Jump to content

G белок

(Перенаправлен из бета -субъединицы )

Фосдуцин - трансдуцин бета -гамма -комплекс. Бета и гамма-субъединицы G-белка показаны синим и красным, соответственно.
Гуанозин дифхосфат
Гуанозин трифосфат

G-белки , также известные как гуаниновые нуклеотидсвязывающие белки , представляют собой семейство белков , которые действуют как молекулярные переключатели внутри клеток, и участвуют в передаче сигналов из различных стимулов вне клетки в его интерьер. Их активность регулируется факторами, которые контролируют их способность связываться и гидролизовать гуанозин -трифосфат (GTP) к гуанозин -дифхосфату (ВВП). Когда они связаны с GTP, они «включены», и, когда они связаны с ВВП, они «выключены». G -белки принадлежат к более крупной группе ферментов, называемых GTPases .

Есть два класса белка G. Первая функция как мономерные небольшие GTPases (небольшие G-белки), в то время как вторая функция как гетеротримерные комплексы G-белков . состоит из альфа (G α ), бета (G β ) и гамма (G γ ) Последний класс комплексов . [ 1 ] Кроме того, субъединицы бета и гамма могут образовывать стабильный димерный комплекс, называемый комплексом бета-гамма Полем [ 2 ]

Гетеротримерные G-белки, расположенные в клетках, активируются с помощью G-белковых рецепторов (GPCR), которые охватывают клеточную мембрану . [ 3 ] Сигнальные молекулы связываются с доменом GPCR, расположенной вне клетки, и внутриклеточный домен GPCR, а затем, в свою очередь, активирует конкретный G -белок. Было также показано, что некоторые GPCR активного состояния являются «предварительно связанными» с G-белками, тогда как в других случаях считается, что механизм связывания столкновения. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] G -белок запускает каскад дальнейших сигнальных событий , которые в конечном итоге приводят к изменению функции клеток. G-белковые рецепторы и G-белки, работающие вместе передают сигналы из многих гормонов , нейротрансмиттеров и других сигнальных факторов. [ 7 ] G -белки регулируют метаболические ферменты , ионные каналы , транспортерные белки 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 ]

G -белки были обнаружены в 1980 году, когда Альфред Г. Гилман и Мартин Родбелл исследовали стимуляцию клеток с помощью адреналина . Они обнаружили, что когда адреналин связывается с рецептором, рецептор не стимулирует ферменты (внутри клетки) напрямую. Вместо этого рецептор стимулирует G -белок, который затем стимулирует фермент. Примером является аденилатциклаза , которая производит Messenger второй циклический AMP . [ 9 ] Для этого открытия они получили Нобелевскую премию 1994 года по физиологии или медицине . [ 10 ]

Нобелевские призы были награждены за многие аспекты передачи сигналов G -белками и GPCR. К ним относятся антагонисты рецепторов , нейротрансмиттеры нейротрансмиттера , обратный захват , G-белковые рецепторы , G-белки, вторые мессенджеры , ферменты, которые запускают фосфорилирование белка в ответ на цАМФ и последующие метаболические процессы, такие как гликогенолиз .

Выдающиеся примеры включают (в хронологическом порядке награждения):

G -белки являются важными молекулами передачи сигнала в клетках. «Неисправность сигнальных путей GPCR [G-белкового рецептора] участвует во многих заболеваниях, таких как диабет , слепота, аллергия, депрессия, сердечно-сосудистые дефекты и некоторые формы рака . По оценкам, около 30% современных препаратов ' Коточные мишени являются GPCR. " [ 15 ] Человеческий геном кодирует примерно 800 [ 16 ] G-белок-связанные рецепторы , которые обнаруживают фотоны света, гормонов, факторов роста, лекарств и других эндогенных лигандов . Приблизительно 150 GPCR, обнаруженных в геноме человека, все еще имеют неизвестные функции.

Принимая во внимание, что G-белки активируются с помощью G-белка-рецепторов , они инактивируются белками RGS (для «регулятора передачи сигналов G-белка»). Рецепторы стимулируют связывание GTP (включение G -белка). Белки RGS стимулируют гидролиз GTP (создавая ВВП, таким образом выключая G -белок).

Разнообразие

[ редактировать ]
Связь последовательности между 18 белками G α человека . [ 17 ]

Все эукариоты используют G -белки для передачи сигналов и развили большое разнообразие G -белков. Например, люди кодируют 18 различных G α белков , 5 г β -белков и 12 г γ -белков. [ 17 ]

Сигнализация

[ редактировать ]

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

Гетеротримерный

[ редактировать ]

Различные типы гетеротримерных G -белков имеют общий механизм. Они активируются в ответ на конформационное изменение в GPCR, обмену GDP на GTP и диссоциируя для активации других белков в конкретном пути передачи сигнала . [ 18 ] Специфические механизмы, однако, различаются между типами белков.

Механизм

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

Рецептор-активированные G-белки связаны с внутренней поверхностью клеточной мембраны . Они состоят из G α и тесно связанных субъединиц G βγ . Существует четыре основных семейства субъединиц G α : Gα S (G (G -стимулирующий), Gα I (G -ингибирование), Gα Q/11 и Gα 12/13 . [ 20 ] [ 21 ] Они ведут себя по -разному в распознавании эффекторной молекулы, но имеют аналогичный механизм активации.

Активация

[ редактировать ]

Когда лиганд активирует рецептор, связанный с G-белком , он индуцирует конформационное изменение рецептора, которое позволяет рецептору функционировать как коэффициент обмена нуклеотидов гуанина (GEF), который обменивает ВВП на GTP. GTP (или GDP) связан с субъединицей G α в традиционном взгляде на гетеротримерную активацию GPCR. Этот обмен вызывает диссоциацию субъединицы G α (которая связана с GTP) из димера G βγ и рецептора в целом. Тем не менее, модели, которые предполагают молекулярную перестройку, реорганизацию и предварительную компетенцию эффекторных молекул, начинают принимать. [ 4 ] [ 22 ] [ 23 ] И G α -GTP, так и G βγ затем могут активировать различные сигнальные каскады (или мессенджера вторые путями ) и эффекторные белки, в то время как рецептор способен активировать следующий G -белок. [ 24 ]

Завершение

[ редактировать ]

Субъединица G α в конечном итоге будет гидролизовать прикрепленный GTP к GDP по его присущей ферментативной активности, позволяя ему повторно ассоциироваться с G βγ и запустить новый цикл. Группа белков, называемых регулятором передачи сигналов G-белка (RGSS), действуя как активирующие GTPase белки (промежутки), специфичны для G α субъединиц . Эти белки ускоряют гидролиз GTP до ВВП, таким образом заканчивая передачу сигнала. эффектор В некоторых случаях сам может обладать внутренней активностью разрыва, которая затем может помочь отключить путь. Это верно в случае фосфолипазы C -бета, которая обладает активностью GAP в его C -концевой области. Это альтернативная форма регуляции для субъединицы G α . Такие промежутки G α не имеют каталитических остатков (специфических аминокислотных последовательностей) для активации белка G α . Вместо этого они работают, снижая необходимую энергию активации для реализации. [ 25 ]

Конкретные механизмы

[ редактировать ]

G αS активирует CAMP-зависимый путь , стимулируя производство циклического AMP (CAMP) из АТФ . Это достигается путем прямой стимуляции мембраны, ассоциированной с ферментом, аденилатциклазы . Затем лагерь может действовать как второй посланник, который продолжает взаимодействовать и активировать протеинкиназу A (PKA). PKA CAN фосфорилирует бесчисленные нисходящие цели.

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

G αi ингибирует производство лагеря из АТФ. Например, соматостатин, простагландины

G αQ/11 стимулирует мембраносвязанную фосфолипазу C , которая затем расщепляет фосфатидилинозитол 4,5-бисфосфат (PIP 2 ) на два вторых мессенджера, иннозитол трипросфат (IP 3 ) и диацилглицерин (DAG). IP 3 индуцирует высвобождение кальция из эндоплазматической ретикулумы . DAG активирует протеинкиназу c . В качестве пути трансдукции сигнала для многих гормонов используется путем, зависящий от фосфолипидов.

  • G α12/13 участвует в передаче сигналов GTPase Family RHO (см. Семейство GTPase RHO ). Это происходит через суперсемейство Rhogef с участием домена Rhogef структур белков). Они участвуют в контроле ремоделирования клеточного цитоскелета и, следовательно, в регуляции миграции клеток.

Маленькие GTPases

[ редактировать ]

Небольшие GTPases, также известные как небольшие G-белок, также связывают GTP и GDP, и участвуют в трансдукции сигнала . Эти белки гомологичны субъединице альфа (α), обнаруженной в гетеротримерах, но существуют в виде мономеров. Это небольшие белки (от 20 кДа до 25 кДа) , которые связываются с гуанозин-трифосфатом ( GTP ). Это семейство белков гомологично для GTPases Ras и также называется GTPases Superbamily RAS .

Липидация

[ редактировать ]

Чтобы связаться с внутренней листочной листовой плазматической мембраной, многие G -белки и небольшие GTPases липидируются [ Цитация необходима ] , то есть ковалентно модифицированным с помощью липидов. Они могут быть миристоилированными , пальмитоилированными или пренилированными .

  1. ^ Hurowitz EH, Melnyk JM, Chen YJ, Kouros-Mehr H, Simon Mi, Shizuya H (апрель 2000 г.). «Геномная характеристика человеческого гетеротримерного G -белка Alpha, бета и гамма -субъединичных генов» . ДНК -исследования . 7 (2): 111–20. doi : 10.1093/dnares/7.2.111 . PMID   10819326 .
  2. ^ Клэпхэм Д.Е., Ниер Э.Дж. (1997). «G белок бета -гамма -субъединицы». Ежегодный обзор фармакологии и токсикологии . 37 : 167–203. doi : 10.1146/annurev.pharmtox.37.1.167 . PMID   9131251 .
  3. ^ «Семь трансмембранных рецепторов: Роберт Лефковиц» . 9 сентября 2012 года . Получено 11 июля 2016 года .
  4. ^ Jump up to: а беременный Цинь К, Донг С., Ву Г, Ламберт На (август 2011 г.). «Неактивная предварительная символа G (Q)-связанных рецепторов и гетеротримеров G (Q)» . Природная химическая биология . 7 (10): 740–7. doi : 10.1038/nchembio.642 . PMC   3177959 . PMID   21873996 .
  5. ^ Толковский А.М., Левицки А. (1978). «Режим связи между бета-адренергическим рецептором и аденилатциклазой в эритроцитах индейки». Биохимия . 17 (18): 3795–3810. doi : 10.1021/bi00611a020 . PMID   212105 .
  6. ^ Boltz HH, Sirbu A, Stelzer N, De Lanerolle P, Winkelmann S, Annibale P (2022). «Влияние диффузии мембранного белка на передачу сигналов GPCR» . Ячейки 11 (10): 1660. doi : 10.3390/cells11101660 . PMC   9139411 . PMID   35626696 .
  7. ^ Reece J, CN (2002). Биология . Сан -Франциско: Бенджамин Каммингс. ISBN  0-8053-6624-5 .
  8. ^ Neves Sr, Ram Pt, Iyengar R (май 2002). "G белковые пути". Наука . 296 (5573): 1636–9. Bibcode : 2002sci ... 296.1636n . doi : 10.1126/science.1071550 . PMID   12040175 . S2CID   20136388 .
  9. ^ Jump up to: а беременный Нобелевская премия по физиологии или медицине 1994 , иллюстрированная лекция.
  10. ^ Пресс-релиз: Нобелевская ассамблея в Институте Каролински решила вручить Нобелевскую премию по физиологии или медицине в 1994 году совместно с Альфредом Г. Гилманом и Мартином Родбеллом за их открытие «G-белков и роль этих белков в трансдукции сигнала в клетки ». 10 октября 1994
  11. ^ «Нобелевская премия в области физиологии или медицины 1992 года» . Нобелевское собрание в Институте Каролинской . Получено 21 августа 2013 года .
  12. ^ Пресс -релиз
  13. ^ «Пресс -релиз: Нобелевская премия 2004 года по физиологии или медицине» . Nobelprize.org . Получено 8 ноября 2012 года .
  14. ^ Королевская шведская академия наук (10 октября 2012 г.). «Нобелевская премия по химии 2012 Роберт Дж. Лефковиц, Брайан К. Кобилка» . Получено 10 октября 2012 года .
  15. ^ Bosch DE, Siderovski DP (март 2013 г.). «G -белок передача сигналов в паразите entamoeba histolytica» . Экспериментальная и молекулярная медицина . 45 (1038): E15. doi : 10.1038/emm.2013.30 . PMC   3641396 . PMID   23519208 .
  16. ^ Baltoumas FA, Theodoropoulou MC, Hamodrakas SJ (июнь 2013 г.). «Взаимодействия α-субъединиц гетеротримерных G-белков с GPCR, эффекторами и белками RGS: критический обзор и анализ взаимодействующих поверхностей, конформационные сдвиги, структурное разнообразие и электростатические потенциалы». Журнал структурной биологии . 182 (3): 209–18. doi : 10.1016/j.jsb.2013.03.004 . PMID   23523730 .
  17. ^ Jump up to: а беременный Syrovatkina V, Alegre Ko, Dey R, Huang XY (сентябрь 2016 г.). «Регуляция, передача сигналов и физиологические функции G-белков» . Журнал молекулярной биологии . 428 (19): 3850–68. doi : 10.1016/j.jmb.2016.08.002 . PMC   5023507 . PMID   27515397 .
  18. ^ Лим, Венделл (2015). Сигнализация ячейки: принципы и механизмы . Брюс Майер, Т. Поусон. Нью-Йорк. ISBN  978-0-8153-4244-1 Полем OCLC   868641565 . {{cite book}}: CS1 Maint: местоположение отсутствует издатель ( ссылка )
  19. ^ Стюарт, Адель; Фишер, Рори А. (2015). Прогресс в молекулярной биологии и трансляционной науке . Тол. 133. Elsevier. С. 1–11. doi : 10.1016/bs.pmbts.2015.03.002 . ISBN  9780128029381 Полем PMID   26123299 .
  20. ^ Сироваткина, Виктория; Алегре, Камела О.; Дей, Раджа; Хуан, Синь-Юн (25 сентября 2016 г.). «Регуляция, передача сигналов и физиологические функции G-белков» . Журнал молекулярной биологии . 428 (19): 3850–3868. doi : 10.1016/j.jmb.2016.08.002 . ISSN   0022-2836 . PMC   5023507 . PMID   27515397 .
  21. ^ "InterPro" . www.ebi.ac.uk. ​Получено 25 мая 2023 года .
  22. ^ Digby GJ, Lober RM, Sethi PR, Lambert NA (ноябрь 2006 г.). «Некоторые гетеротримеры G -белка физически диссоциации в живых клетках» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (47): 17789–94. Bibcode : 2006pnas..10317789d . doi : 10.1073/pnas.0607116103 . PMC   1693825 . PMID   17095603 .
  23. ^ Khafizov K, Lattanzi G, Carloni P (июнь 2009 г.). «G -белок неактивные и активные формы, исследуемые с помощью методов моделирования». Белки . 75 (4): 919–30. doi : 10.1002/prot.22303 . PMID   19089952 . S2CID   23909821 .
  24. ^ Юэн Дж.В., Пун Л.С., Чан А.С., Ю Ф.В., Ло Рк, Вонг Й.Х. (июнь 2010 г.). «Активация STAT3 специфическими субъединицами Galpha и множественными димерами GbetAgamma». Международный журнал биохимии и клеточной биологии . 42 (6): 1052–9. doi : 10.1016/j.biocel.2010.03.017 . PMID   20348012 .
  25. ^ Sprang Sr, Chen Z, Du X (2007). «Структурная основа регуляции эффекторной регуляции и прекращения сигнала в гетеротримерных белках Gα». Структурная основа регулирования эффекторной и прекращения сигнала в гетеротримерных белках галфа . Достижения в химии белка. Тол. 74. С. 1–65. doi : 10.1016/s0065-3233 (07) 74001-9 . ISBN  978-0-12-034288-4 Полем PMID   17854654 .
  26. ^ Коул Ла (август 2010 г.). «Биологические функции молекул, связанных с HCG и HCG» . Репродуктивная биология и эндокринология . 8 (1): 102. doi : 10.1186/1477-7827-8-102 . PMC   2936313 . PMID   20735820 .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 5b9faf466301cd05dc0c91545565a8fb__1722362160
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/5b/fb/5b9faf466301cd05dc0c91545565a8fb.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.)