G protein, atau guanin nukleotida yang mengikat protein , adalah protein yang terkait dengan membran plasma milik keluarga sinyal “coupler” protein yang memiliki fungsi penting dalam banyak proses transduksi sinyal pada organisme eukariotik.
Dalam literatur , protein G digambarkan sebagai sakelar molekuler biner, karena aktivitas biologisnya ditentukan oleh perubahan strukturnya yang diberikan oleh spesies nukleotida yang dapat mereka ikat: nukleotida guanosin (difosfat (GDP) dan trifosfat (GTP)). ).
Struktur protein Ras, protein G monomer (Sumber: Mark ‘AbsturZ’ [Domain publik] melalui Wikimedia Commons)
Mereka umumnya diaktifkan oleh reseptor dari keluarga protein yang dikenal sebagai G-protein-coupled receptor (GPCR ), yang menerima sinyal awal eksternal dan mengubahnya menjadi perubahan konformasi yang memicu aktivasi, yang kemudian diterjemahkan ke dalam aktivasi efektor lain. protein.
Beberapa penulis menganggap bahwa gen yang mengkode untuk keluarga protein ini berevolusi dengan duplikasi dan divergensi dari gen nenek moyang yang sama, yang produknya semakin disempurnakan dan terspesialisasi.
Di antara berbagai macam fungsi seluler yang dimiliki protein ini adalah translokasi makromolekul selama sintesis protein, transduksi sinyal hormonal dan rangsangan sensorik, serta regulasi proliferasi dan diferensiasi sel.
Dua kelas dari jenis protein ini telah dijelaskan: protein G kecil dan protein G heterotrimerik. Struktur tiga dimensi pertama protein G diturunkan lebih dari satu dekade lalu dari protein G kecil yang dikenal sebagai Ras.
Indeks artikel
Struktur
Secara struktural, dua jenis protein G dikenali: protein G kecil dan protein G heterotrimerik yang jauh lebih kompleks.
Protein G kecil terdiri dari polipeptida tunggal dari sekitar 200 residu asam amino dan sekitar 20-40 kDa, dan dalam strukturnya terdapat domain katalitik yang terkonservasi (domain G) yang terdiri dari lima heliks , enam lembar lipat , dan lima loop polipeptida.
Protein G heterotrimerik, di sisi lain, adalah protein membran integral yang terdiri dari tiga rantai polipeptida, yang dikenal sebagai subunit , , dan .
-Subunit memiliki berat antara 40 dan 52 kDa, memiliki daerah pengikatan nukleotida guanin dan memiliki aktivitas GTPase untuk menghidrolisis ikatan antara gugus fosfat GTP.
Subunit dari protein G yang berbeda berbagi beberapa domain struktural seperti untuk pengikatan dan hidrolisis GTP, tetapi mereka sangat berbeda dalam situs pengikatan untuk protein reseptor dan efektor.
-Subunit memiliki berat molekul yang sedikit lebih rendah (antara 35 dan 36 kDa).
-Subunit , di sisi lain, jauh lebih kecil dan memiliki berat molekul kira-kira 8 kDa.
Semua protein G heterotrimerik memiliki 7 domain transmembran dan berbagi kesamaan dalam urutannya sehubungan dengan domain dan . Kedua domain ini sangat terkait sehingga mereka dipandang sebagai satu unit fungsional.
Jenis
Seperti disebutkan di atas, ada dua jenis protein G: kecil dan heterotrimerik.
Protein G kecil berperan dalam pertumbuhan sel, sekresi protein, dan interaksi vesikel intraseluler. Untuk bagian mereka, protein G heterotrimerik dikaitkan dengan transduksi sinyal dari reseptor permukaan, dan juga bertindak sebagai sakelar yang bergantian antara dua keadaan tergantung pada nukleotida terkait.
Protein G kecil
Protein ini juga disebut GTPase kecil, protein pengikat GTP kecil atau superfamili protein Ras dan membentuk superfamili independen dalam kelas besar hidrolase GTP dengan fungsi pengaturan.
Protein ini sangat beragam dan mengontrol beberapa proses seluler. Mereka dicirikan oleh domain pengikatan GTP yang dilestarikan, domain “G”. Pengikatan nukleotida fosfat ini menyebabkan perubahan konformasi penting dalam domain katalitiknya dalam protein G kecil.
Aktivitasnya terkait erat dengan GTPase Activating Protein (GAP ) dan Guanine Nucleotide Exchange Factor (GEF ).
Lima kelas atau famili protein G kecil telah dijelaskan pada eukariota:
-Ras
-Rho
-Rab
-Sar1 / Arf
-Ran
Protein Ras dan Rho mengontrol ekspresi gen dan protein Rho juga memodulasi reorganisasi sitoskeleton. Protein kelompok Rab dan Sar1 / Arf mempengaruhi transpor vesikular dan protein Ran mengatur transpor inti dan siklus sel.
Protein G heterotrimerik
Jenis protein ini juga layak dikaitkan dengan dua faktor protein lain, sehingga jalur pensinyalan dari lingkungan eksternal ke bagian dalam sel terdiri dari tiga unsur dengan urutan sebagai berikut:
- reseptor ditambah dengan protein G
- G protein
- protein atau saluran efektor
Ada keragaman besar protein G heterotrimerik dan ini terkait dengan keragaman besar subunit yang ada di alam, di mana hanya 20% dari urutan asam amino yang dilestarikan.
Biasanya protein G heterotrimerik diidentifikasi berkat keragaman subunit , terutama berdasarkan kesamaan fungsional dan urutannya.
Subunit terdiri dari empat keluarga (keluarga Gs, keluarga Gi / o, keluarga Gq dan keluarga G12). Setiap famili terdiri dari “isotipe” berbeda yang, bersama-sama, menambahkan hingga lebih dari 15 bentuk subunit yang berbeda.
Keluarga Gs
Keluarga ini berisi perwakilan yang juga berpartisipasi dalam regulasi protein adenilat siklase dan diekspresikan di sebagian besar tipe sel. Ini terdiri dari dua anggota: Gs dan Golf.
Subskrip ” s” mengacu pada stimulasi (dari bahasa Inggris ” stimulasi” ) dan subskrip ” olf” mengacu pada “bau” (dari bahasa Inggris “olfaction” ). Protein golf secara khusus diekspresikan dalam neuron sensorik yang bertanggung jawab atas penciuman.
Gi / o Keluarga
Ini adalah keluarga terbesar dan paling beragam. Mereka diekspresikan dalam banyak jenis sel dan memediasi penghambatan yang bergantung pada reseptor dari berbagai jenis adenil siklase (subskrip ” i” mengacu pada penghambatan).
Protein dengan subunit dari grup Go diekspresikan secara khusus dalam sel sistem saraf pusat dan memiliki dua varian: A dan B.
keluarga gq
Protein dengan famili subunit ini bertanggung jawab atas regulasi fosfolipase C. Famili ini terdiri dari empat anggota yang subunit diekspresikan oleh gen yang berbeda. Mereka berlimpah di sel hati, sel ginjal, dan paru-paru.
keluarga G12
Keluarga ini diekspresikan di mana-mana dalam organisme dan tidak diketahui dengan pasti apa sebenarnya proses seluler yang diatur melalui protein dengan subunit ini.
subunit dan
Meskipun keragaman struktur alfa sangat menentukan untuk identifikasi protein heterotrimerik, ada juga banyak keragaman sehubungan dengan dua subunit lainnya: beta dan gamma.
Fitur
Protein G berpartisipasi dalam “penyaluran” sinyal dari reseptor pada membran plasma ke saluran atau enzim efektor.
Contoh paling umum dari fungsi protein jenis ini adalah dalam pengaturan enzim adenilat siklase, enzim yang bertanggung jawab untuk sintesis adenosin 3′, 5′-monofosfat atau hanya AMP siklik, suatu molekul yang memiliki fungsi penting sebagai utusan kedua dalam banyak proses seluler yang dikenal:
-Fosforilasi selektif protein dengan fungsi spesifik
-Transkripsi genetik
-Reorganisasi sitoskeleton
-Sekresi
– Depolarisasi membran
Mereka juga secara tidak langsung berpartisipasi dalam regulasi kaskade pensinyalan inositol (fosfatidilinositol dan turunannya yang terfosforilasi), yang bertanggung jawab untuk mengontrol proses yang bergantung pada kalsium seperti kemotaksis dan sekresi faktor terlarut.
Banyak saluran ion dan protein transpor secara langsung dikendalikan oleh protein dari keluarga protein G. Demikian pula, protein ini terlibat dalam banyak proses sensorik seperti penglihatan, penciuman, dan lain-lain.
Bagaimana mereka bekerja?
Cara interaksi protein G dengan protein efektor bersifat spesifik untuk setiap kelas atau famili protein.
Untuk protein G yang digabungkan dengan reseptor membran (protein G heterotrimerik), pengikatan nukleotida guanin seperti GDP atau guanosin difosfat ke subunit menyebabkan asosiasi ketiga subunit, membentuk kompleks yang dikenal sebagai Gαβγ atau G-GDP, yang melekat pada membran.
Jika molekul GDP selanjutnya ditukar dengan molekul GTP, subunit yang terikat pada GTP berdisosiasi dari subunit dan , membentuk kompleks terpisah yang dikenal sebagai Gα-GTP, yang mampu mengubah aktivitas enzim atau protein pembawa targetnya. .
Aktivitas hidrolitik subunit ini memungkinkannya untuk menghentikan aktivasi, menukar GTP dengan PDB baru, melewati konformasi tidak aktif.
Dengan tidak adanya reseptor tereksitasi yang berasosiasi dengan protein G, proses pertukaran GDP menjadi GTP ini sangat lambat, yang berarti bahwa protein G heterotrimerik hanya menukar GDP dengan GTP pada tingkat yang penting secara fisiologis ketika mereka terikat pada reseptor tereksitasinya.
Referensi
- Gilman, G. (1987). Protein G: Transduser Sinyal yang Dihasilkan Reseptor. Ulasan Tahunan dalam Biokimia , 56 , 615-649.
- Milligan, G., & Kostenis, E. (2006). Protein G heterotrimerik: sejarah singkat. Jurnal Farmakologi Inggris , 147 , 546–555.
- Offermanns, S. (2003). G-protein sebagai transduser dalam pensinyalan transmembran. Kemajuan dalam Biofisika & Biologi Molekuler , 83 , 101-130.
- Simon, M., Strathmann, MP, & Gautam, N. (1991). Keanekaragaman Protein G dalam Transduksi Sinyal. Sains , 252 , 802-808.
- Syrovatkina, V., Alegre, KO, Dey, R., & Huang, X. (2016). Regulasi, Pensinyalan, dan Fungsi Fisiologis G-Protein. Jurnal Biologi Molekuler , 428 (19), 3850–3868.
