Викия

Виртуальная лаборатория

G-белки

206 551статья на
этой вики
Добавить новую страницу
Обсуждение0 Поделиться

Эта страница использует содержимое оригинальной статьи, которая находится по адресу http://www.humbio.ru/ в соответствии с принципом добросовестного использования. Не преследуя коммерческие цели, а только в исследовательских и учебных целях. Если Вы автор этой статьи и размещение здесь этой статьи нарушает Ваши авторские права сообщите нам это здесь Нарушение авторских прав - статья будет немедленно удалена.



G-белки - это сигнальные белки, которые являются универсальными посредниками при передаче гормональных сигналов от рецепторов клеточной мембраны к эффекторным белкам , вызывающим конечный клеточный ответ.

Когда семи-доменная рецепторная молекула, локализованная в мембране сенсорной клетки, активируется какими-то изменениями во внешней среде, она претерпевает конформационные изменения. Последние детектируются G-белками, связанными с мембраной, которые, в свою очередь, активируют эффекторные молекулы в мембране. Часто это приводит к выделению вторичных мессенджеров в цитозоль.

G-белки, участвующие в передаче сигнала, являются членами большого надсемейства гуанин-связывающих белков. G- белки - это прецизионные регуляторы, включающие или выключающие активность других молекул.

Примерно 80% первичных мессенджеров (гормоны, нейротрансмиттеры, нейромодуляторы) взаимодействуют со специфическими рецепторами, которые связаны с эффекторами через G-белки.


Два семейства белков - гетеротримерные гуанозиннуклеотид связывающие белки (G-белки и отдаленно родственные им гуанозинтрифосфатазы (GTPase) при связывании GTP могут включаться и активировать последующие компоненты передачи сигнала от поверхности клетки. Малые GTPaзы участвуют в контроле фундаментальных свойств клетки - полярности формы и процессов деления и дифференцировки. G-белки обычно регулируют более специализированные сигналы - продукцию вторичных мессенджеров. И те и другие способны гидролизовать GTP и таким образом выключать сигнал.

G-белки, стимулирующие аденилатциклазу (Gs) или участвующие в фототрансдукции (Gt, трансдуцин) служат субстратами для АДФ- рибозилирования, катализируемого холерным токсином по одному из остатков аргинина, что приводит к блокированию деактивации этих белков. Gs, G-белок, ингибирующий аденилатциклазу (Gi) и G-белок с пока еще неизвестной функцией (Gо) АДФ-рибозилируются коклюшным токсином по остатку цистеина, расположенному у C-конца. Эта модификация препятствует взаимодействию между G-белком и рецепторами. Определена последовательность G-белка крысы (Gx), который оказался нечувствительным к коклюшному токсину.


G-белки это - регуляторные белки, связывающие при активации ГТФ . Лучше всего изучены G-белки, стимулирующие и ингибирующие аденилатциклазу (Gs-белки и Gi-белки соответственно). Бета1-адренорецепторы , бета2-адренорецепторы и D1-рецепторы сопряжены с белком Gs, и поэтому стимуляция этих рецепторов сопровождается активацией аденилатциклазы и повышением внутриклеточной концентрации цАМФ - классического второго (внутриклеточного) посредника. Конечный ответ в разных клетках различен и зависит от того, что представляет собой эффекторные фермент (фермент, ионный канал и пр.). Альфа2-адренорецепторы , М2-холинорецепторы и D2-peцепторы сопряжены с белком Gi, и стимуляция этих рецепторов приводит к снижению активности аденилатциклазы и внутриклеточной концентрации цАМФ. Изменения активности ферментов и других внутриклеточных белков и, соответственно, клеточных функций при этом противоположны тем, что наблюдаются при активации белка Gs. Альфа1-адренорецепторы (как и М1-холинорецепторы), видимо, сопряжены с другим, пока еще мало изученным типом G-белка. Этот белок иногда обозначают Gq. Он активирует фосфолипазу С , катализирующую распад мембранных фосфолипидов, в частности - фосфатидилинозитол-4,5-дифосфата до ИФ3 и ДАГ . Оба эти вещества являются вторыми посредниками ( рис. 70.5 ).

Связывание агониста (гормона, нейромедиатора и др.) с соответствующим рецептором приводит к белок-белковому взаимодействию между рецептором и G-белком и ускоряет диссоциацию ГДФ. В результате образуется короткоживущий комплекс агонист - рецептор - G-белок, не связанный ни с каким нуклеотидом. Связывание с этим комплексом молекулы ГТФ снижает сродство рецептора к G-белку, что приводит к диссоциации комплекса и высвобождению рецептора. Потенциально рецептор может активировать большое количество молекул G-белка, обеспечивая, таким образом, высокий коэффициент усиления внеклеточного сигнала на данном этапе. Активированная альфа-субъединица G-белка (альфа* ГТФ Мg). [ Bourne, ea 1997 ] диссоциирует от бета-гамма-субъединиц и вступает во взаимодействие с соответствующим эффектором, оказывая на него активирующее или ингибирующее воздействие.


Взаимодействие с эффектором, однако, длится до тех пор, пока альфа- субъединица, являющаяся ГТФ-азой, удерживает ГТФ. Так что, очень вскоре присоединенный ГТФ гидролизуется до ГДФ. Когда это происходит, альфа- субъединица снова меняет свою коонформацию и теряет способность активировать эффектор. После этого альфа-ГДФ взаимодействует с бета- гамма-комплексом и снова образует тримерный комплекс, завершая, таким образом, цикл ( рис. 1.9 ).

Предполагают, что комплекс из бета-гамма-субъединиц тоже может (прямо или опосредованно) влиять на эффекторные ферменты. Такими феpментами являются аденилатциклаза(4.6.1.1) [ Gilman A.G.,1987 ], 3',5'-циклонуклеотид-фосфодиэстераза сетчатой оболочки глаза, фосфолипаза C .

G-белки также pегулиpуют pаботу K+ и Ca2+ -ионных каналов [ Stryer L.,1986 ; Casey P.J.,1988 ; Plaffinger P.J.,1985 ]. К G-белкам относятся полипептид Gs, стимулирующий аденилатциклазу и pегулиpующий Ca2+ -ионные каналы [ Yatani A.,1987 ], полипептид Gi, ингибирующий аденилатциклазу [ Gilman A.G.,1987 ], и pегулиpующий K+ -каналы в клетках тканей мозга [ Gilman A.G.,1989 ], Gt, трансдуцин, участвующий в передаче светого сигнала [ Stryer L.,1986 ], Golf, специфичный белок обонятельных ресничек [ Jones D.T.,1989 ] и др. Все G-белки являются гетеротримерами, состоящими из субъединиц альфа, бета и гамма в порядке уменьшения молекулярной массы [ Gilman A.G.,1987 ].

Впоследствии ГТФ, связанный с альфа-субъединицей G-белка, подвергается гидролизу, причем ферментом, катализирующим этот процесс, является сама альфа-субъединица. Это приводит к диссоциации альфа-субъединицы от эффектора и реассоциации комплекса альфаГДФ с бета-гамма-субъединицами. Спонтанная активация G-белка, связанного с ГДФ - весьма маловероятный процесс.

Лимитирующей стадией процесса восстановления исходного состояния G-белка является скорость диссоциации GDP от альфа-субъединицы G-белка. Скорость диссоциации увеличивается при взаимодействии G-белок-GDP с агонист-связанным рецептором [ Branot D.R.,1986 ]. Связывание GTP G-белком приводит, очевидно, к образованию комплекса агонист-рецептор-G-белок. Аналог GTP-CTP-гамма-S и Mg2+ усиливает диссоциацию альфа-субъединицы из тримера G-белка [ Northup J.V.,1983 ]. Однако следует заметить, что каталитическая субъединица аденилатциклазы из мембран мозга быка хроматографически соочищается с альфа- и бета-субъединицами GS-белка [ Marbach J.,1990 ] и вопрос диссоциации альфа-субъединиц из тримера G-белка для активации эффектора требует уточнения.


Структура G-белков Править

G-белки биологических мембран состоят из трех субъединиц: из большой альфа-субъединицы (около 45 килодальтон - кДа), а также меньших бета- и гамма-субъединиц.

Поскольку бета- и гамма- субъединицы G-белков чрезвычайно консервативны, G-белки принято различать по их альфа-субъединицам.

G-белки проявляют значительный полиморфизм. Каждая из форм субъединиц G-белка высокогомологична по структуре, близка по функциям, но отличается молекулярной массой и электрофоретической подвижностью [ Перцева М.Н.,1990 ]. Особенно широк полиморфизм и наиболее изучен для альфаs и альфаi G-белков. Так из мозга человека выделено 11 форм сДНК, ответственных за синтез альфаs субъединиц, четыре вида которых клонированы и, предполагается, что они определяют синтез четырех изоформ альфаs в мозге человека [ Bray P.,1986 ]. Для альфаi найдены, в основном, три изоформы альфаi1, альфаi2, альфаi3. Молекулярные массы изоформы альфаs находятся в пределах 42-55 кДа, а альфаi -39-41 кДа [ Перцева М.Н.,1990 ]. Распределение молекулярных вариантов альфаi носит тканеспецифический характер: альфаi1 представлена, в основном, в мозге, альфаi2 обнаружена в нервной ткани и в клетках крови, альфаi3 представлена в переферических тканях и отсутствует в мозге [ Goldsmith P.,1988 ]. Распределение генов, кодирующих синтез синтез трех изоформ альфаi по тканям примерно совпадает в ряду: человека, бык, крыса, мышь [ Lochrie M.A.,1988 ]. Определение аминокислотной последовательности альфаs и альфаi [ Spiegel A.M.,1987 ; Itoh I.,1988 ] показало, что изоформы альфаs или альфаi различаются в области C- и N- концевой последовательности, связывающихся с рецептором или эффектором. Предполагается, что полиморфизм альфа субъединиц определяется многообразием рецепторов и их подтипов и разнообразием эффекторных систем [ Перцева М.Н.,1990 ; Gilman A.G.,1987 ].


Альфа субъединица Править

Альфа-субъединица обладает ГТФ-азной активностью, в неактивной (выключенной) форме она связывает молекулу ГДФ на активном сайте. Альфа-субъединица также как и гамма связана с мембраной жирной кислотой с длиной цепи в 14 атомов углерода ( миристоевая кислота ). Такие связи обеспечивают то, что комплекс G-белка удерживается в плоскости мембраны, но в то же время способен легко двигаться в этой плоскости.

Альфа субъединицы Gi кодируются тремя различными структурными генами [ NukadaT.,1986 ; Jones D.T.,1987 ; Itoh I.,1988 ]. Что касается изоформ альфа-субъединиц Gs-белков, то пока неясно, кодируются ли изоформы разными структурными генами или это продукт одного гена с последующим внутренним альтернативным сплайсингом исходного РНК-транскрипта [ Robishaw J.D.,1986 ], или множественность их результат посттрансляционной модификации [ Casey P.J.,1988 ]. В настоящее время известно 9 структурных генов, кодирующих C-белки и 12 продуктов этих генов [ Gilman A.G.,1989 ].

Альфа-субъдиница с присоединенным с ней ГТФ способна взаимодействовать с эффектором в мембране - ферментами, такими, как аденилатциклаза , или, возможно, ионными каналами . Фермент может активироваться или ингибироваться, а ионный канал - открываться или закрываться.

Кроме ГТФ-связывающего мотива, каждая последовательность Gальфа содержит как минимум один центр связывания дивалентных катионов, а также сайты ковалентной модификации бактериальными токсинами, катализирующими NAD-зависимые АДФ-рибозилтрансферазные реакции.

Бета субъединица Править

Субъединицы бета и гамма связаны между собой, и в физиологических условиях не могут быть диссоциированы. В неактивном состоянии бета-гамма-комплекс непрочно связан с альфа-субъединицей.

Гамма субъединица Править

Гамма-субъединица связана с цитоплазматическим листком биологической мембраны геранил-гераниловой цепью (20 атомов углерода в цепи) , близкой по структуре к холестерину.

GPCR-Zyklus.png

Цикл активации G-белка под действием G-белок-связанного рецептора

Обнаружено использование расширения AdBlock.


Викия — это свободный ресурс, который существует и развивается за счёт рекламы. Для блокирующих рекламу пользователей мы предоставляем модифицированную версию сайта.

Викия не будет доступна для последующих модификаций. Если вы желаете продолжать работать со страницей, то, пожалуйста, отключите расширение для блокировки рекламы.

Викия-сеть

Случайная вики