 117–133. дои : 10.1007/bf01207453 . ПМК   1519115 . ПМИД   7579038 . S2CID   11025853 .
  4. ^ Jump up to: а б Берман, Д.М.; Гилман, АГ (1998). «Белки RGS млекопитающих: варвары у ворот» . Журнал биологической химии . 273 (3): 1269–1272. дои : 10.1074/jbc.273.3.1269 . ПМИД   9430654 .
  5. ^ Кан, РА; Гилман, АГ (1986). «Белковый кофактор, необходимый для АДФ-рибозилирования G холерным токсином, сам по себе является GTP-связывающим белком» . Журнал биологической химии . 261 (17): 7906–7911. дои : 10.1016/S0021-9258(19)57489-0 . ПМИД   3086320 .
  6. ^ Сасаки, Т; Такай, Ю. (1998). «Система семейства Rho Small G-белков-Rho GDI как временной и пространственный детерминант цитоскелетного контроля». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 245 (3): 641–645. дои : 10.1006/bbrc.1998.8253 . ПМИД   9588168 .
  7. ^ Муруган, АК; Греко, М; Цучида, Н. (2019). «Мутации RAS при раке человека: роль в точной медицине». Семинары по биологии рака . 59 : 23–35. doi : 10.1016/j.semcancer.2019.06.007 . ПМИД   31255772 . S2CID   195761467 .
  8. ^ Jump up to: а б с д и ж Лейпе Д.Д.; Вольф Ю.И.; Кунин Е.В. и Аравинд Л. (2002). «Классификация и эволюция ГТФаз P-петли и родственных АТФаз» . Дж. Мол. Биол . 317 (1): 41–72. дои : 10.1006/jmbi.2001.5378 . ПМИД   11916378 .
  9. ^ Пармеджиани, А; Сандер, Г. (1981). «Свойства и регуляция активности ГТФазы факторов элонгации Tu и G, а также фактора инициации 2». Молекулярная и клеточная биохимия . 35 (3): 129–158. дои : 10.1007/BF02357085 . ПМИД   6113539 . S2CID   1388090 .
  10. ^ Гиббс, MR; Фредрик, К. (2018). «Роль неуловимых трансляционных ГТФаз выявляется и дает информацию о процессе биогенеза рибосом у бактерий» . Молекулярная микробиология . 107 (4): 445–454. дои : 10.1111/mmi.13895 . ПМК   5796857 . ПМИД   29235176 .
  11. ^ Маргус, Тыну; Ремм, Майдо; Тенсон, Танель (декабрь 2007 г.). «Филогенетическое распределение трансляционных ГТФаз у бактерий» . БМК Геномика . 8 (1): 15. дои : 10.1186/1471-2164-8-15 . ПМК   1780047 . ПМИД   17214893 .
  12. ^ Jump up to: а б с д Гуровиц Э.Х., Мельник Дж.М., Чен Ю.Дж., Курос-Мехр Х., Саймон М.И., Шизуя Х. (апрель 2000 г.). «Геномная характеристика генов альфа-, бета- и гамма-субъединиц гетеротримерного G-белка человека» . Исследование ДНК . 7 (2): 111–20. дои : 10.1093/dnares/7.2.111 . ПМИД   10819326 .
  13. ^ Клэпхэм Д.Э., Нир Э.Дж. (1997). «Бета-гамма-субъединицы G-белка». Ежегодный обзор фармакологии и токсикологии . 37 : 167–203. doi : 10.1146/annurev.pharmtox.37.1.167 . ПМИД   9131251 .
  14. ^ Чен, Калифорния; Мэннинг, Д.Р. (2001). «Регуляция G-белков путем ковалентной модификации» . Онкоген . 20 (13): 1643–1652. дои : 10.1038/sj.onc.1204185 . ПМИД   11313912 .
  15. ^ Пирс, КЛ; Премонт, RT; Лефковиц, Р.Дж. (2002). «Семь-трансмембранные рецепторы». Nature Reviews Молекулярно-клеточная биология . 3 (9): 639–650. дои : 10.1038/nrm908 . ПМИД   12209124 . S2CID   23659116 .
  16. ^ Невес, СР; Рам, ПТ; Айенгар, Р. (2002). «Пути G-белка». Наука . 296 (5573): 1636–1639. Бибкод : 2002Sci...296.1636N . дои : 10.1126/science.1071550 . ПМИД   12040175 . S2CID   20136388 .
  17. ^ Jump up to: а б с Такай, Ю; Сасаки, Т; Матозаки, Т (2001). «Малые GTP-связывающие белки». Физиологические обзоры . 81 (1): 153–208. дои : 10.1152/physrev.2001.81.1.153 . ПМИД   11152757 .
  18. ^ Холл, А (1990). «Клеточные функции малых GTP-связывающих белков». Наука . 249 (4969): 635–640. Бибкод : 1990Sci...249..635H . дои : 10.1126/science.2116664 . ПМИД   2116664 .
  19. ^ Шан, СО (декабрь 2016 г.). «АТФаза и ГТФаза Танго управляют внутриклеточным транспортом белков» . Тенденции биохимических наук . 41 (12): 1050–1060. дои : 10.1016/j.tibs.2016.08.012 . ПМЦ   5627767 . ПМИД   27658684 .
  20. ^ Ногалес Э., Даунинг К.Х., Амос Л.А., Лёве Дж. (июнь 1998 г.). «Тубулин и FtsZ образуют отдельное семейство GTPases». Нат. Структура. Биол . 5 (6): 451–8. дои : 10.1038/nsb0698-451 . ПМИД   9628483 . S2CID   5945125 .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 250cd998473581c0533079f470914f81__1721056620
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/25/81/250cd998473581c0533079f470914f81.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
GTPase - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)