G proteín

Pod menom G proteíny je nehomogénna skupina proteínov, ktoré môžu viazať nukleotidy guanozín difosfát (GDP) a guanozín trifosfát (GTP).

Zohrávajú kľúčovú úlohu pri prenose a „translácii“ extracelulárnych signálov do bunky a vnútri bunky. Heterotrimérne G proteíny založené na membráne sú mediátorom medzi extracelulárnym a intracelulárnym priestorom a takzvané malé G proteíny, ktoré sa nachádzajú v cytozole buniek, zaisťujú prenos signálov v bunke.

Čo je to G proteín?

G proteíny, tiež známe ako GTPázy, predstavujú nehomogénnu skupinu proteínov, ktoré hrajú rozhodujúcu úlohu pri prenose extracelulárnych signálov do bunky a vnútri bunky. Všetky G proteíny sú charakterizované skutočnosťou, že môžu viazať nukleotidy GTP a GDP.

Môžu sa rozdeliť na dve veľké skupiny heterotrimérnych G proteínov viazaných na membránu a takzvaných malých monomérnych G proteínov. Monomérne G proteíny sú lokalizované v cytozole buniek a pôsobia ako druhé posly pre prenos signálu v bunke. Membránovo viazané G proteíny sú zložené z podjednotiek Alfa, Beta a Gamma. V neaktívnom stave je HDP viazaný na alfa podjednotku.

Extracelulárny stimul (signál) uvádza do pohybu proces, v ktorom je HDP nahradený GTP a súčasne dochádza k disociácii medzi podjednotkou alfa a podjednotkou beta-gama. Dve podjednotky beta a gama zostávajú spolu ako aktívna funkčná jednotka spolu aj v nasledujúcich procesoch ako podjednotka beta-gama. Výmena HDP pomocou GTP teda zodpovedá prepnutiu z neaktívnej „vypnutej“ polohy do aktivovanej „zapnutej polohy“.

Funkcia, účinok a úlohy

Ľudské bunky sú rovnako ako živočíšne bunky chránené bunkovou membránou, ktorá nie je ľahko priepustná pre veľké molekuly alebo patogénne baktérie. Na jednej strane bunková membrána poskytuje ochranu pre vnútorný cytosol a bunkové jadro, na druhej strane to môže byť problém pre nevyhnutnú komunikáciu a výmenu informácií medzi bunkami, v rámci bunky a medzi extracelulárnym a intracelulárnym priestorom.

Hlavná funkcia heterotrimérnych G-proteínov viazaných na membránu, z ktorých je známych asi 21 rôznych alfa podjednotiek, spočíva v transdukcii signálu z extracelulárneho priestoru do vnútra bunky. Transdukcie signálov sú nevyhnutné pre prenos signálov a pre preklad určitých „pokynov“ do metabolických procesov v bunkách. Ide o to, aby sme dostali dôležité správy, ktoré sa do bunky dostávajú zvonka prostredníctvom poslových látok, hormónov alebo neurotransmiterov, a prekladali ich ako „pracovné pokyny“ pre bunku a prenášali ich na druhých poslov vo vnútri bunky, ktoré zabezpečujú ďalší transport v cytosole. ,

Proces transdukcie tiež hrá dôležitú úlohu pri prenose určitých citlivých stimulov, ako sú zrak, sluch, chuť a vôňa. Transdukcia signálu je rovnako dôležitá pre fungovanie určitých regulačných slučiek, ktoré regulujú telesnú teplotu, krvný tlak, funkciu srdca a mnoho ďalších parametrov v bezvedomí. Zjednodušene povedané, heterotrimérne G-proteíny ukotvené v bunkovej membráne stelesňujú aktívny zúčtovací bod pre signálne látky, ktoré sa prenášajú v transformovanej forme na malé G-proteíny vo vnútri bunky, ktoré pôsobia ako druhé posly.

Malé G proteíny, ktorých je známych viac ako 100 rôznych foriem, vykonávajú v bunke širokú škálu úloh.Napríklad sa podieľa na regulácii génovej expresie, organizácii cytoskeletu, transporte látok medzi jadrom a cytoplazmou, ako aj na výmene látok s lyzozómami a bunkovej proliferácii.

Vzdelávanie, výskyt, vlastnosti a optimálne hodnoty

Ako všetky ostatné proteíny, základnými stavebnými kameňmi G proteínov sú takzvané proteínogénne aminokyseliny, z ktorých 23 je doteraz známych. Zatiaľ čo bunkový metabolizmus je schopný syntetizovať väčšinu samotných aminokyselín, niekoľko aminokyselín opísaných ako esenciálne sa musí brať s jedlom.

Zostavenie proteínov sa uskutočňuje buď od základu reťazením aminokyselín v geneticky špecifikovanej sekvencii alebo zostavením existujúcich fragmentov čiastočne rozobraných proteínov s dlhým reťazcom. Fragmenty môžu tiež pozostávať z peptidov alebo polypeptidov, ktoré podľa definície pozostávajú z menej ako 100 aminokyselín. Syntéza G proteínov sa uskutočňuje v každej jednotlivej bunke v zložitých procesoch založených na génových segmentoch predtým skopírovaných v mRNA, ktoré určujú aminokyselinovú sekvenciu každého jednotlivého proteínu.

Pretože G proteíny sa vo svojej diverzite podieľajú prakticky na všetkých riadiacich a regulačných procesoch každej jednotlivej bunky a vzťah medzi aktivovaným a inaktivovaným stavom je veľmi dynamický, snímka ich koncentrácie alebo aktivity v bunkách nie je možná a nemala by zmysel. To, či všetky G proteíny v sieti vykonávajú „normálnu“ prácu, možno posúdiť iba nepriamo na základe zdravotného stavu.

Choroby a poruchy

V prípade proteínov, ktoré sú funkčnou alebo aktivačnou súčasťou enzýmu, hormónu alebo iných funkčných jednotiek, existuje riziko, že chyba v ich aminokyselinovej sekvencii spôsobí ich stratu funkcie a enzým alebo hormón stratí časť svojej účinnosti. Vo väčšine prípadov „proteínového defektu“ je zodpovedajúci genetický defekt.

Mutácia génového segmentu vedie k nesprávnej špecifikácii aminokyselinovej sekvencie, a teda k nesprávnej konštrukcii zodpovedajúceho proteínu. G proteíny nie sú ušetrené od takýchto geneticky určených chýb v pláne. G proteíny však strácajú svoju funkciu aj vtedy, ak porucha spočíva v receptoroch spojených s G proteínom.

V oboch prípadoch znížená schopnosť prenášať signály spúšťa určité ochorenie alebo prispieva k jeho rozvoju. Choroby, ktoré sú spojené s narušenou funkciou G proteínov, sú napríklad pseudohypoparatyroidizmus, akromegália, hyperfunkčný adenóm štítnej žľazy, nádory vaječníkov a niekoľko ďalších.