- بناء
- أنواع
- بروتينات جي الصغيرة
- بروتينات G غير المتجانسة
- عائلة جي
- عائلة جي
- عائلة جي
- عائلة جي
- المميزات
- كيف يعملون؟
- المراجع
و G البروتينات، أو النوكليوتيدات جوانين البروتينات ملزمة ، هي البروتينات المرتبطة الغشاء البلازمي الذي ينتمي إلى عائلة من البروتينات إشارة "مقرنة" التي لها وظائف مهمة في العديد من العمليات نقل الإشارة في الكائنات حقيقية النواة.
في الأدبيات ، توصف بروتينات G على أنها مفاتيح جزيئية ثنائية ، حيث يتم تحديد نشاطها البيولوجي من خلال التغييرات في بنيتها التي تقدمها أنواع النيوكليوتيدات التي يمكنها الارتباط بها: نيوكليوتيدات جوانوزين (ثنائي الفوسفات (الناتج المحلي الإجمالي) و ثلاثي الفوسفات (GTP)).
هيكل بروتين Ras ، وهو بروتين G أحادي (المصدر: Mark 'AbsturZ' عبر ويكيميديا كومنز)
يتم تنشيطها عمومًا عن طريق مستقبلات عائلة من البروتينات تعرف باسم مستقبلات البروتين المقترنة G (GPCR) ، والتي تتلقى إشارة أولية خارجية وتحولها إلى تغييرات توافقية تؤدي إلى التنشيط ، والتي يتم ترجمته لاحقًا إلى تنشيط بروتين مستجيب آخر.
يعتبر بعض المؤلفين أن ترميز الجينات لهذه العائلة من البروتينات قد تطورت عن طريق الازدواجية والتباعد في جين سلف مشترك ، والذي تم تكريره وتخصصه بشكل متزايد.
من بين الوظائف الخلوية المتنوعة التي تتمتع بها هذه البروتينات هي انتقال الجزيئات الكبيرة أثناء تخليق البروتين ، ونقل الإشارات الهرمونية والمحفزات الحسية ، فضلاً عن تنظيم تكاثر الخلايا وتمايزها.
تم وصف فئتين من هذا النوع من البروتين: بروتينات G الصغيرة وبروتينات G غير المتجانسة. تم اشتقاق أول بنية ثلاثية الأبعاد لبروتين G منذ أكثر من عقد من بروتين G صغير يعرف باسم Ras.
بناء
من الناحية الهيكلية ، يتم التعرف على نوعين من بروتينات G: بروتينات G الصغيرة وبروتينات G غير المتجانسة الأكثر تعقيدًا.
تتكون بروتينات G الصغيرة من عديد ببتيد واحد من حوالي 200 من بقايا الأحماض الأمينية وحوالي 20-40 كيلو دالتون ، وفي بنيتها يوجد مجال تحفيزي محفوظ (المجال G) يتكون من خمسة حلزونات ألفا وستة صفائح مطوية و خمس حلقات بولي ببتيد.
من ناحية أخرى ، فإن بروتينات G غير المتجانسة هي بروتينات غشائية متكاملة تتكون من ثلاث سلاسل متعددة الببتيد ، تُعرف باسم الوحدات الفرعية α و و.
- تزن الوحدة الفرعية α ما بين 40 و 52 كيلو دالتون ، ولها منطقة ربط نيوكليوتيدات جوانين ولها نشاط GTPase لتحلل الروابط بين مجموعات الفوسفات في GTP.
تشترك الوحدات الفرعية α لبروتينات G المختلفة في بعض المجالات الهيكلية مثل تلك الخاصة بربط GTP والتحلل المائي ، ولكنها تختلف كثيرًا في مواقع الارتباط الخاصة بها للمستقبلات وبروتينات المستجيب.
-الوحدة الفرعية لها وزن جزيئي أقل قليلاً (بين 35 و 36 كيلو دالتون).
من ناحية أخرى ، فإن الوحدة الفرعية أصغر بكثير ولها وزن جزيئي تقريبي يبلغ 8 كيلو دالتون.
تحتوي جميع بروتينات G غير المتجانسة على 7 مجالات عبر الغشاء وتشترك في تشابه تسلسل مع المجالات و. يرتبط هذان المجالان ارتباطًا وثيقًا لدرجة أنهما يُنظر إليهما كوحدة وظيفية واحدة.
أنواع
كما ذكر أعلاه ، هناك نوعان من بروتينات G: صغير وغير متجانس.
بروتينات G الصغيرة لها دور في نمو الخلايا ، وإفراز البروتين ، والتفاعل الحويصلي داخل الخلايا. من ناحية أخرى ، ترتبط بروتينات G غير المتجانسة بنقل الإشارات من المستقبلات السطحية ، وتعمل أيضًا كمفاتيح التبديل بين حالتين اعتمادًا على النيوكليوتيدات المرتبطة بها.
بروتينات جي الصغيرة
تسمى هذه البروتينات أيضًا بـ GTPases الصغيرة ، أو بروتينات ربط GTP الصغيرة ، أو عائلة بروتين Ras الكبيرة وتشكل عائلة كبيرة مستقلة ضمن فئة كبيرة من هيدروليسات GTP ذات الوظائف التنظيمية.
هذه البروتينات شديدة التنوع وتتحكم في العمليات الخلوية المتعددة. وهي تتميز بمجال ربط GTP محفوظ ، وهو المجال "G". يؤدي ارتباط نيوكليوتيدات الفوسفات هذا إلى تغييرات توافقية مهمة في مجالها التحفيزي في بروتينات G الصغيرة.
يرتبط نشاطها ارتباطًا وثيقًا ببروتين تنشيط GTPase (GAP) وعامل تبادل النوكليوتيدات Guanine (GEF).
تم وصف خمس فئات أو عائلات من بروتينات G الصغيرة في حقيقيات النوى:
-راس
-رو
-راب
- ريال 1 / عارف
-جرى
تتحكم بروتينات Ras و Rho في التعبير الجيني كما تعدل بروتينات Rho أيضًا إعادة تنظيم الهيكل الخلوي. تؤثر بروتينات مجموعة Rab و Sar1 / Arf على النقل الحويصلي وتنظم بروتينات Ran النقل النووي ودورة الخلية.
بروتينات G غير المتجانسة
يستحق هذا النوع من البروتين أيضًا ارتباطًا بعاملين بروتينين آخرين ، بحيث يتكون مسار الإشارات من البيئة الخارجية إلى داخل الخلية من ثلاثة عناصر بالترتيب التالي:
- و مستقبلات جانب البروتينات G
- و البروتينات G
- و البروتينات أو قنوات المستجيبات
هناك تنوع كبير في بروتينات G غير المتجانسة وهذا مرتبط بالتنوع الكبير للوحدات الفرعية α الموجودة في الطبيعة ، حيث يتم حفظ 20 ٪ فقط من تسلسل الأحماض الأمينية.
عادةً ما يتم تحديد بروتينات G غير المتجانسة بفضل تنوع الوحدة الفرعية α ، بناءً على أوجه التشابه الوظيفي والتسلسل.
تتكون الوحدات الفرعية α من أربع عائلات (عائلة Gs ، عائلة Gi / o ، عائلة Gq وعائلة G12). تتكون كل عائلة من "نمط متساوي" مختلف يضيف معًا ما يصل إلى أكثر من 15 شكلاً مختلفًا من الوحدات الفرعية α.
عائلة جي
تحتوي هذه العائلة على ممثلين يشاركون أيضًا في التنظيم الأعلى لبروتينات محلقة الأدينيلات ويتم التعبير عنها في معظم أنواع الخلايا. تتكون من عضوين: Gs و Golf.
يشير الرمز "s" إلى التحفيز ويشير الحرف السفلي إلى "الشم" (من "الشم" باللغة الإنجليزية). يتم التعبير عن بروتينات الجولف بشكل خاص في الخلايا العصبية الحسية المسؤولة عن حاسة الشم.
عائلة جي
هذه هي العائلة الأكبر والأكثر تنوعًا. يتم التعبير عنها في العديد من أنواع الخلايا وتتوسط تثبيطًا معتمدًا على المستقبل لأنواع مختلفة من إنزيم الأدينيل (يشير الحرف "i" إلى التثبيط).
يتم التعبير عن البروتينات التي تحتوي على الوحدات الفرعية α من مجموعة Go بشكل خاص في خلايا الجهاز العصبي المركزي ولديها نوعان مختلفان: A و B.
عائلة جي
البروتينات التي تنتمي إلى عائلة الوحدة الفرعية α هي المسؤولة عن تنظيم إنزيم الفوسفوليباز C. تتكون هذه العائلة من أربعة أعضاء يتم التعبير عن وحدات α فيها بواسطة جينات مختلفة. توجد بكثرة في خلايا الكبد وخلايا الكلى والرئتين.
عائلة جي
يتم التعبير عن هذه الفصيلة في كل مكان في الكائنات الحية والعمليات الخلوية الدقيقة التي تنظمها البروتينات مع هذه الوحدات الفرعية غير معروفة على وجه اليقين.
Β و γ الوحدات الفرعية
على الرغم من أن تنوع هياكل ألفا أمر حاسم لتحديد البروتينات غير المتجانسة ، إلا أن هناك أيضًا الكثير من التنوع فيما يتعلق بالوحدتين الفرعيتين الأخريين: بيتا وجاما.
المميزات
تشارك بروتينات G في "توجيه" الإشارات من المستقبلات الموجودة على غشاء البلازما إلى القنوات أو الإنزيمات المستجيبة.
يتمثل المثال الأكثر شيوعًا لوظيفة هذا النوع من البروتين في تنظيم إنزيم adenylate cyclase ، وهو إنزيم مسؤول عن تخليق الأدينوزين 3 'أو 5' أحادي الفوسفات أو ببساطة AMP الدوري ، وهو جزيء له وظائف مهمة كمرسال ثان في العديد من العمليات الخلوية المعروفة:
- فسفرة انتقائية للبروتينات ذات وظائف محددة
-النسخ الجيني
-إعادة تنظيم الهيكل الخلوي
-إفراز
- استقطاب الغشاء
كما أنهم يشاركون بشكل غير مباشر في تنظيم سلسلة إشارات الإينوزيتول (فوسفاتيديلينوسيتول ومشتقاته الفسفورية) ، المسؤولة عن التحكم في العمليات المعتمدة على الكالسيوم مثل الانجذاب الكيميائي وإفراز العوامل القابلة للذوبان.
يتم التحكم في العديد من القنوات الأيونية وبروتينات النقل بشكل مباشر عن طريق بروتينات عائلة البروتين G. وبالمثل ، تشارك هذه البروتينات في العديد من العمليات الحسية مثل الرؤية والشم وغيرها.
كيف يعملون؟
إن طريقة تفاعل البروتين G مع البروتينات المستجيبة خاصة بكل فئة أو عائلة من البروتينات.
بالنسبة لبروتينات G المقترنة بمستقبلات الغشاء (بروتينات G غير المتجانسة) ، فإن ارتباط نيوكليوتيد الجوانين مثل الناتج المحلي الإجمالي أو ثنائي فوسفات الغوانوزين بالوحدة الفرعية α يؤدي إلى ارتباط الوحدات الفرعية الثلاث ، وتشكيل معقد يعرف باسم Gαβγ أو G-GDP ، وهو متصل بالغشاء.
إذا تم تبادل جزيء الناتج المحلي الإجمالي لاحقًا لجزيء GTP ، فإن الوحدة الفرعية α المرتبطة بـ GTP تنفصل عن الوحدتين الفرعيتين و ، وتشكل مجمعًا منفصلاً يعرف باسم Gα-GTP ، وهو قادر على تغيير نشاط إنزيماته أو استهداف البروتينات الحاملة.
يسمح نشاط التحلل المائي لهذه الوحدة الفرعية بإنهاء التنشيط ، وتبادل GTP لإجمالي الناتج المحلي الجديد ، والانتقال إلى التشكل غير النشط.
في غياب المستقبلات المثارة التي ترتبط ببروتينات G ، تكون عملية التبادل هذه من الناتج المحلي الإجمالي إلى GTP بطيئة جدًا ، مما يعني أن بروتينات G غير المتجانسة تتبادل الناتج المحلي الإجمالي لـ GTP بمعدل كبير من الناحية الفسيولوجية عندما تكون مرتبطة بها. مستقبلات متحمس.
المراجع
- جيلمان ، ج. (1987). البروتينات G: محولات الإشارات الناتجة عن المستقبلات. المراجعات السنوية في الكيمياء الحيوية، 56، 615-649.
- ميليجان ، جي ، وكوستينيس ، إي (2006). بروتينات G غير المتجانسة: تاريخ قصير. المجلة البريطانية لعلم الأدوية ، 147 ، 546-555.
- أوفرمانز ، س. (2003). بروتينات G كمحولات طاقة في إشارات الغشاء. التقدم في الفيزياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية ، 83 ، 101-130.
- Simon، M.، Strathmann، MP، & Gautam، N. (1991). تنوع بروتينات G في نقل الإشارة. العلوم ، 252 ، 802-808.
- Syrovatkina، V.، Alegre، KO، Dey، R.، & Huang، X. (2016). التنظيم والتشوير والوظائف الفسيولوجية للبروتينات G. مجلة البيولوجيا الجزيئية ، 428 (19) ، 3850-368.