Jump to content

G-белок

(Перенаправлено с G-белка )

Фосдуцин - комплекс трансдуцина бета-гамма. Бета- и гамма-субъединицы G-белка показаны синим и красным цветом соответственно.
Гуанозиндифосфат
Гуанозинтрифосфат

G-белки , также известные как белки, связывающие гуаниновые нуклеотиды , представляют собой семейство белков , которые действуют как молекулярные переключатели внутри клеток и участвуют в передаче сигналов от различных стимулов снаружи клетки внутрь. Их активность регулируется факторами, которые контролируют их способность связываться и гидролизовать гуанозинтрифосфат (ГТФ) до гуанозиндифосфата (ГДФ). Когда они привязаны к GTP, они «включены», а когда они привязаны к ВВП, они «выключены». G-белки принадлежат к более крупной группе ферментов, называемых GTPases .

Существует два класса G-белков. Первые функционируют как мономерные малые ГТФазы (маленькие G-белки), а вторые функционируют как гетеротримерные комплексы G-белков . Последний класс комплексов состоит из альфа (Gα ) , бета (Gβ ) и гамма ( ) субъединиц . [1] Кроме того, бета- и гамма-субъединицы могут образовывать стабильный димерный комплекс, называемый бета-гамма-комплексом. . [2]

Гетеротримерные G-белки, расположенные внутри клетки, активируются рецепторами, связанными с G-белками (GPCR), которые охватывают клеточную мембрану . [3] Сигнальные молекулы связываются с доменом GPCR, расположенным вне клетки, а внутриклеточный домен GPCR затем, в свою очередь, активирует определенный G-белок. Также было показано, что некоторые GPCR в активном состоянии «предварительно связаны» с G-белками, тогда как в других случаях считается, что имеет место механизм коллизионного сцепления. [4] [5] [6] Белок G запускает каскад дальнейших сигнальных событий , которые в конечном итоге приводят к изменению функции клетки. Рецепторы, связанные с G-белком, и G-белки, работая вместе, передают сигналы от многих гормонов , нейротрансмиттеров и других сигнальных факторов. [7] G-белки регулируют метаболические ферменты , ионные каналы , белки-переносчики и другие части клеточного механизма, контролируя транскрипцию , подвижность , сократимость и секрецию , которые, в свою очередь, регулируют различные системные функции, такие как эмбриональное развитие , обучение и память, а также гомеостаз . [8]

Белки G были открыты в 1980 году, когда Альфред Гилман и Мартин Родбелл исследовали стимуляцию клеток адреналином . Они обнаружили, что когда адреналин связывается с рецептором, рецептор не стимулирует ферменты (внутри клетки) напрямую. Вместо этого рецептор стимулирует белок G, который затем стимулирует фермент. Примером является аденилатциклаза , которая производит второй мессенджер циклический АМФ . [9] За это открытие они получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1994 года . [10]

Нобелевские премии были присуждены за многие аспекты передачи сигналов G-белками и GPCR. К ним относятся антагонисты рецепторов , нейромедиаторы нейромедиаторов , обратный захват , рецепторы, связанные с G-белком , G-белки, вторичные мессенджеры , ферменты, которые запускают фосфорилирование белков в ответ на цАМФ и последующие метаболические процессы, такие как гликогенолиз .

Яркие примеры включают (в хронологическом порядке награждения):

G-белки являются важными молекулами, передающими сигналы в клетках. «Нарушение сигнальных путей GPCR [рецептора, связанного с G-белком] участвует во многих заболеваниях, таких как диабет , слепота, аллергия, депрессия, сердечно-сосудистые дефекты и некоторые формы рака . По оценкам, около 30% современных лекарств» клеточные мишени — это GPCR». [15] Геном человека кодирует около 800 [16] Рецепторы, связанные с G-белком , которые обнаруживают фотоны света, гормоны, факторы роста, лекарства и другие эндогенные лиганды . Примерно 150 GPCR, обнаруженных в геноме человека, до сих пор имеют неизвестные функции.

В то время как G-белки активируются рецепторами, связанными с G-белком , они инактивируются белками RGS (что означает «регулятор передачи сигналов G-белка»). Рецепторы стимулируют связывание GTP (включение G-белка). Белки RGS стимулируют гидролиз GTP (создавая GDP и тем самым отключая G-белок).

Разнообразие

[ редактировать ]
Взаимосвязь последовательностей между 18 белками Gα человека . [17]

Все эукариоты используют G-белки для передачи сигналов и развили большое разнообразие G-белков. Например, люди кодируют 18 различных белков Gα , 5 белков Gβ и 12 белков Gγ . [17]

Сигнализация

[ редактировать ]

G-белок может относиться к двум различным семействам белков. Гетеротримерные G-белки , иногда называемые «большими» G-белками, активируются рецепторами, связанными с G-белками , и состоят из субъединиц альфа (α), бета (β) и гамма (γ) . «Маленькие» G-белки (20-25 кДа) принадлежат к Ras суперсемейству малых ГТФаз . Эти белки гомологичны субъединице альфа (α), обнаруженной в гетеротримерах, но на самом деле являются мономерными и состоят только из одной единицы. Однако, как и их более крупные родственники, они также связывают GTP и GDP и участвуют в передаче сигнала .

гетеротримерный

[ редактировать ]

Различные типы гетеротримерных G-белков имеют общий механизм. Они активируются в ответ на конформационные изменения в GPCR, обменивая GDP на GTP и диссоциируя, чтобы активировать другие белки на определенном пути передачи сигнала . [18] Однако конкретные механизмы различаются в зависимости от типа белка.

Механизм

[ редактировать ]
Цикл активации G-белков (розовый) с помощью рецептора, связанного с G-белком (GPCR, голубой), с получением лиганда (красный). Связывание лиганда с GPCR (2) вызывает изменение конформации, которое облегчает замену GDP на GTP в α-субъединице гетеротримерного комплекса (3-4). Как GTP-связанный Gα в активной форме, так и высвобожденный димер Gβγ могут затем стимулировать ряд нижестоящих эффекторов (5). Когда GTP на Gα гидролизуется до GDP (6), исходный рецептор восстанавливается (1). [19]

Активируемые рецептором G-белки связаны с внутренней поверхностью клеточной мембраны . Они состоят из субъединиц Gα и тесно связанных с ними субъединиц Gβγ . Существует четыре основных семейства субъединиц Gα : Gαs ( G-стимулирующие), Gαi ( G-ингибирующие), Gαq /11 и Gα12 /13 . [20] [21] Они ведут себя по-разному при распознавании эффекторной молекулы, но имеют схожий механизм активации.

Активация

[ редактировать ]

Когда лиганд активирует рецептор, связанный с G-белком , он вызывает конформационные изменения в рецепторе, которые позволяют рецептору функционировать как фактор обмена гуаниновых нуклеотидов (GEF), который обменивает GDP на GTP. GTP (или GDP) связан с субъединицей Gα в традиционном представлении об активации гетеротримерного GPCR. Этот обмен запускает диссоциацию субъединицы Gα ( которая связана с GTP) от димера Gβγ и рецептора в целом. Однако начинают приниматься модели, предполагающие молекулярную перегруппировку, реорганизацию и предварительное комплексообразование эффекторных молекул. [4] [22] [23] И Gα - GTP, и Gβγ могут затем активировать различные сигнальные каскады (или вторичных мессенджеров пути ) и эффекторные белки, в то время как рецептор способен активировать следующий G-белок. [24]

Прекращение действия

[ редактировать ]

Субъединица Gα в конечном итоге гидролизует присоединенный GTP до GDP за счет присущей ему ферментативной активности, позволяя ему повторно ассоциироваться с Gβγ и запуская новый цикл. Группа белков, называемая регулятором передачи сигналов G-белка (RGS), действует как белки, активирующие GTPase (GAP), и специфична для G α субъединиц . Эти белки ускоряют гидролиз GTP до GDP, тем самым прекращая передачу сигнала. эффектор В некоторых случаях сам может обладать внутренней активностью GAP, которая затем может помочь деактивировать этот путь. Это справедливо в случае фосфолипазы С -бета, которая обладает активностью GAP в своей С-концевой области. Это альтернативная форма регуляции субъединицы Gα . Такие Gα - GAP не имеют каталитических остатков (специфических аминокислотных последовательностей) для активации белка Gα . Вместо этого они работают, снижая необходимую энергию активации для того, чтобы реакция произошла. [25]

Конкретные механизмы

[ редактировать ]

Gαs , активирует цАМФ-зависимый путь стимулируя выработку циклического АМФ (цАМФ) из АТФ . Это достигается путем прямой стимуляции мембраносвязанного фермента аденилатциклазы . Затем цАМФ может действовать как второй мессенджер, который затем взаимодействует с протеинкиназой А (ПКА) и активирует ее. PKA может фосфорилировать множество нижестоящих мишеней.

цАМФ -зависимый путь используется в качестве пути передачи сигнала для многих гормонов, включая:

Gαi . ингибирует выработку цАМФ из АТФ например соматостатин, простагландины

G αq/11 стимулирует мембраносвязанную фосфолипазу C бета, которая затем расщепляет фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат (PIP 2 ) на два вторичных мессенджера, инозитолтрифосфат (IP 3 ) и диацилглицерин (DAG). IP 3 индуцирует высвобождение кальция из эндоплазматического ретикулума . DAG активирует протеинкиназу C.Инозитол-фосфолипид-зависимый путь используется в качестве пути передачи сигнала для многих гормонов, включая:

  • G α12/13 участвуют в передаче сигналов ГТФазы семейства Rho (см. ГТФазы семейства Rho ). Это происходит через суперсемейство RhoGEF, включающее домен RhoGEF структур белков). Они участвуют в контроле ремоделирования клеточного цитоскелета и, следовательно, в регулировании миграции клеток.

Малые ГТФазы

[ редактировать ]

Малые ГТФазы, также известные как малые G-белки, аналогичным образом связывают ГТФ и ВВП и участвуют в передаче сигналов . Эти белки гомологичны альфа-(α)-субъединице, присутствующей в гетеротримерах, но существуют в виде мономеров. Это небольшие (от 20 до 25 кДа) белки , которые связываются с гуанозинтрифосфатом ( GTP ). Это семейство белков гомологично Ras GTPases и также называется GTPases суперсемейства Ras .

Липидация

[ редактировать ]

Чтобы связаться с внутренним листком плазматической мембраны, многие G-белки и малые ГТФазы липидируются. [ нужна ссылка ] , то есть ковалентно модифицированный липидными расширениями. Они могут быть миристоилированными , пальмитоилированными или пренилированными .

  1. ^ 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 .
  2. ^ 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 .
  3. ^ «Семь трансмембранных рецепторов: Роберт Лефковиц» . 9 сентября 2012 года . Проверено 11 июля 2016 г.
  4. ^ Jump up to: а б Цинь К., Донг С., Ву Г, Ламберт Н.А. (август 2011 г.). «Предварительная сборка G(q)-сопряженных рецепторов и G(q)-гетеротримеров» в неактивном состоянии» . Химическая биология природы . 7 (10): 740–7. дои : 10.1038/nchembio.642 . ПМК   3177959 . ПМИД   21873996 .
  5. ^ Толковский А.М., Левицкий А (1978). «Режим взаимодействия бета-адренергического рецептора и аденилатциклазы в эритроцитах индейки». Биохимия . 17 (18): 3795–3810. дои : 10.1021/bi00611a020 . ПМИД   212105 .
  6. ^ Больц Х.Х., Сирбу А., Стельцер Н., де Ланеролль П., Винкельманн С., Аннибале П. (2022). «Влияние диффузии мембранных белков на передачу сигналов GPCR» . Клетки . 11 (10): 1660. doi : 10.3390/cells11101660 . ПМЦ   9139411 . ПМИД   35626696 .
  7. ^ Рис Дж., Китай (2002). Биология . Сан-Франциско: Бенджамин Каммингс. ISBN  0-8053-6624-5 .
  8. ^ Невес С.Р., Рам П.Т., Айенгар Р. (май 2002 г.). «Пути G-белка». Наука . 296 (5573): 1636–9. Бибкод : 2002Sci...296.1636N . дои : 10.1126/science.1071550 . ПМИД   12040175 . S2CID   20136388 .
  9. ^ Jump up to: а б Нобелевская премия по физиологии и медицине 1994 г. , иллюстрированная лекция.
  10. ^ Пресс-релиз: Нобелевская ассамблея Каролинского института решила присудить Нобелевскую премию по физиологии и медицине за 1994 год совместно Альфреду Г. Гилману и Мартину Родбеллу за открытие «G-белков и роли этих белков в передаче сигналов в организме человека». клетки». 10 октября 1994 г.
  11. ^ «Пресс-релиз Нобелевской премии по физиологии и медицине 1992 года» . Нобелевская ассамблея Каролинского института . Проверено 21 августа 2013 г.
  12. ^ Пресс-релиз
  13. ^ «Пресс-релиз: Нобелевская премия по физиологии и медицине 2004 г.» . Нобелевская премия.org . Проверено 8 ноября 2012 г.
  14. ^ Шведская королевская академия наук (10 октября 2012 г.). «Нобелевская премия по химии 2012 года, Роберт Дж. Лефковиц, Брайан К. Кобилка» . Проверено 10 октября 2012 г.
  15. ^ Бош Д.Е., Сидеровски Д.П. (март 2013 г.). «Передача сигналов G-белка у паразита Entamoeba histolytica» . Экспериментальная и молекулярная медицина . 45 (1038): е15. дои : 10.1038/emm.2013.30 . ПМЦ   3641396 . ПМИД   23519208 .
  16. ^ Балтумас Ф.А., Теодоропулу М.К., Хамодракас С.Дж. (июнь 2013 г.). «Взаимодействие α-субъединиц гетеротримерных G-белков с GPCR, эффекторами и белками RGS: критический обзор и анализ взаимодействующих поверхностей, конформационных сдвигов, структурного разнообразия и электростатических потенциалов». Журнал структурной биологии . 182 (3): 209–18. дои : 10.1016/j.jsb.2013.03.004 . ПМИД   23523730 .
  17. ^ Jump up to: а б Сыроваткина В, Алегри КО, Дей Р, Хуан XY (сентябрь 2016 г.). «Регуляция, сигнализация и физиологические функции G-белков» . Журнал молекулярной биологии . 428 (19): 3850–68. дои : 10.1016/j.jmb.2016.08.002 . ПМК   5023507 . ПМИД   27515397 .
  18. ^ Лим, Венделл (2015). Клеточная сигнализация: принципы и механизмы . Брюс Майер, Т. Поусон. Нью-Йорк. ISBN  978-0-8153-4244-1 . OCLC   868641565 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  19. ^ Стюарт, Адель; Фишер, Рори А. (2015). Прогресс молекулярной биологии и трансляционной науки . Том. 133. Эльзевир. стр. 1–11. дои : 10.1016/bs.pmbts.2015.03.002 . ISBN  9780128029381 . ПМИД   26123299 .
  20. ^ Сыроваткина Виктория; Алегре, Камела О.; Дей, Раджа; Хуан, Синь-Юнь (25 сентября 2016 г.). «Регуляция, сигнализация и физиологические функции G-белков» . Журнал молекулярной биологии . 428 (19): 3850–3868. дои : 10.1016/j.jmb.2016.08.002 . ISSN   0022-2836 . ПМК   5023507 . ПМИД   27515397 .
  21. ^ «ИнтерПро» . www.ebi.ac.uk. ​Проверено 25 мая 2023 г.
  22. ^ Дигби Г.Дж., Лобер Р.М., Сетхи П.Р., Ламберт Н.А. (ноябрь 2006 г.). «Некоторые гетеротримеры G-белка физически диссоциируют в живых клетках» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (47): 17789–94. Бибкод : 2006PNAS..10317789D . дои : 10.1073/pnas.0607116103 . ПМК   1693825 . ПМИД   17095603 .
  23. ^ Хафизов К., Латтанци Г., Карлони П. (июнь 2009 г.). «Неактивные и активные формы G-белка, исследованные методами моделирования». Белки . 75 (4): 919–30. дои : 10.1002/прот.22303 . ПМИД   19089952 . S2CID   23909821 .
  24. ^ Юэнь Дж.В., Пун Л.С., Чан А.С., Ю Ф.В., Ло РК, Вонг Й.Х. (июнь 2010 г.). «Активация STAT3 специфическими субъединицами галфа и множественными димерами Gbetagamma». Международный журнал биохимии и клеточной биологии . 42 (6): 1052–9. doi : 10.1016/j.biocel.2010.03.017 . ПМИД   20348012 .
  25. ^ Спранг С.Р., Чен З, Ду Икс (2007). «Структурные основы эффекторной регуляции и терминации сигнала в гетеротримерных Gα-белках». Структурные основы эффекторной регуляции и терминации сигнала в гетеротримерных галфа-белках . Достижения в химии белков. Том. 74. стр. 1–65. дои : 10.1016/S0065-3233(07)74001-9 . ISBN  978-0-12-034288-4 . ПМИД   17854654 .
  26. ^ Коул Лос-Анджелес (август 2010 г.). «Биологические функции ХГЧ и связанных с ХГЧ молекул» . Репродуктивная биология и эндокринология . 8 (1): 102. дои : 10.1186/1477-7827-8-102 . ПМЦ   2936313 . ПМИД   20735820 .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 4a66172968a78ec291b7ad80673e3b81__1722362160
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/4a/81/4a66172968a78ec291b7ad80673e3b81.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
G protein - 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.)