G протеин

Под името G протеини е нехомогенна група протеини, които могат да свързват нуклеотидите гуанозин дифосфат (БВП) и гуанозин трифосфат (GTP).

Те играят решаваща роля за предаването и „транслацията“ на извънклетъчните сигнали в и в клетката. Мембранно свързаните, хетеротримерни G протеини са медиаторът между извънклетъчното и вътреклетъчното пространство и така наречените малки G протеини, които са разположени в цитозола на клетките, осигуряват предаването на сигналите в клетката.

Какво е G протеин?

G протеините, известни още като GTPases, представляват нехомогенна група протеини, които играят решаваща роля в предаването на извънклетъчни сигнали в и в клетката. Всички G протеини се характеризират с това, че могат да свързват нуклеотидите GTP и GDP.

Те могат да бъдат разделени на две големи групи от мембранно свързани хетеротримерни G протеини и така наречените малки мономерни G протеини. Мономерните G протеини са разположени в цитозола на клетките и действат като втори пратеник за предаване на сигнала в клетката. Мембранно свързаните G протеини са съставени от субединиците Алфа, Бета и Гама. В неактивно състояние БВП е обвързан с алфа субединицата.

Извънклетъчният стимул (сигнал) задейства процес, при който БВП се заменя с GTP и в същото време се извършва дисоциация между алфа субединицата и бета-гама субединицата. Двете бета и гама субединици остават заедно като активна функционална единица дори и в следващите процеси като бета-гама субединица. Следователно обменът на БВП с GTP съответства на преминаването от неактивна позиция „OFF“ в активирана позиция „ON“.

Функция, ефект и задачи

Подобно на животинските клетки, човешките клетки са защитени от клетъчна мембрана, която не е лесно пропусклива за големи молекули или патогенни микроби. От една страна, клетъчната мембрана осигурява защита на вътрешния цитозол и клетъчното ядро, от друга страна, това може да бъде проблем за необходимата комуникация и обмен на информация между клетките, вътре в клетката и между извънклетъчното и вътреклетъчното пространство.

Основната функция на мембранно свързаните хетеротримерни G-протеини, от които са известни около 21 различни алфа субединици, се състои в пренасяне на сигнала от извънклетъчното пространство във вътрешността на клетката. Преобразуването на сигнала е от съществено значение за предаването на сигнали и превода на определени „инструкции“ в клетъчните метаболитни процеси. Смисълът е да получавате важни съобщения, които се пренасят в клетката отвън чрез пратеник вещества, хормони или невротрансмитери и да ги превеждате като „инструкции за работа“ за клетката и да ги предавате на втори пратеник в клетката, който осигурява по-нататъшен транспорт в цитозола ,

Процесът на трансдукция също играе важна роля при предаването на определени чувствителни стимули като зрение, слух, вкус и мирис. Преобразуването на сигнала е също толкова важно за функционирането на определени контролни вериги, които контролират телесната температура, кръвното налягане, сърдечната функция и много други несъзнателни параметри. Казано по-просто, хетеротримерните G-протеини, закотвени в клетъчната мембрана, олицетворяват активната изчистваща точка за сигнални вещества, които се прехвърлят в трансформирана форма към малките G-протеини вътре в клетката, които действат като втори пратеник.

Малките G протеини, от които са известни повече от 100 различни форми, изпълняват широк спектър от задачи в клетката.Например, те участват в регулирането на генната експресия, организацията на цитоскелета, транспортирането на вещества между ядрото и цитоплазмата, както и в обмена на вещества с лизозомите и клетъчната пролиферация.

Образование, възникване, свойства и оптимални стойности

Както при всички други протеини, основните градивни елементи на G протеините са така наречените протеиногенни аминокиселини, 23 от които са известни до момента. Въпреки че клетъчният метаболизъм е в състояние да синтезира повечето от аминокиселините, малкото аминокиселини, описани като основни, трябва да се приемат с храната.

Сглобяването на протеините се извършва или от земята нагоре чрез свързване на аминокиселини в генетично предварително определената последователност или чрез сглобяване на съществуващи фрагменти от частично разглобени, дълговерижни протеини. Фрагментите могат също да се състоят от пептиди или полипептиди, които според определението са съставени от по-малко от 100 аминокиселини. Синтезът на G протеините се осъществява във всяка отделна клетка в сложни процеси, базирани на генните сегменти, предварително копирани в мРНК, които определят аминокиселинната последователност на всеки отделен протеин.

Тъй като G протеините в тяхното разнообразие участват в практически всички процеси на контрол и регулиране на всяка отделна клетка и връзката между активирано и инактивирано състояние е много динамична, моментна снимка на тяхната концентрация или активност в клетките не е възможна и няма да има смисъл. Дали всички G протеини в мрежата изпълняват „нормална“ работа, може да се прецени само косвено чрез здравния статус.

Болести и разстройства

В случай на протеини, които са функционалната или активираща част на ензим, хормон или други функционални единици, съществува риск грешка в тяхната последователност на аминокиселини да доведе до загуба на тяхната функция, а ензимът или хормонът да загубят част от своята ефективност. В повечето случаи на "протеинов дефект" има съответен генетичен дефект.

Мутацията на генния сегмент води до неправилна спецификация на аминокиселинната последователност и по този начин до неправилна конструкция на съответния протеин. G протеините не са пощадени от такива генетично детерминирани грешки в чертежа. Въпреки това, G протеините също губят своята функция, ако вината се крие в рецепторите, свързани с G протеин.

И в двата случая намалената способност за предаване на сигнали задейства определено заболяване или допринася за неговото развитие. Заболявания, които са свързани с нарушена функция на G протеините, са например псевдохипопаратиреоидизъм, акромегалия, хиперфункционален аденом на щитовидната жлеза, тумори на яйчниците и няколко други.