โปรตีน G: โครงสร้างประเภทและหน้าที่ - ชีววิทยา - 2026

G โปรตีนหรือguanine เบื่อหน่ายโปรตีนเป็นโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับเยื่อหุ้มพลาสม่าที่อยู่ในครอบครัวของสัญญาณ "Coupler" โปรตีนที่มีหน้าที่สำคัญในกระบวนการสัญญาณหลายอย่างในชีวิต eukaryotic

ในวรรณคดี G โปรตีนถูกอธิบายว่าเป็นสวิตช์โมเลกุลแบบไบนารีเนื่องจากกิจกรรมทางชีวภาพของพวกมันถูกกำหนดโดยการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่กำหนดโดยสายพันธุ์นิวคลีโอไทด์ซึ่งพวกมันสามารถจับตัวได้: นิวคลีโอไทด์ guanosine (ไดฟอสเฟต (GDP) และ ไตรฟอสเฟต (GTP))

โครงสร้างของโปรตีน Ras ซึ่งเป็นโปรตีน monomeric G (ที่มา: Mark 'AbsturZ' ผ่าน Wikimedia Commons)

โดยทั่วไปแล้วพวกมันถูกกระตุ้นโดยตัวรับของตระกูลโปรตีนที่เรียกว่า G-protein-pair receptors (GPCR) ซึ่งรับสัญญาณเริ่มต้นภายนอกและแปลงเป็นการเปลี่ยนแปลงตามรูปแบบที่กระตุ้นให้เกิดการกระตุ้นซึ่ง ต่อมาถูกแปลเป็นการกระตุ้นโปรตีนเอฟเฟกต์อื่น

ผู้เขียนบางคนพิจารณาว่ายีนการเข้ารหัสสำหรับโปรตีนในตระกูลนี้วิวัฒนาการมาจากการทำซ้ำและความแตกต่างของยีนบรรพบุรุษทั่วไปซึ่งผลิตภัณฑ์ได้รับการขัดเกลาและมีความเชี่ยวชาญมากขึ้นเรื่อย ๆ

ในบรรดาการทำงานของเซลล์ที่หลากหลายที่โปรตีนเหล่านี้มี ได้แก่ การย้ายตำแหน่งของโมเลกุลขนาดใหญ่ในระหว่างการสังเคราะห์โปรตีนการถ่ายทอดสัญญาณของฮอร์โมนและสิ่งเร้าทางประสาทสัมผัสตลอดจนการควบคุมการเพิ่มจำนวนและการเปลี่ยนแปลงของเซลล์

มีการอธิบายโปรตีนประเภทนี้สองประเภท ได้แก่ โปรตีน G ขนาดเล็กและโปรตีน heterotrimeric G โครงสร้างสามมิติแรกของโปรตีน G ได้มาเมื่อกว่าทศวรรษที่แล้วจากโปรตีน G ขนาดเล็กที่เรียกว่า Ras

โครงสร้าง

ในเชิงโครงสร้างได้รับการยอมรับโปรตีน G สองประเภท ได้แก่ โปรตีน G ขนาดเล็กและโปรตีนเฮเทอโรทริเมอริก G ที่ซับซ้อนกว่ามาก

โปรตีน G ขนาดเล็กประกอบด้วยโพลีเปปไทด์เดี่ยวที่มีกรดอะมิโนตกค้างประมาณ 200 ชนิดและประมาณ 20-40 กิโลดีเอและในโครงสร้างของพวกมันมีโดเมนตัวเร่งปฏิกิริยาที่อนุรักษ์ไว้ (โดเมน G) ประกอบด้วยα-helices ห้าแผ่นแผ่นพับหกแผ่นและ ห้าโพลีเปปไทด์ลูป

ในทางกลับกันโปรตีน Heterotrimeric G เป็นโปรตีนเมมเบรนที่ประกอบด้วยโซ่โพลีเปปไทด์สามสายเรียกว่าหน่วยย่อยα, βและγ

- หน่วยย่อยαมีน้ำหนักระหว่าง 40 ถึง 52 kDa มีพื้นที่จับกัวนีนนิวคลีโอไทด์และมีกิจกรรม GTPase เพื่อไฮโดรไลซ์พันธะระหว่างกลุ่มฟอสเฟตของ GTP

หน่วยย่อยαของโปรตีน G ที่แตกต่างกันมีโดเมนโครงสร้างบางอย่างเช่นการจับกับ GTP และการย่อยสลาย แต่มีความแตกต่างกันมากในไซต์ที่มีผลผูกพันกับโปรตีนตัวรับและเอฟเฟกเตอร์

- หน่วยย่อยβมีน้ำหนักโมเลกุลต่ำกว่าเล็กน้อย (ระหว่าง 35 ถึง 36 kDa)

- หน่วยย่อยγในทางกลับกันมีขนาดเล็กกว่ามากและมีน้ำหนักโมเลกุลโดยประมาณ 8 kDa

โปรตีน heterotrimeric G ทั้งหมดมีโดเมนทรานส์เมมเบรน 7 โดเมนและแบ่งลำดับความคล้ายคลึงกันกับโดเมนβและγ โดเมนทั้งสองนี้มีความสัมพันธ์กันอย่างมากจนถูกมองว่าเป็นหน่วยการทำงานเดียว

ประเภท

ดังที่ได้กล่าวมาแล้วโปรตีน G มีอยู่ 2 ประเภท ได้แก่ ขนาดเล็กและชนิดต่างกัน

โปรตีน G ขนาดเล็กมีบทบาทในการเจริญเติบโตของเซลล์การหลั่งโปรตีนและปฏิสัมพันธ์ของถุงน้ำในเซลล์ ในทางกลับกันโปรตีน heterotrimeric G เกี่ยวข้องกับการถ่ายทอดสัญญาณจากตัวรับพื้นผิวและยังทำหน้าที่เป็นสวิตช์ที่สลับระหว่างสองสถานะขึ้นอยู่กับนิวคลีโอไทด์ที่เกี่ยวข้อง

โปรตีน G ขนาดเล็ก

โปรตีนเหล่านี้เรียกอีกอย่างว่า GTPases ขนาดเล็กโปรตีนที่จับกับ GTP ขนาดเล็กหรือ Ras protein superfamily และก่อตัวเป็น Superfamily อิสระภายในกลุ่ม GTP hydrolases ขนาดใหญ่ที่มีหน้าที่ควบคุม

โปรตีนเหล่านี้มีความหลากหลายและควบคุมกระบวนการต่างๆของเซลล์ มีลักษณะเฉพาะด้วยโดเมนที่มีผลผูกพัน GTP ที่สงวนไว้ซึ่งก็คือโดเมน "G" การจับกันของนิวคลีโอไทด์ฟอสเฟตนี้ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่สำคัญในโดเมนตัวเร่งปฏิกิริยาในโปรตีน G ขนาดเล็ก

กิจกรรมของมันเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับ GTPase Activating Protein (GAP) และ Guanine Nucleotide Exchange Factor (GEF)

ห้าชั้นหรือครอบครัวของโปรตีน G ขนาดเล็กได้รับการอธิบายไว้ในยูคาริโอต:

- ราส

- โร

- ราบ

-Sar1 / Arf

- รัน

โปรตีน Ras และ Rho ควบคุมการแสดงออกของยีนและโปรตีน Rho ยังปรับเปลี่ยนโครงสร้างของโครงร่างโครงร่างใหม่ โปรตีนกลุ่ม Rab และ Sar1 / Arf มีอิทธิพลต่อการขนส่งแบบ vesicular และโปรตีน Ran ควบคุมการขนส่งนิวเคลียร์และวัฏจักรของเซลล์

โปรตีน Heterotrimeric G

โปรตีนชนิดนี้สมควรได้รับการเชื่อมโยงกับปัจจัยโปรตีนอื่น ๆ อีกสองประการด้วยเช่นกันเพื่อให้เส้นทางการส่งสัญญาณจากสภาพแวดล้อมภายนอกไปยังภายในของเซลล์ประกอบด้วยองค์ประกอบสามอย่างตามลำดับต่อไปนี้:

1. คู่ผู้รับโปรตีน G
2. โปรตีน G
3. โปรตีนหรือช่องเอฟเฟค

มีความหลากหลายของโปรตีน heterotrimeric G และเกี่ยวข้องกับความหลากหลายของหน่วยย่อยαที่มีอยู่ในธรรมชาติซึ่งมีลำดับกรดอะมิโนเพียง 20% เท่านั้นที่ได้รับการอนุรักษ์ไว้

โดยปกติแล้วโปรตีน Heterotrimeric G จะถูกระบุด้วยความหลากหลายของหน่วยย่อยαโดยพิจารณาจากความคล้ายคลึงกันของฟังก์ชันและลำดับเป็นหลัก

หน่วยย่อยαประกอบด้วยสี่ตระกูล (ตระกูล Gs, ตระกูล Gi / o, ตระกูล Gq และตระกูล G12) แต่ละตระกูลประกอบด้วย "ไอโซไทป์" ที่แตกต่างกันซึ่งรวมกันเป็นหน่วยย่อยαมากกว่า 15 รูปแบบที่แตกต่างกัน

ครอบครัว G

ครอบครัวนี้มีตัวแทนที่มีส่วนร่วมในการควบคุมโปรตีน adenylate cyclase และแสดงออกในเซลล์ส่วนใหญ่ ประกอบด้วยสมาชิกสองคน: Gs และ Golf

ตัวห้อย“ s” หมายถึงการกระตุ้นและตัวห้อย“ olf” หมายถึง“ กลิ่น” (จากภาษาอังกฤษ“ olfaction”) โปรตีนจากกอล์ฟจะแสดงออกโดยเฉพาะในเซลล์ประสาทรับกลิ่นที่รับผิดชอบต่อกลิ่น

ครอบครัว G

นี่คือครอบครัวที่ใหญ่ที่สุดและมีความหลากหลายมากที่สุด พวกเขาแสดงออกในเซลล์หลายประเภทและเป็นสื่อกลางในการยับยั้งการขึ้นอยู่กับตัวรับของ adenyl cyclase ประเภทต่างๆ (ตัวห้อย "i" หมายถึงการยับยั้ง)

โปรตีนที่มีหน่วยย่อยαของกลุ่ม Go แสดงออกโดยเฉพาะในเซลล์ของระบบประสาทส่วนกลางและมีสองสายพันธุ์: A และ B

ครอบครัว G

โปรตีนที่มีตระกูลα-subunit นี้มีหน้าที่ควบคุมฟอสโฟลิเปสซีตระกูลนี้ประกอบด้วยสมาชิก 4 คนซึ่งหน่วยย่อยαแสดงโดยยีนที่แตกต่างกัน มีมากในเซลล์ตับเซลล์ไตและปอด

ครอบครัว G

ครอบครัวนี้มีการแสดงออกอย่างแพร่หลายในสิ่งมีชีวิตและยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดว่ากระบวนการของเซลล์ที่ควบคุมโดยโปรตีนที่มีหน่วยย่อยเหล่านี้คืออะไร

Βและγหน่วยย่อย

แม้ว่าความหลากหลายของโครงสร้างอัลฟาจะเป็นตัวชี้ขาดในการระบุโปรตีนที่แตกต่างกัน แต่ก็มีความหลากหลายมากมายเกี่ยวกับอีกสองหน่วยย่อย: เบต้าและแกมมา

คุณสมบัติ

โปรตีน G มีส่วนร่วมในการ "แชนเนล" ของสัญญาณจากตัวรับบนพลาสมาเมมเบรนไปยังช่องเอฟเฟกต์หรือเอนไซม์

ตัวอย่างที่พบบ่อยที่สุดของการทำงานของโปรตีนชนิดนี้อยู่ในการควบคุมของเอนไซม์ adenylate cyclase ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่รับผิดชอบในการสังเคราะห์ adenosine 3 ', 5'-monophosphate หรือเพียงแค่วงจร AMP ซึ่งเป็นโมเลกุลที่มีหน้าที่สำคัญในฐานะผู้ส่งสารตัวที่สอง ในกระบวนการเซลลูลาร์ที่รู้จักกันมาก:

- เลือกฟอสโฟรีเลชันของโปรตีนที่มีหน้าที่เฉพาะ

- การถอดความทางพันธุกรรม

- การจัดโครงสร้างโครงร่างโครงร่างใหม่

- การขับถ่าย

- การแยกขั้วของเมมเบรน

พวกเขายังมีส่วนร่วมทางอ้อมในการควบคุมน้ำตกสัญญาณของอิโนซิทอล (ฟอสฟาติดิลโนซิทอลและอนุพันธ์ของฟอสโฟรีเลต์) ซึ่งมีหน้าที่ควบคุมกระบวนการที่ขึ้นกับแคลเซียมเช่นสารเคมีและการหลั่งของปัจจัยที่ละลายน้ำได้

ช่องไอออนและโปรตีนขนส่งจำนวนมากถูกควบคุมโดยตรงโดยโปรตีนในตระกูลโปรตีน G เช่นเดียวกันโปรตีนเหล่านี้เกี่ยวข้องกับกระบวนการทางประสาทสัมผัสหลายอย่างเช่นการมองเห็นการรับกลิ่นเป็นต้น

พวกเขาทำงานอย่างไร?

โหมดการทำงานร่วมกันของโปรตีน G กับโปรตีนเอฟเฟกต์มีความเฉพาะเจาะจงกับโปรตีนแต่ละชั้นหรือตระกูล

สำหรับโปรตีน G ควบคู่ไปกับตัวรับเมมเบรน (โปรตีน heterotrimeric G) การจับกันของ guanine nucleotide เช่น GDP หรือ guanosine diphosphate กับหน่วยย่อยαทำให้เกิดการเชื่อมโยงของหน่วยย่อยทั้งสามซึ่งก่อตัวเป็นคอมเพล็กซ์ที่เรียกว่าGαβγหรือ G-GDP ซึ่งติดกับเมมเบรน

หากต่อมามีการแลกเปลี่ยนโมเลกุลของ GDP เป็นโมเลกุล GTP หน่วยย่อยαที่เชื่อมโยงกับ GTP จะแยกตัวออกจากหน่วยย่อยβและγกลายเป็นคอมเพล็กซ์แยกที่เรียกว่าGα-GTP ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงการทำงานของเอนไซม์หรือ โปรตีนพาหะเป้าหมาย

กิจกรรมไฮโดรไลติกของหน่วยย่อยนี้ช่วยให้การเปิดใช้งานเสร็จสิ้นโดยแลกเปลี่ยน GTP สำหรับ GDP ใหม่ส่งผ่านไปยังโครงสร้างที่ไม่ได้ใช้งาน

ในกรณีที่ไม่มีตัวรับความตื่นเต้นที่เชื่อมโยงกับโปรตีน G กระบวนการแลกเปลี่ยนจาก GDP เป็น GTP นี้จะช้ามากซึ่งหมายความว่าโปรตีน heterotrimeric G จะแลกเปลี่ยน GDP กับ GTP ในอัตราที่มีนัยสำคัญทางสรีรวิทยาเท่านั้นเมื่อพวกมันถูกผูกไว้กับพวกมัน ผู้รับตื่นเต้น

อ้างอิง

1. กิลแมน, G. (1987). G Proteins: ทรานสดิวเซอร์ของสัญญาณที่สร้างตัวรับ บทวิจารณ์ประจำปีทางชีวเคมี, 56, 615-649
2. มิลลิแกน, G. , และ Kostenis, E. (2006). Heterotrimeric G-protein: ประวัติสั้น ๆ British Journal of Pharmacology, 147, 546–555
3. Offermanns, S. (2003). G- โปรตีนเป็นตัวแปลงสัญญาณในการส่งสัญญาณเมมเบรน ความก้าวหน้าทางชีวฟิสิกส์และอณูชีววิทยา, 83, 101–130
4. Simon, M. , Strathmann, MP, & Gautam, N. (1991) ความหลากหลายของโปรตีน G ในการถ่ายทอดสัญญาณ วิทยาศาสตร์, 252, 802-808.
5. Syrovatkina, V. , Alegre, KO, Dey, R. , & Huang, X. (2016). ระเบียบการส่งสัญญาณและหน้าที่ทางสรีรวิทยาของ G-Proteins วารสารอณูชีววิทยา, 428 (19), 3850–3868.