G protein

Pod jménem G proteiny je nehomogenní skupina proteinů, které mohou vázat nukleotidy guanosin difosfát (GDP) a guanosin trifosfát (GTP).

Hrají klíčovou roli v přenosu a „translaci“ extracelulárních signálů do a uvnitř buňky. Heterotrimerní G proteiny vázané na membránu jsou prostředníkem mezi extracelulárním a intracelulárním prostorem a takzvané malé G proteiny, které jsou umístěny v cytosolu buněk, zajišťují přenos signálů uvnitř buňky.

Co je G protein?

G proteiny, také známé jako GTPázy, představují nehomogenní skupinu proteinů, které hrají klíčovou roli v přenosu extracelulárních signálů do a uvnitř buňky. Všechny G proteiny jsou charakterizovány skutečností, že mohou vázat nukleotidy GTP a GDP.

Mohou být rozděleny do dvou velkých skupin heterotrimerních G proteinů vázaných na membránu a tzv. Malých monomerních G proteinů. Monomerní G proteiny jsou umístěny v cytosolu buněk a působí jako druhé posly pro přenos signálu uvnitř buňky. Membránově vázané G proteiny jsou složeny z podjednotek Alfa, Beta a Gamma. V neaktivním stavu je HDP vázán na alfa podjednotku.

Extracelulární stimul (signál) uvádí do pohybu proces, ve kterém je HDP nahrazen GTP a současně dochází k disociaci mezi alfa podjednotkou a beta-gama podjednotkou. Dvě beta a gama podjednotky zůstávají spolu jako aktivní funkční jednotka i v následujících procesech jako beta-gama podjednotka. Výměna HDP pomocí GTP tedy odpovídá přepnutí z neaktivní „OFF pozice“ na aktivovanou „ON pozici“.

Funkce, efekt a úkoly

Stejně jako zvířecí buňky jsou lidské buňky chráněny buněčnou membránou, která není snadno propustná pro velké molekuly nebo patogenní zárodky. Na jedné straně buněčná membrána poskytuje ochranu internímu cytosolu a buněčnému jádru, na druhé straně to může být problém pro nezbytnou komunikaci a výměnu informací mezi buňkami, uvnitř buňky a mezi extracelulárním a intracelulárním prostorem.

Hlavní funkce heterotrimerních G-proteinů vázaných na membránu, z nichž je známo asi 21 různých alfa podjednotek, spočívá v přenosu signálu z extracelulárního prostoru do vnitřku buňky. Transdukce signálů jsou nezbytné pro přenos signálů a přenos určitých „pokynů“ do buněčných metabolických procesů. Jde o to, že dostáváme důležité zprávy, které jsou do buňky přivedeny zvenčí pomocí messengerových látek, hormonů nebo neurotransmiterů, a překládají je jako „pracovní instrukce“ pro buňku a předávají je druhým poslům uvnitř buňky, které zajišťují další transport v cytosolu .

Proces transdukce také hraje důležitou roli při přenosu určitých citlivých podnětů, jako je zrak, sluch, chuť a vůně. Transdukce signálu je stejně důležitá pro fungování určitých regulačních smyček, které regulují tělesnou teplotu, krevní tlak, srdeční funkce a mnoho dalších parametrů v bezvědomí. Zjednodušeně řečeno, heterotrimerní G-proteiny ukotvené v buněčné membráně ztělesňují aktivní clearingový bod pro signální látky, které jsou přenášeny v transformované formě na malé G-proteiny uvnitř buňky, které působí jako druhé posly.

Malé G proteiny, z nichž je známo více než 100 různých forem, vykonávají v buňce širokou škálu úkolů.Například se podílejí na regulaci genové exprese, organizaci cytoskeletu, transportu látek mezi jádrem a cytoplazmou, jakož i na výměně látek s lysosomy a buněčné proliferaci.

Vzdělávání, výskyt, vlastnosti a optimální hodnoty

Stejně jako u všech ostatních proteinů jsou základními stavebními bloky G proteinů tzv. Proteinogenní aminokyseliny, z nichž 23 je dosud známo. Zatímco buněčný metabolismus je schopen syntetizovat většinu samotných aminokyselin, několik aminokyselin popsaných jako esenciální musí být přijato s jídlem.

Sestavení proteinů se provádí buď od základu řetězcováním aminokyselin v geneticky předurčené sekvenci, nebo sestavením existujících fragmentů částečně demontovaných proteinů s dlouhým řetězcem. Fragmenty mohou také sestávat z peptidů nebo polypeptidů, které jsou podle definice složeny z méně než 100 aminokyselin. Syntéza G proteinů probíhá v každé jednotlivé buňce ve složitých procesech založených na genových segmentech dříve zkopírovaných do mRNA, které určují aminokyselinovou sekvenci každého jednotlivého proteinu.

Protože G proteiny jsou ve své rozmanitosti zapojeny do prakticky všech kontrolních a regulačních procesů každé jednotlivé buňky a vztah mezi aktivovaným a inaktivovaným stavem je velmi dynamický, snímek jejich koncentrace nebo aktivity v buňkách není možný a neměl by smysl. Zda všechny G proteiny v síti vykonávají „normální“ práci, lze posoudit pouze nepřímo na základě zdravotního stavu.

Nemoci a poruchy

V případě proteinů, které jsou funkční nebo aktivační součástí enzymu, hormonu nebo jiných funkčních jednotek, existuje riziko, že chyba v jejich aminokyselinové sekvenci způsobí, že ztratí funkci a enzym nebo hormon ztratí část své účinnosti. Ve většině případů „proteinové vady“ je odpovídající genetická vada.

Mutace genového segmentu vede k nesprávné specifikaci aminokyselinové sekvence, a tedy k nesprávné konstrukci odpovídajícího proteinu. G proteiny nejsou ušetřeny takových geneticky určených chyb v plánu. G proteiny však také ztratí svou funkci, pokud chyba spočívá v receptorech spojených s G proteinem.

V obou případech snížená schopnost přenášet signály vyvolává určité onemocnění nebo přispívá k jeho rozvoji. Nemocemi, které jsou spojeny s narušenou funkcí G proteinů, jsou například pseudohypoparatyreóza, akromegalie, hyperfunkční adenom štítné žlázy, nádory vaječníků a několik dalších.