Me ndihmën e proteinave g ata ngacmohen. Struktura e proteinave

• Prezantimi 2
• Nga historia e zbulimit të proteinave C 8
• Struktura dhe vetitë 8
• Lidhja me membranë 9
• Organizimi strukturor dhe funksionalG-proteinat 9
• 10
• 10
• Rregullimi i aktivitetitG-proteinat 11
• Adenilat ciklaza 12
• Fosfolipazat 13
• Kinazat e proteinave 14
• Fosfodiesterazat 16
• Sistemi adenilate ciklaze 17
• Efekti i toksinave bakteriale në aktivitetin e adenilate ciklazës (ADP-ribozilimiG-proteinat) 20
• Sistemi i fosfatit të inozitolit 21
• 22
• Vetërregullimi i sistemit 23
• b-nënnjësi: vetitë e përgjithshme 23
• VDheGnënnjësi: karakteristikat e përgjithshme 24
• G-proteinat:vg-nënnjësi 25
• Proteinat që lidhen me GTP formojnë dy familje kryesoreG-proteinat dhe proteinat me peshë molekulare të ulët që lidhin GTP 28
• Letërsia 30

Prezantimi

Proteinat sinjalizuese G janë ndërmjetës universalë në transmetimin e sinjaleve hormonale nga receptorët membranë qelizore ndaj proteinave efektore që shkaktojnë përgjigjen përfundimtare qelizore. Kur një molekulë e receptorit me shtatë domene e lokalizuar në membranën e një qelize shqisore aktivizohet nga disa ndryshime në mjedisi i jashtëm, pëson ndryshime konformative. Këto të fundit zbulohen

Proteinat G të lidhura me membranën, të cilat nga ana e tyre aktivizojnë molekulat efektore në membranë. Kjo shpesh rezulton në lëshimin e lajmëtarëve të dytë në citosol.

Ato kanë qenë objekt studimi intensiv për shkak të përfshirjes së tyre në shumë procese të rëndësishme fiziologjike. Proteinat G të përfshira në transduksionin e sinjalit janë anëtarë të një superfamiljeje të madhe të proteinave që lidhen me guaninën. Proteinat G janë rregullatorë të saktësisë që ndezin ose çaktivizojnë aktivitetin e molekulave të tjera.

Përafërsisht 80% e lajmëtarëve parësorë (hormonet, neurotransmetuesit, neuromoduluesit) ndërveprojnë me receptorë specifikë që lidhen me efektorët nëpërmjet proteinave G.

Proteinat G janë proteina që lidhin nukleotidet e guanozinës. Proteinat G të lidhura me receptorët janë të lidhura me membranë. Në një gjendje joaktive, ato shoqërohen me GDP. Kur receptori lidhet me një ligand, GDP zëvendësohet nga GTP, duke rezultuar në aktivizim. Ky proces është relativisht i ngadalshëm, ndodh brenda sekondave - dhjetëra sekonda.

G-proteinat e membranave biologjike kanë një strukturë heterotrimerike. Ato përbëhen nga një nën-njësi e madhe b (rreth 45 kilodalton - kDa), si dhe nën-njësi më të vogla b dhe g, nën-njësia b ka aktivitet GTPase, në formën e saj joaktive (të fikur) lidh molekulën e GDP-së në aktive. faqe. Nënnjësitë c dhe d janë të ndërlidhura dhe nuk mund të shkëputen në kushte fiziologjike. Në gjendjen joaktive, b-kompleksi është i lidhur lirshëm me nën-njësinë b. Nën-njësia g është e lidhur me gjethen citoplazmike të membranës biologjike nga një zinxhir geranil-geranil (20 atome karboni në zinxhir), i ngjashëm në strukturë me kolesterolin. Nën-njësia b është gjithashtu e lidhur me membranë nga një acid yndyror 14 karboni (acidi myristoik). Lidhje të tilla sigurojnë që kompleksi i proteinës G të mbahet në rrafshin e membranës, por në të njëjtën kohë është në gjendje të lëvizë lehtësisht në këtë plan. Është e lehtë të imagjinohet se si i gjithë kompleksi i proteinave G me GDP të bashkangjitur lëviz në rrafshin e membranës nën ndikimin e dy familjeve të proteinave - proteinat heterotrimerike të lidhjes së nukleotideve të guanozinës (proteinat G) dhe guanozintrifosfatazat e lidhura larg (GTPase); mund të ndizet kur GTP lidhet dhe aktivizon komponentët në rrjedhën e poshtme të transduksionit të sinjalit të sipërfaqes së qelizës. GTPase të vogla janë të përfshira në kontroll vetitë themelore qelizat - polariteti i formës dhe proceset e ndarjes dhe diferencimit. Proteinat G zakonisht rregullojnë sinjale më të specializuara - prodhimin e lajmëtarëve të dytë. Të dy janë në gjendje të hidrolizojnë GTP dhe kështu të fikin sinjalin.

Meqenëse nënnjësitë b dhe g të proteinave G janë jashtëzakonisht të konservuara, proteinat G zakonisht dallohen nga nënnjësitë e tyre b. Përveç motivit të lidhjes GTP, çdo sekuencë Galfa përmban të paktën një vend lidhës për kationet dyvalente, si dhe vende për modifikimin kovalent nga toksinat bakteriale që katalizojnë reaksionet e varura nga NAD ADP-riboziltransferazë. Proteinat G që stimulojnë adenilate ciklazën (Gs) ose janë të përfshira në fototransduksion (Gt, transducin) shërbejnë si substrate për ribozilimin ADP të katalizuar nga toksina e kolerës në një nga mbetjet e argininës, gjë që çon në bllokimin e çaktivizimit të këtyre proteinave. Gs, proteina G frenuese e ciklazës adenilate (Gi) dhe proteina G me funksion ende të panjohur (Go) ribozilohen me ADP nga toksina pertusis në një mbetje cisteine ​​të vendosur në fundin C. Ky modifikim ndërhyn në ndërveprimin midis proteinës G dhe receptorëve. U përcaktua sekuenca e proteinës G të miut (Gx), e cila doli të ishte e pandjeshme ndaj toksinës së pertusisit.

Proteinat G janë proteina rregullatore që lidhin GTP pas aktivizimit. Më të studiuarat janë proteinat G që stimulojnë dhe frenojnë adenilate ciklazën (proteinat Gs dhe proteinat Gi, përkatësisht). VE - receptorët adrenergjikë, B2 - receptorët adrenergjikë dhe receptorët D1 janë të lidhur me proteinën Gs, dhe për këtë arsye stimulimi i këtyre receptorëve shoqërohet me aktivizimin e adenilate ciklazës dhe një rritje të përqendrimit ndërqelizor të cAMP - lajmëtari i dytë klasik (intraqelizor). Përgjigja përfundimtare në qeliza të ndryshme është e ndryshme dhe varet nga ajo se cilat janë fragmentet e efektit (enzima, kanali jonik, etj.) Receptorët b2-adrenergjikë, receptorët M2-kolinergjikë dhe receptorët D2 janë të lidhur me proteinën Gi, dhe stimulimi i këtyre receptorëve çon në uljen e aktivitetit të adenilate ciklazës dhe përqendrimit ndërqelizor të cAMP. Ndryshimet në aktivitetin e enzimave dhe proteinave të tjera ndërqelizore dhe, në përputhje me rrethanat, funksionet qelizore në këtë rast janë të kundërta me ato që vërehen gjatë aktivizimit të proteinës Gs. Receptorët β1-adrenergjikë (si receptorët M1-kolinergjikë) me sa duket janë të lidhur me një lloj tjetër, ende të studiuar dobët, të proteinës G. Kjo proteinë nganjëherë quhet Gq. Aktivizon fosfolipazën C, e cila katalizon zbërthimin e fosfolipideve të membranës, në veçanti fosfatidilinositol-4,5-difosfatit në ISP dhe DHA. Të dyja këto substanca janë lajmëtarë të dytë.

Lidhja e një agonisti (hormon, neurotransmetues, etj.) me receptorin përkatës çon në ndërveprimin protein-proteinë midis receptorit dhe proteinës G dhe përshpejton disociimin e HDP. Si rezultat, formohet një kompleks agonist-receptor-G-proteinë jetëshkurtër që nuk shoqërohet me asnjë nukleotid. Lidhja e molekulës GTP me këtë kompleks zvogëlon afinitetin e receptorit për proteinën G, gjë që çon në shpërbërjen e kompleksit dhe lirimin e receptorit. Receptori potencialisht mund të aktivizohet nje numer i madh i Molekulat e proteinës G, duke siguruar kështu një fitim të lartë të sinjalit jashtëqelizor në këtë fazë. Nën-njësia b e aktivizuar e proteinës G shkëputet nga nën-njësitë b dhe ndërvepron me efektorin përkatës, duke ushtruar një efekt aktivizues ose frenues mbi të.

Nën-njësia b me GTP të lidhur me të është e aftë të ndërveprojë me një efektor në membranë - enzimat, të tilla si adenilate ciklaza, ose, ndoshta, kanalet jonike. Një enzimë mund të aktivizohet ose frenohet, dhe një kanal jonik mund të hapet ose mbyllet. Shembuj specifikë do të diskutohet në seksionet vijuese. Ndërveprimi me efektorin, megjithatë, zgjat për aq kohë sa nën-njësia b, e cila është një GTPase, ruan GTP. Pra, shumë shpejt GTP e bashkangjitur hidrolizohet në HDF. Kur kjo ndodh, nën-njësia b ndryshon përsëri konformacionin e saj dhe humbet aftësinë e saj për të aktivizuar efektorin. Pas kësaj, b-GDP ndërvepron me kompleksin r dhe përsëri formon një kompleks trimerik, duke përfunduar kështu ciklin. Supozohet gjithashtu se kompleksi i nënnjësive rg gjithashtu mund të ndikojë (drejtpërsëdrejti ose tërthorazi) në enzimat efektore.

Enzima të tilla janë adenilate ciklaza dhe fosfolipaza C. Proteinat G gjithashtu rregullojnë funksionimin e kanaleve jonike K dhe CaI+ përfshijnë polipeptidin Gs, i cili stimulon adenilate ciklazën dhe rregullon kanalet jonike CaI+, polipeptidin Gi, i cili frenon adenilat ciklazën dhe. -kanalet në qelizat e indeve të trurit, Gt, transducin, të përfshira në transmetimin e sinjalit të dritës, proteina specifike e golfit të qerpikëve të nuhatjes, etj. Të gjitha proteinat G janë heterotrimere, të përbëra nga nënnjësitë b, c dhe d sipas renditjes së rënies së peshës molekulare.

Më pas, GTP e lidhur me nën-njësinë β të proteinës G i nënshtrohet hidrolizës dhe enzima që katalizon këtë proces është vetë nën-njësia β. Kjo çon në shkëputjen e nën-njësisë b nga efektori dhe rishoqërimin e kompleksit b-GDP me nën-njësitë β. Aktivizimi spontan i proteinës G i lidhur me GDP-në është një proces shumë i pamundur.

I njëjti mekanizëm nënvizon rregullimin hormonal të fosfolipazës C dhe fosfolipazës A2 specifike për fosfoinositidet. Përveç kësaj, është treguar se proteinat G mund të aktivizojnë drejtpërdrejt kanalet jonike.

Faza kufizuese e shkallës në procesin e rivendosjes së gjendjes fillestare të proteinës G është shkalla e disociimit të GDP nga nën-njësia β të proteinës G. Shkalla e disociimit rritet kur G-proteina-GDP ndërvepron me receptorin e lidhur me agonistin. Lidhja e GTP nga proteina G me sa duket çon në formimin e një kompleksi agonist-receptor-protein G. Analogu GTP-STP-g-S dhe Mg2+ rrit ndarjen e nën-njësisë b nga trimeri i proteinës G. Megjithatë, duhet të theksohet se nën-njësia katalitike e adenilate ciklazës nga membranat e trurit të gjedhit është bashkë-pastruar në mënyrë kromatografike me nën-njësitë b dhe b të proteinës Gs, dhe çështja e ndarjes së nën-njësive b nga trimeri i proteinës G për të aktivizuar efektori kërkon sqarim.

Proteinat G shfaqin polimorfizëm të rëndësishëm. Çdo formë e nën-njësive të proteinës G është shumë homologe në strukturë, e ngjashme në funksion, por ndryshon në peshën molekulare dhe lëvizshmërinë elektroforetike. Polimorfizmi është veçanërisht i gjerë dhe është studiuar më së shumti për proteinat bs dhe bi G. Kështu, nga truri i njeriut janë izoluar 11 forma të ADN-së përgjegjëse për sintezën e nën-njësive bs, katër lloje të të cilave janë klonuar dhe supozohet se përcaktojnë sintezën e katër izoformave bs në trurin e njeriut. Për bi, u gjetën kryesisht tre izoforma: bi1, bi2, bi3. Masat molekulare izoformat bs janë në intervalin 42-55 kDa, dhe bi 39-41 kDa. Shpërndarja e varianteve molekulare të bi është specifike për indet: bi1 paraqitet kryesisht në tru, bi2 gjendet në ind nervor dhe në qelizat e gjakut, bi3 paraqitet në indet periferike dhe mungon në tru. Shpërndarja e gjeneve që kodojnë sintezën e tre bi izoformave nëpër inde përafërsisht përkon në rendin e mëposhtëm: njeriu, gjedhi, miu, miu. Përcaktimi i sekuencës së aminoacideve të bi dhe bs tregoi se izoformat bs ose bi ndryshojnë në rajonin e sekuencave C - dhe N - terminale që lidhen me receptorin ose efektorin. Supozohet se polimorfizmi i nën-njësive b përcaktohet nga shumëllojshmëria e receptorëve dhe nëntipet e tyre dhe nga shumëllojshmëria e sistemeve efektore.

Bi-nënnjësitë Gi janë të koduara nga tre gjene të ndryshëm strukturorë. Sa i përket izoformave të nën-njësive b të proteinave Gs, nuk është ende e qartë nëse izoformat janë të koduara nga gjene të ndryshëm strukturorë, apo nëse ato janë produkt i një gjeni të vetëm të ndjekur nga bashkimi i brendshëm alternativ i transkriptit origjinal të ARN-së, ose nëse shumëfishimi i tyre është rezultat i modifikimit pas përkthimit. Aktualisht, janë të njohura 9 gjene strukturore që kodojnë proteinat G dhe 12 produkte të këtyre gjeneve.

Nga historia e zbulimit të proteinave C

1. 1971 - nevoja e GTP për të stimuluar adenilate ciklazën me glukagon u demonstrua për herë të parë.

2. 1981 - është izoluar proteina Gt-transducin, e cila lidh rodopsinën me fosfodiesterazën me GTP të fotoreceptorëve.

Z. 1983 - U izolua proteina Gs që lidh GTP, e cila lidh receptorët stimulues me adenilate ciklazën.

4. 1985-1988 - u tregua se fosfolipaza C dhe fosfolipaza A2 rregullohen nga hormonet dhe neurotransmetuesit përmes proteinave Gp.

5. Aktualisht, proteinat G ndahen në disa lloje: katër Gs, tre Gi, Go, Gz/x (sistemi nervor qendror dhe shpretka), Gt (transducin), Golf (qeliza neuroepiteliale të nuhatjes).

Struktura dhe vetitë

1. G-proteinat janë heterotrimerë në të cilët nën-njësia b është e lidhur lirshëm me dimerin c-d.

2. Të gjitha nën-njësitë e njohura b (mol. masë - 50 kDa) janë homologe dhe shumica prej tyre kanë nën-njësi b të njëjta (ose shumë të ngjashme) (mol. masë 35 kDa) dhe nën-njësi g (mol. masë 8 kDa. ).

Nën-njësia 3.b përcakton specifikën e lidhjes së proteinës G me receptorin dhe efektorin dhe është unike për çdo proteinë G.

4. b-nënnjësia lidh dhe hidrolizon GTP (GTPase).

5. b-nënnjësia përmban një domen shumë të konservuar të lidhjes dhe hidrolizës GTP (18 aminoacide nga 350-395).

6. Janë identifikuar vendet e lidhjes për nukleotidet e guaninës dhe vendet e ndërveprimit me receptorët (C-terminus) dhe g-dimerët (N-terminus).

7. Janë identifikuar vende të ADP-ribosilimit (arginine-202) nën ndikimin e toksinës së kolerës dhe toksinës së pertusisit.

Lidhja me membranë

Proteinat G janë të lokalizuara në sipërfaqen e brendshme të membranës plazmatike. Struktura primare e të gjitha nën-njësive të proteinës G nuk përmban domene hidrofobike, që shtrihen në membranë.

1. Lidhja e G-proteinave me membranën lehtësohet nga acilimi nga radikalet e acideve yndyrore. Janë identifikuar dy lloje të modifikimeve të lipideve të nën-njësive të proteinës G: myristoylimi dhe izoprenilimi i zinxhirit proteinik.

2. Myristoylimi post-translational nga fundi N është treguar për nën-njësitë b të proteinave Go dhe Gi.

H. Modifikimet pas përkthimit (acilimi) indikohen edhe për nënnjësitë rg.

4. Janë identifikuar tre modifikime të njëpasnjëshme post-translative përgjegjëse për lidhjen e proteinave ras me membranën.

5. Nënnjësitë b të pastruara shfaqin veti hidrofilike (pa kompleksin b ato nuk mund të lidhen me vezikulat fosfolipide artificiale).

Organizimi strukturor dhe funksional i proteinave G

Proteinat G (proteinat që lidhen me GTP) janë ndërmjetës universalë në transmetimin e sinjaleve nga receptorët në enzimat e membranës qelizore që katalizojnë formimin e lajmëtarëve të dytë të sinjalit hormonal. Proteinat G janë oligomere që përbëhen nga nënnjësi b, c dhe g. Përbërja e dimerëve Gg ndryshon pak në inde të ndryshme, por brenda së njëjtës qelizë, të gjitha proteinat G, si rregull, kanë të njëjtin grup nën-njësish Gg. Prandaj, proteinat G zakonisht dallohen nga nën-njësitë e tyre b. Janë identifikuar 16 gjene që kodojnë nën-njësi të ndryshme të proteinave G. Disa nga gjenet kanë më shumë se një proteinë për shkak të bashkimit alternativ të ARN-së.

Çdo nën-njësi α në proteinën G ka qendra specifike:

lidhja e GTP ose GDP;

ndërveprimet me receptorin;

lidhja me nënnjësitë rg;

fosforilimi nga proteina kinaza C;

ndërveprim me enzimën adenilate ciklazë ose fosfolipazë C.

Strukturës së proteinave G i mungojnë domenet b-spiral, që shtrihen në membranë. Proteinat G i përkasin grupit të proteinave "të ankoruara".

Klasifikimi sipas ndjeshmërisë ndaj argumenteve

1. CT (toksina e kolerës) çon në aktivizimin e vazhdueshëm të adenilate ciklazës (duke shtypur aktivitetin GTPase të nën-njësisë As)

2. CT (toksina pertusis) gjithashtu shkakton ADP-ribosilim të nën-njësisë b. Sidoqoftë, në këtë rast, modifikimi i proteinës G parandalon ndërveprimin e saj me receptorët, prandaj, me aktivizimin e receptorit, A nuk frenohet.

Sipas ndjeshmërisë së tyre ndaj toksinave të kolerës dhe pertusisit, proteinat G mund të ndahen në katër grupe: të ndjeshme vetëm ndaj toksinës së kolerës (Gs), vetëm ndaj toksinës së kollës së mirë (Gi dhe Go), substrate të toksinave (Gt) dhe G-proteinave. , nën-njësitë e të cilave nuk janë të ndjeshme ndaj asnjë prej toksinave.

Ndërfaqja me sistemet efektore

Proteinat që lidhen me GTP kontrollojnë disa enzima të membranës dhe një numër kanalesh jonike.

Citoskeleti ndoshta ndërvepron me proteinat G, për shkak të të cilave hormonet rregullojnë sekretimin dhe endocitozën. Nga objektivat membranorë dhe ndërqelizor të proteinave G, më të studiuarat janë adenilate ciklaza dhe fosfodiesteraza GMP retinale, e aktivizuar përkatësisht nga Gzx dhe transducin. Këto dy enzima janë thelbësisht të ndryshme nga njëra-tjetra në strukturë dhe mekanizëm të rregullimit të tyre nga proteinat G.

Nuk ka qartësi në lidhje me aktivizimin e sistemeve të tjera të varura nga proteina G. Proteinat G ndërmjetësojnë jo vetëm efektin aktivizues, por edhe frenues të agonistëve në sistemet efektore ndërqelizore. Inhibimi i varur nga proteina G është treguar për adenilate ciklazën, kanalet e kalciumit të mbyllura me tension, fosfolipazën C, Na/K-ATPazën.

Bazuar në të dhënat, mund të supozohet se ekzistojnë dy mekanizma të frenimit të varur nga proteina G të adenilate ciklazës. Njëri prej tyre është për shkak të veprimit të nën-njësive g dhe, me sa duket, është i njëjtë për të gjitha proteinat G, pasi nën-njësitë e tyre g janë të ngjashme. Mekanizmi i dytë është frenimi specifik i adenilate ciklazës nga nën-njësia b e proteinës Gi.

Rregullimi i aktivitetit të proteinës G

Ekziston një formë joaktive e proteinës G - kompleksi bvg-GDP dhe forma e aktivizuar e bvg-GTP. Aktivizimi i proteinës G ndodh pas ndërveprimit me kompleksin aktivizues-receptor, një ndryshim në konformacionin e proteinës G redukton afinitetin e nën-njësisë b për molekulën GDP dhe e rrit atë për GTP.

Zëvendësimi i GDP me GTP në qendrën aktive të proteinës G prish komplementaritetin midis b-GTP dhe nënnjësive g. Receptori i lidhur me molekulën sinjalizuese mund të aktivizojë një numër të madh molekulash të proteinës G, duke siguruar kështu amplifikimin e sinjalit jashtëqelizor në këtë fazë.

B-nënnjësia e proteinës G e aktivizuar (b-GTP) ndërvepron me një proteinë specifike të membranës qelizore dhe ndryshon aktivitetin e saj. Proteina të tilla mund të jenë enzimat adenilate ciklazë, fosfolipaza C, cGMP fosfodiesteraza, kanalet Na+, kanalet K+.

Faza tjetër e ciklit të funksionimit të proteinës G është defosforilimi i GTP i shoqëruar me nënnjësinë b dhe enzima që katalizon këtë reaksion është vetë nënnjësia b.

Defosforilimi çon në formimin e një kompleksi b-GDP, i cili nuk është plotësues me një proteinë specifike të membranës (për shembull, adenilate ciklazë), por ka një afinitet të lartë për protomerët b-GDP. Proteina G kthehet në formën e saj joaktive, bvg-GDF. Me aktivizimin e mëvonshëm të receptorit dhe zëvendësimin e molekulës GDP me GTP, cikli përsëritet përsëri. Kështu, nën-njësitë BVG të proteinave G lëvizin, duke transferuar një sinjal stimulues ose frenues nga një receptor që aktivizohet nga një lajmëtar primar (për shembull, një hormon) në një enzimë që katalizon formimin e një lajmëtari sekondar.

Disa forma të protein kinazave mund të fosforilojnë nën-njësitë β të proteinave G. Nën-njësia b e fosforiluar nuk është komplementare me një proteinë specifike të membranës, si adenilate ciklaza ose fosfolipaza C, dhe për këtë arsye nuk mund të marrë pjesë në transmetimin e sinjalit.

Adenilat ciklaza

Enzima adenilate ciklazë, e cila katalizon shndërrimin e ATP në cAMP, është një enzimë kyçe në sistemin e transduksionit të sinjalit të adenilate ciklazës. Adenilate ciklaza gjendet në të gjitha llojet e qelizave.

Enzima i përket grupit të proteinave integrale të membranës qelizore, ajo ka 12 domene transmembranore. Fragmentet jashtëqelizore të adenilate ciklazës janë glikoziluar. Domenet citoplazmike të adenilate ciklazës kanë dy qendra katalitike përgjegjëse për formimin e cAMP, një lajmëtar i dytë i përfshirë në rregullimin e aktivitetit të enzimës së proteinës kinazës A.

Aktiviteti i adenilate ciklazës ndikohet si nga rregullatorët jashtëqelizor ashtu edhe nga brendaqelizor. Rregullatorët jashtëqelizorë (hormonet, eikozanoidet, aminat biogjene) e kryejnë rregullimin përmes receptorëve specifikë, të cilët, duke përdorur nën-njësitë b të proteinave G, transmetojnë sinjale për të adenilat ciklazën. Nën-njësia bs (stimuluese), kur ndërvepron me adenilate ciklazën, aktivizon enzimën, bi-nënnjësia (frenuese) frenon enzimën. Nga ana tjetër, adenilate ciklaza stimulon manifestimin e aktivitetit të fosfatazës GTP të nën-njësive b. Si rezultat i defosforilimit të GTP, formohen nën-njësi bs-GDP dhe bi-GDP, të cilat nuk janë plotësuese ndaj adenilate ciklazës.

Nga 8 izoformat e studiuara të adenilate ciklazës, 4 janë të varura nga Ca2+ (aktivizohen nga Ca2+). Rregullimi i adenilate ciklazës nga kalciumi ndërqelizor i lejon qelizës të integrojë aktivitetet e dy lajmëtarëve të dytë të mëdhenj cAMP dhe Ca2+.

Fosfolipazat

Fosfolipazat janë enzima të klasës së hidrolazës që katabolizojnë katabolizmin e glicerofosfolipideve. Ka fosfolipaza sekretore, të cilat janë pjesë e lëngut pankreatik, dhe fosfolipaza qelizore. Fosfolipazat qelizore A1, A2, D, C ndryshojnë në specifikat e tyre për grupin e copëtuar. Të gjitha fosfolipazat janë enzima të varura nga kalciumi.

Fosfolipaza C është një enzimë që hidrolizon lidhjen fosfoester në glicerofosfolipide. Në qelizat njerëzore, janë identifikuar 10 izoforma të fosfolilazës C, të cilat ndryshojnë në peshën molekulare, lokalizimin, mënyrën e rregullimit dhe specifikën e substratit. Struktura e të gjitha izoformave të fosfolipazës C i mungojnë domenet hidrofobike që mund të sigurojnë ndërveprimin e tyre me membranën. Sidoqoftë, disa forma të fosfolipazës C lidhen me membranën duke përdorur një "spirancë" hidrofobike - një mbetje acil i acidit miristik ose për shkak të ndërveprimit me sipërfaqen e shtresës së dyfishtë. Aktiviteti katalitik i të gjitha izoformave të fosfolipazës C varet nga jonet e kalciumit.

Shumica e fosfolipazave C janë specifike për fosfatidilinozitolet dhe praktikisht nuk hidrolizojnë llojet e tjera të fosfolipideve. Enzimë aktive mund të hidrolizojë deri në 50% të sasisë totale të fosfatidilinozitoleve në membranën qelizore. Hidroliza e fosfatidilinozitol 4,5-bisfosfatit (PIP2) prodhon hidrokarbure diacilglicerol (DAG) dhe inositol 1,4,5-trifosfat (IP3), të cilat shërbejnë si lajmëtarë dytësorë në transduktimin e sinjalit transmembranor përgjatë rrugës inositol pho.

Kinazat e proteinave

Të gjitha molekulat sinjalizuese polare që veprojnë në qelizën e synuar përmes receptorëve të membranës kryejnë funksionin e tyre biologjik duke fosforiluar proteinat dhe enzimat specifike që rregullojnë metabolizmin në qelizë. Fosforilimi ndryshon (rrit ose zvogëlon) aktivitetin e tyre. Kinazat e proteinave katalizojnë fosforilimin e proteinave në mbetjet e aminoacideve të serinës, treoninës dhe tirozinës. Kinazat e proteinave mund të jenë një nën-njësi e një receptori membranor, siç është proteina e receptorit të insulinës, tirozinë kinaza, aktiviteti i të cilit rregullohet nga një hormon. një grup tjetër janë proteina kinazat e rregulluara nga lajmëtarët sekondarë të sinjalit hormonal (cAMP, cGMP, Ca, DAG), për shembull proteina kinaza A, proteina kinaza C, proteina kinaza G, proteina kinazat e varura nga kalmodulin etj.

1. Protein kinaza A

Protein kinazat A (të stimuluara nga cAMP) janë të përfshira në sistemin e transduksionit të sinjalit të adenilate ciklazës. Protein kinaza A përbëhet nga 4 nënnjësi R2C2 - dy nënnjësi rregullatore (R2) dhe dy katalitike (C2). Kompleksi R2C2 nuk ka aktivitet enzimatik.

Kompleksi R2C2 menyra te ndryshme ngjitet në membranë. Disa forma të proteinës kinazës A janë të ankoruara në mbetjen e acidit miristik alifatik të nënnjësive katalitike. Në shumë inde, proteina kinaza A shoqërohet me proteinën e "ankoruar" AKAPs (nga anglishtja cAMP - proteinat ankoruese të varura nga proteina kinaza). AKAP-të kanë një qendër lidhëse për nën-njësitë rregullatore të proteinës kinazës A. Me ndihmën e proteinës AKAPs, proteina kinaza A lidhet me membranën në zonën ku enzimat katalizojnë formimin e cAMP (adenilate ciklaza) ose hidrolizën e saj (fosfodiesteraza). si dhe proteinat në rregullimin e aktivitetit të të cilave merr pjesë enzima, për shembull kanalet e Ca2+ të lidhura me tension.

Nënnjësitë rregullatore të proteinës kinazës A kanë vende specifike për lidhjen e cAMP. Lidhja e cAMP me njësitë rregullatore çon në një ndryshim në konformacionin e kësaj të fundit dhe një ulje të afinitetit për nënnjësitë katalitike C, disociimi ndodh sipas skemës së mëposhtme:

cAMP4 + R2C2 = cAMP4R2 + C + C

Nënnjësitë C janë forma aktive e proteinës kinazës A, e cila katalizon fosforilimin e proteinave në serinë dhe treonin. Nënnjësitë katalitike C të llojeve të ndryshme të proteinave kinazave A nuk janë identike, ato ndryshojnë kryesisht në specifikat e tyre në lidhje me proteinat e substratit.

2. Proteina kinaza C

Protein kinazat C janë të përfshira në sistemin e transduksionit të sinjalit të fosfatit inositol. Enzima përbëhet nga dy fusha funksionalisht të ndryshme - rregullatore dhe katalitike. Domeni rregullator përmban 2 struktura (“gishtat e zinkut”) të formuara nga fragmente të zinxhirit peptid të pasur me cisteinë dhe që përmbajnë dy jone zinku. “Gishtat e zinkut” janë të përfshirë në lidhjen e: diacilglicerolit. Një fragment tjetër i domenit rregullator ka një afinitet të lartë për Ca2+. Rritja e përqendrimit të kalciumit në citosol rrit afinitetin e proteinës kinazës C për fosfatidilserinën e membranës. Translokimi i proteinës kinazës C në membranë lejon që enzima të lidhet me DAG, gjë që rrit më tej afinitetin e proteinës kinazës C për jonet e kalciumit. Izoformat më të zakonshme të proteinës kinazës C aktivizohen nga Ca2+, diacilgliceroli dhe fosfatidilserina.

Domeni katalitik ka një qendër që lidh ATP dhe proteinën e substratit. Forma aktive e enzimës së proteinës kinazës C fosforilon proteinat në mbetjet e serinës dhe treoninës. Një rënie në përqendrimin e joneve të kalciumit në qelizë prish lidhjen e proteinës kinazës C me fosfatidylserinën dhe diacilglicerolin, enzima bëhet joaktive dhe ndahet nga membrana.

3. Protein kinaza G

Ndryshe nga proteina kinaza A, proteina kinaza G nuk është e pranishme në të gjitha indet, ajo gjendet në mushkëri, tru i vogël, muskujt e lëmuar dhe trombocitet. Izoformat e protein kinazës G mund të jenë të lidhura me membranë ose të vendosura në citoplazmë. Proteina kinaza e tretshme G përbëhet nga dy nënnjësi identike, secila prej të cilave ka dy vende për lidhjen e cGMP. Lidhja e cGMP me qendrat rregullatore shkakton ndryshime konformative në nënnjësi dhe rritet aktiviteti katalitik enzimë. Protein kinaza G, si proteina kinazat A dhe C, është specifike për disa substrate proteinike, të cilat i fosforilon në mbetjet e serinës dhe treoninës.

Fosfodiesterazat

Fosfodiesterazat janë enzima që katalizojnë shndërrimin e cAMP ose cGMP në metabolitë joaktive AMP ose GMP. Fosfodiesterazat, duke ulur përqendrimet e lajmëtarëve dytësorë, thyejnë zinxhirin e transformimeve të shkaktuara nga aktivizuesi i receptorit.

Fosfodiesterazat janë të pranishme në qelizat e indeve në 2 forma: proteina të tretshme dhe të lidhura me membranën. Format e lidhura me membranën e enzimës përbëjnë 5-40% në inde të ndryshme. Mund të jetë i pranishëm në të njëjtin ind forma të ndryshme fosfodiesterazat, të ndryshme në afinitet për nënshtresat, peshën molekulare, ngarkesën, vetitë rregullatore dhe lokalizimi në qelizë.

Fosfodiesterazat nukleotide ciklike nuk kanë specifikë absolute, prandaj, si rregull, e njëjta formë e enzimës është e aftë të hidrolizojë si cAMP ashtu edhe cGMP. Sidoqoftë, shpejtësia e hidrolizës së këtyre dy nukleotideve nga e njëjta fosfodiesterazë mund të ndryshojë ndjeshëm. Kjo varet nga cila fosfodiesterazë është e pranishme në qelizë - më specifike për cAMP ose më specifike për cGMP, nga raporti i përqendrimeve të cAMP dhe cGMP në qelizë dhe nga veprimi i rregullatorëve të fosfodiesterazës.

Shumica e indeve përmbajnë fosfodiesterazë 1, e cila është më specifike për cAMP dhe aktivizohet nga Ca2+, kompleksi 4Ca2+-kalmodulin dhe cGMP.

Sistemi adenilate ciklaze

Me pjesëmarrjen e sistemit adenilate ciklazë, efektet e qindra të

molekulat sinjalizuese të hormoneve, neurotransmetuesve dhe eikozanoideve që janë të ndryshme në natyrë.

Funksionimi i sistemit të sinjalizimit transmembranor sigurohet nga proteinat: Rs-receptori i molekulës së sinjalit, i cili aktivizon adenilate ciklazën dhe Ri-receptori i molekulës së sinjalit, i cili frenon adenilate ciklazën; Proteinat stimuluese të Gs dhe Gi-adenilate ciklazës; enzimat adenilate ciklaza (AC) dhe proteina kinaza A (PKA).

Sekuenca e ngjarjeve që çojnë në aktivizimin e adenilate ciklazës:

lidhja e një aktivizuesi të sistemit adenilate ciklazë, për shembull, hormoni (G) me receptorin Rs, çon në një ndryshim në konformacionin e receptorit dhe një rritje të afinitetit të tij për proteinën Gs. Si rezultat, formohet kompleksi [G][R];

shtimi i [G][R] në G-GDP zvogëlon afinitetin e nën-njësisë b të proteinës Gs për GDP dhe rrit afinitetin për GTP. GDP zëvendësohet nga GTP;

kjo shkakton shpërbërjen e kompleksit. Nën-njësia e ndarë b, e lidhur me një molekulë GTP, ka një afinitet për adenilate ciklazën:

[G][R] = [G][R] + b-GTP + vg

ndërveprimi i nën-njësisë b me adenilate ciklazën çon në një ndryshim në konformacionin e enzimës dhe aktivizimin e saj, rritet shkalla e formimit të cAMP nga ATP;

Ndryshimet konformacionale në kompleksin [b-GGP] [AC] stimulojnë një rritje të aktivitetit GTP-fosfatazë të nën-njësisë b. Ndodh reaksioni i defosforilimit GTP dhe një nga produktet e reaksionit, fosfati inorganik (P), ndahet nga nën-njësia b dhe kompleksi [b-GDP] mbahet; shpejtësia e hidrolizës përcakton përcjelljen e sinjalit;

formimi i një molekule GDP në qendrën aktive të nën-njësisë b redukton afinitetin e saj për adenilate ciklazën, por rrit afinitetin e saj për nën-njësitë r. Proteina Gs kthehet në formën e saj joaktive;

nëse receptori është i lidhur me një aktivizues, për shembull një hormon, cikli i funksionimit të proteinës Gs përsëritet. Aktivizimi i protein kinazës A (PKA)

Molekulat cAMP mund të lidhen në mënyrë të kthyeshme me nënnjësitë rregullatore PKA

lidhja e cAMP me nënnjësitë rregullatore (R) shkakton ndarjen e kompleksit C2R2 në kompleksin cAMP4R2 dhe C + C

proteina aktive kinaza A fosforilon proteinat specifike në serinë dhe treonine, si rezultat ndryshon konformacioni dhe aktiviteti i proteinave të fosforiluara, gjë që çon në ndryshimin e shpejtësisë dhe drejtimit të proceseve që ato rregullojnë në qelizë.

përqendrimi i cAMP në qelizë mund të rregullohet nga raporti i aktiviteteve të enzimave adenilate ciklazë dhe fosfodiesterazë.

Proteina AKAPs luan një rol të madh në rregullimin e sistemit të sinjalizimit ndërqelizor. Proteina e ankoruar AKAPs është e përfshirë në grumbullimin e komplekseve enzimë, duke përfshirë jo vetëm proteina kinazën A, por edhe fosfodiesterazën dhe fosfoprotein fosfatazën.

Mekanizmi kaskadë i përforcimit dhe shtypjes së sinjalit. Transmetimi i një sinjali nga një receptor membranor përmes një proteine ​​G në enzimën adenilate ciklazë është një shembull i një sistemi kaskadë për përforcimin e këtij sinjali. Një molekulë që aktivizon receptorin mund të aktivizojë disa proteina G, dhe secila më pas aktivizon disa molekula adenilate ciklase për të prodhuar mijëra molekula cAMP. Në këtë fazë, sinjali përforcohet 10I-10I herë. CAMP që rezulton "ndizet" nga një enzimë tjetër, proteina kinaza A, duke e përforcuar sinjalin edhe 1000 herë të tjera. Fosforilimi i enzimave nga protein kinaza. Dhe e përforcon sinjalin edhe më shumë, duke rezultuar në një fitim total prej 106-107 herë. Kështu, sipas mekanizmit të amplifikimit të kaskadës, një molekulë rregullatore është e aftë të ndryshojë aktivitetin e miliona molekulave të tjera.

Por për cilindo nga sistemet e transmetimit të sinjalit transmembranor, qeliza ka një sistem tjetër që e shtyp këtë sinjal. Secila nga fazat në kaskadën e enzimës është nën kontrollin e mekanizmave të veçantë që shtypin këtë sinjal. Për shembull, veprimi i zgjatur i hormonit çon në desensibilizimin e receptorëve të membranës: ata ose çaktivizohen ose, së bashku me hormonin, zhyten në qelizë përmes endocitozës. Si rezultat i desensibilizimit të receptorit, zvogëlohet shkalla e aktivizimit të sistemit adenilate ciklazë. Nëse përqendrimi i cAMP në një qelizë rritet për një kohë të gjatë (rritje e aktivitetit të proteinës kinazës A), mund të ndodhë fosforilimi i kanaleve të kalciumit, gjë që çon në një rritje të përqendrimit të CaI+ në qelizë. Kalciumi aktivizon fosfodiesterazën e varur nga CaI+, e cila katalizon shndërrimin e cAMP në AMP. Si rezultat i inaktivizimit të proteinës kinazës A (R2C2), shkalla e fosforilimit të enzimave specifike zvogëlohet. "Fikja" e sistemit kryhet nga fosfoprotein fosfataza, e cila defosforilon fosfoproteinat.

Efekti i toksinave bakteriale në aktivitetin e adenilate ciklazës (ADP-ribozilimi i proteinave G)

Për të studiuar funksionimin e proteinave G të sistemit adenilate ciklazë, u përdorën helmet bakteriale ekzogjene të kolerës dhe toksinave të pertusisit. Në kushte eksperimentale, toksinat rrisin aktivitetin e adenilate ciklazës pothuajse në të gjitha qelizat e trupit; Kështu, toksina e kolerës mund të stimulojë sekretimin e hormoneve të tiroides nga qelizat tiroide, hormoneve steroide nga qelizat mbiveshkore dhe zbërthimin e yndyrave në qelizat dhjamore. Përgjigja e qelizave të ndryshme ndaj toksinës së kolerës shkaktohet nga një rritje në nivelet e cAMP në këto qeliza.

Toksina e kolerës është një proteinë oligomerike. Një nga nënnjësitë është enzima ADP-ribosiltransferazë; duke depërtuar në qelizë, ai katalizon shtimin e ADP-ribozës në nën-njësinë bs të kompleksit [bs - GTP] [AC] (hapi i aktivizimit të adenilat ciklazës).

NAD+ + [bs, - GTP] [AC] - [ADP - ribozil - bs GTP] [AC] + nikotinamid + H+

ADP-ribosilimi pengon manifestimin e aktivitetit të GTP-fosfatazës së nënnjësisë bs, defosforilimi i GTP nuk ndodh. Cikli i funksionimit të proteinës G ndalon në fazën e aktivizimit të enzimës adenilate ciklazë, e cila është përgjegjëse për formimin e cAMP nga ATP. Enzima adenilate ciklazë ruan aktivitet të shtuar për një kohë të gjatë.

Nën-njësia e toksinës së kollës së mirë, duke depërtuar në qelizë, katalizon ADP-ribosilimin e bi-njësisë së Gi-proteinës së aktivizuar (bi-GTP).

NAD+ [bi r-GTP] - [ADP-ribosil-bi r-GTP] + nikotinamid + H+

Bi-njësia e modifikuar ruan afinitet të lartë për nën-njësitë bg, d.m.th. Proteina Gi humbet aftësinë për t'u ndarë në nën-njësi bi-GTP dhe rg. Kështu, sinjali frenues (bi-GTP) nuk arrin adenilate ciklazën, që do të thotë se në këtë rast vetëm aktivizimi i tij është i mundur pas lidhjes me bs-GTP. Efekti i toksinës së pertusisit në qelizat e indeve çon gjithmonë në një rritje të niveleve të cAMP.

Simptomat e kolerës dhe kollës së mirë zhvillohen si rezultat i veprimit të toksinave të prodhuara nga mikroorganizmat përkatës.

Sistemi i fosfatit të inozitolit

Funksionimi i sistemit inositol fosfat të transmetimit të sinjalit transmembranor sigurohet nga: R (receptori), fosfolipaza C, Gplc - një proteinë që aktivizon fosfolipazën C, proteinat dhe enzimat e membranave dhe citosolit.

Sekuenca e ngjarjeve që çojnë në aktivizimin e fosfolipazës C:

lidhja e një molekule sinjalizuese, siç është një hormon, me receptorin (R) shkakton një ndryshim në konformacion dhe një rritje të afinitetit për proteinën Gplc.

formimi i kompleksit [G][R] çon në një ulje të afinitetit të β-protomerit të proteinës Gplc për GDP dhe një rritje të afinitetit për GTP. GDP zëvendësohet nga GTP.

kjo shkakton shpërbërjen e kompleksit; nën-njësia b e ndarë, e lidhur me një molekulë GTP, fiton një afinitet për fosfolipazën C.

b-GTP ndërvepron me fosfolipazën C dhe e aktivizon atë. Nën ndikimin e fosfolipazës C, lipidi i membranës fosfatidilinositol-4,5-biofosfat (PIF2) hidrolizohet.

Gjatë hidrolizës, substanca hidrofile inositol 1,4,5-trifosfat (IP3) formohet dhe lëshohet në citosol. Një tjetër produkt reaksioni, diacilgliceroli (DAG), mbetet në membranë dhe është i përfshirë në aktivizimin e enzimës proteinë kinazë C (PKC).

Inositol 1,4,5-trifosfat (IP3) lidhet me qendra specifike të kanalit Ca2 të membranës ER, kjo çon në një ndryshim në konformimin e proteinave dhe hapjen e kanalit - Ca2+ hyn në citosol. Në mungesë të IP3 në citosol, kanali mbyllet.

Aktivizimi i protein kinazës C.

* Rritja e përqendrimit të CaI+ në citosolin e qelizës rrit shpejtësinë

ndërveprimi i CaI+ me enzimën citosolike joaktive proteina kinazë C (PKC) dhe proteinën kalmodulin, kështu që sinjali i marrë nga receptori qelizor bifurkohet.

* Lidhja e proteinës kinazës C me jonet e kalciumit lejon që enzima të hyjë në ndërveprim të ndërmjetësuar nga kalciumi me molekulat e fosfolipidit të membranës "acidike", fosfatidilserinës (PS). Diacilgliceroli, duke zënë vende specifike në proteinën kinazë C, rrit më tej afinitetin e tij për jonet e kalciumit.

* Në anën e brendshme të membranës formohet një kompleks enzimatik - [PKS] [CaI+] [DAG] [PS] - proteina aktive C, e cila fosforilon enzimat specifike në serinë dhe treonin.

Përfshirja e proteinës kalmodulin në transduksionin e sinjalit të fosfatit inositol

Në qelizat e shumë indeve ekziston një proteinë e quajtur kalmodulin, e cila funksionon si një receptor ndërqelizor i CaI+ dhe ka 4 qendra për lidhjen e CaI+. Kompleksi [kalmodulin] - nuk ka aktivitet enzimatik, por ndërveprimi i kompleksit me proteina dhe enzima të ndryshme çon në aktivizimin e tyre.

Vetërregullimi i sistemit

Ashtu si shumica e sistemeve të sinjalizimit transmembranor, sistemi i fosfatit inositol ka jo vetëm një mekanizëm përforcues, por edhe një mekanizëm të shtypjes së sinjalit. Inositol 1,4,5-trifosphate (IP3) i pranishëm në citozol dhe diacilgliceroli (DAG) në membranë, si rezultat i një sërë reaksionesh, mund të shndërrohen përsëri në fosfatidilinositol 4,5-bisfosfat (PIF2). katalizojnë reduktimin e fosfolipideve aktivizohen nga fosforilimi i proteinës kinazë C.

Përqendrimi i CaI+ në qelizë zvogëlohet në nivelin fillestar nën veprimin e CaI+ ATPazave të membranës citoplazmike dhe ER, si dhe translokazave Na+/CaI+ dhe H+/CaI+ (antiporta aktive) e membranave qelizore dhe mitokondriale.

Funksionimi i translokazave CaI+ dhe ATPases CaI+ mund të aktivizohet:

kompleks [kamodulin];

protein kinaza A (fosforilimi);

protein kinaza C (fosforilimi). Një ulje e përqendrimit të Ca2 në qelizë dhe diacilglicerolit në membranë çon në një ndryshim në konformimin e proteinës kinazës C, një ulje të afinitetit të saj për fosfatidilserinën dhe enzima shpërndahet në citosol (formë joaktive).

Enzimat dhe proteinat e fosforiluara nga proteina kinaza C shndërrohen në një formë të defosforiluar nga veprimi i fosfoprotein fosfatazës.

b-nënnjësia: vetitë e përgjithshme

b-nënnjësia luan rolin kryesor në funksionimin e proteinave G. Ajo lidh GTP. Ai ndërvepron në mënyrë të kthyeshme me nënnjësitë c dhe d, duke i bashkuar ato kur GDP është në qendër dhe duke u shkëputur kur GTP është në qendër. Kur GTP b lidhet, nën-njësia aktivizohet dhe fiton aftësinë për të rregulluar sistemet efektore ndërqelizore. b nën-njësitë e disa proteinave G mund të pësojnë modifikime kimike. Nën ndikimin e toksinave të kolerës dhe pertusis, FDF-ribolizimi i proteinave ndodh në mbetjet e argininës dhe cisteinës në fundin C, si rezultat i së cilës funksionimi normal i proteinave G është ndërprerë.

Përveç kësaj, proteina kinaza C mund të fosforilojë nën-njësinë b të proteinës G të pastruar dhe in vivo proteinën Gz. Me sa duket proteinat janë të çaktivizuara.

Shumica e proteinave G kanë nënnjësi b me një peshë molekulare rreth 40 Kd.

nënnjësitë c dhe d: karakteristikat e përgjithshme

Nënnjësitë beta dhe gama formojnë një kompleks me njëra-tjetrën që shpërbëhet vetëm në kushte denatyrimi. Roli i tyre nuk është plotësisht i qartë. Në eksperimentet me transducinën dhe më pas me proteinën Gi, u tregua se nënnjësitë beta dhe gama janë të nevojshme për ndërveprimin e proteinës G me receptorin dhe zëvendësimin e GDP me GTP.

Kompleksi beta-gama është i lidhur fort me membranën dhe shërben si një ankorë për nën-njësinë b. Kur ndahet nën-njësia b, kompleksi beta-gama mund të lëvizë në citoplazmë.

Përveç lidhjes dhe frenimit të aktivitetit të nën-njësisë beta-gama b, kompleksi në disa raste ka një efekt të drejtpërdrejtë në sistemet efektore të qelizës. Aktivizon fosfolipazën A2 dhe ndërvepron me kalmodulinën, duke penguar kështu aktivitetin e adenilat ciklazës së trurit. Kompleksi G-beta-gama pengon stimulimin

AC1 nëpërmjet Gs-alfa.

AC2 stimulohet nga lidhja G-beta-gama, por vetëm në prani të Gs-alfa.

AC3 gjithashtu stimulohet nga G-beta gama. Kanalet kardiake të kaliumit hapen me lidhjen e Gs-alfa dhe G-beta-gama. Membrana qelizore: stimulimi i hidrolizës së fosfolipideve. Membrana qelizore: ndryshimi i përmbajtjes së cAMP.

G-proteinat: g-nënnjësi

Fosforilimi i receptorëve është një nga mekanizmat për rregullimin e aktivitetit të tyre. Nënnjësitë rg të proteinave G mund të ushtrojnë reagime negative duke aktivizuar kinazat e proteinave që fosforilojnë receptorët. Këto protein kinaza quhen GRK. Kinazat e proteinave GRK përfshijnë kinazën rodopsine dhe kinazën β-adrenergjike. Fosforilimi rezulton në heqjen e kinazës së receptorit. Për shembull, receptorët muskarinikë dhe adrenergjikë të fosforiluar në serinë dhe treonine në domenin C-terminal janë në shënjestër nga lidhja e arristinës, e cila i nxit ata për t'u hequr nga endocitoza. Në mënyrë tipike, C-fundi i receptorit ka disa vende për fosforilim nga proteina kinaza të ndryshme. Dihet se një stimul i dobët (përqendrimi i ulët i agonistit) aktivizon proteina kinazën A dhe një stimul i fortë aktivizon protein kinazën b-ARK, e cila, duke fosforiluar receptorin, ndërpret transmetimin e sinjalit në adenilate ciklazën dhe ndalon prodhimin e cAMP. Fosforilimi nga proteina kinaza A ndodh kur 10% e receptorëve janë të zënë. Në këtë rast, fosforilimi i receptorëve të tjerë të papushtuar çon në çlirimin e nën-njësive β dhe fosforilimin përkatës nga një tjetër proteinë kinazë b-ARK.

G-nën-njësitë sigurojnë lokalizimin, lidhjen dhe çaktivizimin efektiv të nën-njësive b, rregullojnë afinitetin e receptorëve për ligandët e tyre aktivizues, zvogëlojnë aftësinë e GDP-së për t'u shkëputur nga nën-njësia (stabilizimi i gjendjes së inaktivizuar), hap kanalin muskarinik K+ në zemra, mbyll kanalin Ca2+ në membranën presinaptike, aktivizon fosfolipazën PLA2 dhe disa izoforma të fosfolipazës C, rregullojnë afinitetin e receptorit për agonistin.

GTP (GTP) - proteinat lidhëse.

Transmetimi i sinjaleve nga receptorët në sistemet efektore ndërqelizore kryhet duke përdorur proteinat që lidhen me GTP. Proteinat që lidhen me GTP aktivizohen/çaktivizohen duke përdorur një mekanizëm të veçantë - ciklin e fazës GTP.

Proteinat që lidhen me GTP formojnë dy familje kryesore të proteinave G dhe proteinave me peshë molekulare të ulët që lidhin GTP

Të gjitha këto proteina lidhin fort GTP dhe e shndërrojnë atë në GDP, dhe proteina kalon nga një gjendje e aktivizuar në një gjendje joaktive. Vetitë e proteinave që lidhin GTP. bazë veçori strukturore Proteinat që lidhen me GTP karakterizohen nga prania e një domeni lidhës të nukleotideve të guaninës. Prania e sekuencave përkatëse të konsensusit të aminoacideve është një tregues i qartë se proteina i përket kësaj familjeje.

Ide të përgjithshme rreth rrugëve të transduksionit të sinjalit

Për shumicën e molekulave rregullatore, midis lidhjes së tyre me një receptor membranor dhe përgjigjes përfundimtare të qelizës, d.m.th. duke ndryshuar funksionimin e tij, ndërhyjnë seri komplekse ngjarjesh - rrugë të caktuara të transmetimit të sinjalit, të quajtura ndryshe nëpërmjet rrugëve të transduksionit të sinjalit.

Substancat rregullatore zakonisht ndahen në endokrine, neurokrine dhe parakrine. Endokrine rregullatorët (hormonet) sekretohet nga qelizat endokrine në gjak dhe transportohet prej tij në qelizat e synuara, të cilat mund të gjenden kudo në trup. Neurokrine rregullatorët çlirohen nga neuronet në afërsi të qelizave të synuara. Parakrine substancat lëshohen pak më larg nga objektivat, por ende mjaft afër tyre për të arritur receptorët. Substancat parakrine sekretohen nga një lloj qelize dhe veprojnë në një tjetër, por në disa raste rregullatorët janë të destinuara për qelizat që i kanë sekretuar ose për qelizat fqinje të të njëjtit lloj. Quhet autokrine rregullore.

Në disa raste, faza e fundit e transduksionit të sinjalit konsiston në fosforilimin e disa proteinave efektore, gjë që çon në një rritje ose ulje të aktivitetit të tyre, dhe kjo, nga ana tjetër, përcakton përgjigjen qelizore të nevojshme për trupin. Bëhet fosforilimi i proteinave protein kinazat dhe defosforilimi - proteina fosfataza.

Ndryshimet në aktivitetin e protein kinazës ndodhin si rezultat i lidhjes së një molekule rregullatore (të quajtur përgjithësisht ligand) me receptorin e tij membranor, i cili shkakton kaskada ngjarjesh, disa prej të cilave tregohen në figurë (Fig. 2-1). Aktiviteti i proteinave kinazave të ndryshme rregullohet nga receptori jo drejtpërdrejt, por përmes lajmëtarët dytësorë(ndërmjetësit dytësorë), roli i të cilëve luhet nga, për shembull, AMP ciklike (cAMP), GMP ciklike (cGMP), Ca 2+, inozitol-1,4,5-tri-fosfat (IP 3) Dhe diacilglicerol (DAG). Në këtë rast, lidhja e ligandit me receptorin e membranës ndryshon nivelin ndërqelizor të mesazherit të dytë, i cili, nga ana tjetër, ndikon në aktivitetin e protein kinazës. Shumë rregullatorë

Këto molekula ndikojnë në proceset qelizore përmes rrugëve të transduksionit të sinjalit që përfshijnë proteinat heterotrimerike që lidhen me GTP (proteinat G heterotrimerike) ose proteinat monomerike që lidhen me GTP (proteinat G monomerike).

Kur molekulat e ligandit lidhen me receptorët e membranës që ndërveprojnë me proteinat G heterotrimerike, proteina G kalon në një gjendje aktive duke u lidhur me GTP. Proteina G e aktivizuar më pas mund të ndërveprojë me shumë proteinat efektore kryesisht nga enzimat si p.sh adenilate ciklaza, fosfodiesteraza, fosfolipaza C, A 2 Dhe D. Ky ndërveprim shkakton zinxhirë reaksionesh (Fig. 2-1), të cilat përfundojnë me aktivizimin e proteinave kinazave të ndryshme, si p.sh. proteina kinaza A (PKA), proteina kinaza G (PKG), proteina kinaza C (PKI).

NË skicë e përgjithshme Rruga e transduksionit të sinjalit që përfshin G-proteinat - protein kinazat përfshin hapat e mëposhtëm.

1. Ligandi lidhet me një receptor në membranën qelizore.

2. Receptori i lidhur me ligand, duke ndërvepruar me proteinën G, e aktivizon atë dhe G-proteina e aktivizuar lidh GTP.

3. Proteina G e aktivizuar ndërvepron me një ose më shumë nga përbërësit e mëposhtëm: adenilate ciklazë, fosfodiesterazë, fosfolipaza C, A 2, D, duke i aktivizuar ose frenuar ato.

4. Niveli ndërqelizor i një ose më shumë mesazherëve të dytë, si cAMP, cGMP, Ca 2+, IP 3 ose DAG, rritet ose ulet.

5. Rritja ose zvogëlimi i përqendrimit të mesazherit të dytë ndikon në aktivitetin e një ose më shumë proteina kinazave të varura prej tij, si proteina kinaza e varur nga cAMP (protein kinaza A), proteina kinaza e varur nga cGMP (PKG), protein kinaza e varur nga kalmodulina(CMPC), proteina kinaza C. Një ndryshim në përqendrimin e mesazherit të dytë mund të aktivizojë një ose një kanal jonik.

6.Niveli i fosforilimit të një enzime ose kanali jonik ndryshon, gjë që ndikon në aktivitetin e kanalit jonik, duke përcaktuar përgjigjen përfundimtare të qelizës.

Oriz. 2-1. Disa kaskada ngjarjesh të realizuara në qeli për shkak të lajmëtarëve dytësorë.

Emërtimet: * - enzimë e aktivizuar

Receptorët e membranës të shoqëruar me proteina G

Receptorët e membranës që ndërmjetësojnë aktivizimin e proteinave G të varur nga agonisti, përbëjnë një familje të veçantë proteinash, me më shumë se 500 anëtarë. Ai përfshin α- dhe β-adrenergjik, acetilkolinën muskarinike, serotoninën, adenozinën, receptorët e nuhatjes, rodopsinën, si dhe receptorët për shumicën e hormoneve peptide. Anëtarët e familjes së receptorëve të lidhur me proteinën G kanë shtatë α-helika transmembranore (Figura 2-2 A), secila përmban 22-28 mbetje aminoacide kryesisht hidrofobike.

Për disa ligandë, si acetilkolina, epinefrina, norepinefrina dhe serotonina, njihen nëntipe të ndryshme të receptorëve të lidhur me proteinën G. Ata shpesh ndryshojnë në afinitetin e tyre për agonistët dhe antagonistët konkurrues.

Më poshtë paraqitet (Fig. 2-2 B) organizimi molekular i adenilate ciklazës, një enzimë që prodhon cAMP (lajmëtari i parë i dytë i hapur). Rruga rregulluese e adenilate ciklazës konsiderohet rruga klasike e transduksionit të sinjalit të ndërmjetësuar nga proteina G.

Adenilate ciklaza shërben si bazë për kontrollin pozitiv ose negativ të rrugëve të transduksionit të sinjalit përmes proteinave G. Në një kontroll pozitiv, lidhja e një ligandi stimulues, si epinefrina, që vepron përmes receptorëve β-adrenergjikë, çon në aktivizimin e proteinave heterotrimerike G me nën-njësinë α të tipit as (“s” nënkupton stimulim). Aktivizimi i proteinave G të tipit Gs nga receptori i lidhur me ligand bën që nën-njësia e tij të lidh GTP dhe më pas të shkëputet nga dimeri-β.

Figura 2-2 B tregon se si fosfolipaza C zbërthen fosfatidilinositol 4,5-bisfosfat në inositol 1,4,5-trisfosfat dhe diacilglicerol. Të dy substancat, inozitol 1,4,5-trifosfati dhe diacilgliceroli, janë lajmëtarë dytësorë. IP3, duke u lidhur me kanalet specifike Ca 2+ të varura nga ligandi i rrjetës endoplazmatike, çliron Ca 2+ prej tij, d.m.th. rrit përqendrimin e Ca 2+ në citosol. Diacilgliceroli, së bashku me Ca 2+, aktivizon një klasë tjetër të rëndësishme të proteinave kinazave - proteina kinaza C.

Më pas paraqitet struktura e disa mesazherëve të dytë (Fig. 2-2 D-E): cAMP, GMP,

cGMP.

Oriz. 2-2. Shembuj organizimi molekular disa struktura të përfshira në rrugët e transduksionit të sinjalit.

A - receptor i membranës qelizore që lidhet me sipërfaqja e jashtme ligand, dhe brenda është një proteinë G heterotrimerike. B - organizimi molekular i adenilate ciklazës. B - struktura e fosfatidilinositol-4,5-difosfatit dhe inositol-1,4,5-trifosfatit dhe diacilglicerolit të formuar nën veprimin e fosfolipazës C. D - struktura e AMP-së ciklike 3", 5" (aktivizues i proteinës kinazës A). D - struktura e HMF. E - struktura e GMP ciklike 3", 5" (aktivizues i protein kinazës G)

Proteinat G heterotrimerike

Proteina heterotrimerike G përbëhet nga tre nënnjësi: α (40,000-45,000 Da), β (rreth 37,000 Da) dhe γ (8000-10,000 Da). Rreth 20 gjene të ndryshëm që kodojnë këto nën-njësi janë tashmë të njohura, duke përfshirë të paktën katër gjene të nën-njësive β dhe afërsisht shtatë gjene të nën-njësive γ gjitarësh. Funksioni dhe specifika e një proteine ​​G zakonisht, megjithëse jo gjithmonë, përcaktohet nga nën-njësia e saj α. Në shumicën e proteinave G, nënnjësitë β dhe γ janë të lidhura ngushtë me njëra-tjetrën. Disa proteina G heterotrimerike dhe rrugët e transduksionit në të cilat ato përfshihen janë renditur në Tabelën. 2-1.

Proteinat heterotrimerike G shërbejnë si ndërmjetës midis receptorëve të membranës plazmatike për më shumë se 100 substanca rregullatore jashtëqelizore dhe proceseve ndërqelizore që ato kontrollojnë. Në terma të përgjithshëm, lidhja e një lënde rregullatore me receptorin e saj aktivizon proteinën G, e cila ose aktivizon ose frenon enzimën dhe/ose shkakton një zinxhir ngjarjesh që çojnë në aktivizimin e kanaleve specifike jonike.

Në Fig. 2-3 tregon parimin e përgjithshëm të funksionimit të proteinave G heterotrimerike. Në shumicën e proteinave G, nën-njësia α është "punëtore" e proteinave G heterotrimerike. Aktivizimi i shumicës së proteinave G çon në një ndryshim konformues në këtë nënnjësi. Proteinat G joaktive ekzistojnë kryesisht në formën e heterotrimerëve αβγ,

me GDP në pozicionet e lidhjes së nukleotideve. Ndërveprimi i proteinave G heterotrimerike me receptorin e lidhur me ligand çon në shndërrimin e nën-njësisë α në një formë aktive me afinitet të rritur për GTP dhe afinitet të reduktuar për kompleksin βγ. Si rezultat, nën-njësia α e aktivizuar çliron GDP, lidh GTP dhe më pas shkëputet nga βγ-dimeri. Për shumicën e proteinave G, nën-njësia α e disociuar ndërvepron më pas me proteinat efektore në shtegun e transduksionit të sinjalit. Megjithatë, për disa proteina G, dimeri βγ i çliruar mund të jetë përgjegjës për të gjitha ose disa nga efektet e kompleksit receptor-ligand.

Funksionimi i disa kanaleve jonike modulohet drejtpërdrejt nga proteinat G, d.m.th. pa pjesëmarrjen e të dërguarve dytësorë. Për shembull, lidhja e acetilkolinës me receptorët muskarinikë M2 në zemër dhe disa neurone çon në aktivizimin e një klase të veçantë të kanaleve K +. Në këtë rast, lidhja e acetilkolinës me receptorin muskarinik çon në aktivizimin e proteinës G. A-nën-njësia e tij e aktivizuar më pas shkëputet nga βγ-dimeri dhe βγ-dimeri ndërvepron drejtpërdrejt me një klasë të veçantë kanalesh K+, duke i sjellë ato në gjendje të hapur. Lidhja e acetilkolinës me receptorët muskarinikë, e cila rrit përçueshmërinë K+ të qelizave stimuluese në nyjen sinoatriale të zemrës, është një nga mekanizmat kryesorë me anë të të cilit nervat parasimpatikë shkaktojnë ulje të ritmit të zemrës.

Oriz. 2-3. Parimi i funksionimit të proteinave heterotrimerike që lidhen me GTP (proteinat G heterotrimerike).

Tabela 2-1.Disa proteina heterotrimerike të gjitarëve që lidhen me GTP, të klasifikuara në bazë të nën-njësive të tyre α*

* Brenda çdo klase të nën-njësive α, dallohen disa izoforma. Janë identifikuar më shumë se 20 nën-njësi α.

Proteinat G monomerike

Qelizat përmbajnë një familje tjetër të proteinave që lidhen me GTP të quajtur monomerike Proteinat që lidhen me GTP. Ata njihen gjithashtu si Proteinat G me peshë të ulët molekulare ose proteina të vogla G(pesha molekulare 20.000-35.000 Da). Tabela 2-2 rendit nënklasat kryesore të proteinave monomerike që lidhen me GTP dhe disa nga vetitë e tyre. Proteinat monomerike të lidhjes GTP të ngjashme me Ras dhe Rho janë të përfshira në rrugën e transduksionit të sinjalit në fazën e transmetimit të sinjalit nga tirozina kinaza, receptori i faktorit të rritjes, tek efektorët ndërqelizor. Ndër proceset e rregulluara nga rrugët e transduksionit të sinjalit në të cilat përfshihen proteinat monomerike që lidhen me GTP janë zgjatja e zinxhirit polipeptid gjatë sintezës së proteinave, përhapja dhe diferencimi i qelizave, degjenerimi i tyre malinj, kontrolli i citoskeletit të aktinës, komunikimi midis citoskeletit.

dhe matricës jashtëqelizore, transporti i vezikulave ndërmjet organeleve të ndryshme dhe sekretimi ekzocitoz.

Proteinat monomerike të lidhura me GTP, si homologët e tyre heterotrimerikë, janë ndërprerës molekularë që ekzistojnë në dy forma - të aktivizuara "të ndezura" dhe "të çaktivizuara" të çaktivizuara (Fig. 2-4 B). Megjithatë, aktivizimi dhe inaktivizimi i proteinave monomerike që lidhen me GTP kërkon proteina rregullatore shtesë që, me sa dihet, nuk kërkohen për funksionin e proteinave G heterotrimerike. Aktivizohen proteinat monomerike G proteinat që çlirojnë nukleotide guanine, dhe janë të çaktivizuar Proteinat aktivizuese të GTPazës. Kështu, aktivizimi dhe inaktivizimi i proteinave monomerike që lidhen me GTP kontrollohet nga sinjale që ndryshojnë aktivitetin proteinat e çlirimit të nukleotideve të guaninës ose Proteinat aktivizuese të GTPazës në vend se duke synuar drejtpërdrejt proteinat monomerike G.

Oriz. 2-4. Parimi i funksionimit të proteinave monomerike që lidhen me GTP (proteinat G-monomerike).

Tabela 2-2.Nënfamiljet e proteinave monomerike që lidhen me GTP dhe disa procese ndërqelizore të rregulluara prej tyre

Mekanizmi i funksionimit të G-proteinave heterotrimerike

Proteinat G joaktive ekzistojnë kryesisht në formën e heterotrimerëve αβγ, me GDP në pozicionet e tyre të lidhjes së nukleotideve (Figura 2-5 A). Ndërveprimi i proteinave G heterotrimerike me receptorin e lidhur me ligand çon në shndërrimin e nën-njësisë α në një formë aktive, e cila ka një afinitet të rritur për GTP dhe një afinitet të zvogëluar për kompleksin βγ (Fig. 2-5 B. ). Në shumicën e proteinave heterotrimerike G, është nën-njësia α që është struktura që transmeton informacionin. Aktivizimi i shumicës së proteinave G çon në një ndryshim konformues në nënnjësinë α.

Si rezultat, nën-njësia α e aktivizuar çliron GDP, bashkon GTP (Fig. 2-5 B) dhe më pas shkëputet nga βγ-dimeri (Fig. 2-5 D). Në shumicën e proteinave G, nën-njësia α e disociuar ndërvepron menjëherë me proteinat efektore (E 1) në shtegun e transduksionit të sinjalit (Fig. 2-5 D). Megjithatë, për disa proteina G, dimeri βγ i çliruar mund të jetë përgjegjës për të gjitha ose disa nga efektet e kompleksit receptor-ligand. Më pas βγ-dimeri ndërvepron me proteinën efektore E 2 (Fig. 2-5 E). Anëtarët e familjes së proteinave RGS G tregohen më tej se stimulojnë hidrolizën e GTP (Fig. 2-5 E). Kjo çaktivizon nënnjësinë α dhe kombinon të gjitha nënnjësitë në një heterotrimer αβγ.

Oriz. 2-5. Cikli i funksionimit të një proteine ​​G heterotrimerike, e cila shkakton një zinxhir të mëtejshëm ngjarjesh me ndihmën e sajα -nënnjësi.

Emërtimet: R - receptor, L - ligand, E - proteina efektore

Rrugët e transduksionit të sinjalit përmes proteinave G heterotrimerike

Figura 2-6 A tregon tre ligandët, receptorët e tyre të lidhur me proteina të ndryshme G dhe objektivat e tyre molekularë. Adenilate ciklaza është baza për kontrollin pozitiv ose negativ të rrugëve të transduksionit të sinjalit që ndërmjetësohen nga proteinat G. Në një kontroll pozitiv, lidhja e një ligandi stimulues si norepinefrina që vepron përmes receptorëve β-adrenergjikë çon në aktivizimin e proteinave heterotrimerike G me nënnjësinë α të tipit α S ("s" nënkupton stimulim). Prandaj, një proteinë e tillë G quhet një proteinë G S e tipit G. Aktivizimi i proteinave G s të tipit G nga një receptor i lidhur me ligand bën që nën-njësia e saj α s të lidh GTP dhe më pas të shkëputet nga βγ-dimeri.

Substanca të tjera rregullatore, të tilla si epinefrina, që vepron nëpërmjet receptorëve α 2, ose adenozina, që vepron nëpërmjet receptorëve α 1, ose dopamina, që vepron nëpërmjet receptorëve D 2, përfshihen në kontrollin negativ ose frenues të adenilate ciklazës. Këto substanca rregullatore aktivizojnë proteinat G i tipit G, të cilat kanë një nënnjësi α të tipit α i (“i” do të thotë frenim). Lidhja e një ligandi frenues me të

receptori aktivizon tipin G i të proteinave G dhe shkakton shpërbërjen e nën-njësisë α i të tij nga βγ-dimeri. Nën-njësia e aktivizuar α i lidhet me adenilate ciklazën dhe e shtyp aktivitetin e saj. Përveç kësaj, dimerët βγ mund të lidhin nënnjësi α s të lira. Në këtë mënyrë, lidhja e βγ-dimerëve me nënnjësinë e lirë α s shtyp më tej stimulimin e adenilat ciklazës, duke bllokuar veprimin e ligandëve stimulues.

Një klasë tjetër e agonistëve jashtëqelizor (Fig. 2-6 A) lidhet me receptorët që aktivizojnë, nëpërmjet një proteine ​​G të quajtur G q, β-izoformën e fosfolipazës C. Ai shkëput fosfatidilinositol 4,5-bisfosfat (një fosfolipid i pranishëm në sasi të vogla në membranën plazmatike) në inozitol 1,4,5-trifosfat dhe diacilglicerol, të cilët janë lajmëtarë dytësorë. IP 3, e lidhur me kanalet specifike Ca 2+ të varura nga ligandi të rrjetës endoplazmatike, çliron Ca 2+ prej tij, d.m.th. rrit përqendrimin e Ca 2+ në citosol. Kanalet Ca 2+ të rrjetës endoplazmatike janë të përfshira në bashkimin elektromekanik në muskulin skeletor dhe kardiak. Diacilgliceroli, së bashku me Ca 2+, aktivizon proteina kinazën C. Substratet e saj përfshijnë, për shembull, proteinat e përfshira në rregullimin e ndarjes qelizore.

Oriz. 2-6. Shembuj të rrugëve të transduksionit të sinjalit përmes proteinave G heterotrimerike.

A - në tre shembujt e dhënë, lidhja e një neurotransmetuesi me një receptor çon në aktivizimin e proteinës G dhe aktivizimin e mëvonshëm të rrugëve të mesazhit të dytë. Gs, Gq dhe G i referohen tre llojeve të ndryshme të proteinave G heterotrimerike. B - rregullimi i proteinave qelizore nga fosforilimi çon në një rritje ose ulje të aktivitetit të tyre, dhe kjo, nga ana tjetër, përcakton reagimin qelizor të nevojshëm për trupin. Fosforilimi i proteinave kryhet nga protein kinazat, dhe defosforilimi kryhet nga fosfatazat proteinike. Protein kinaza transferon një grup fosfat (Pi) nga ATP në mbetjet e proteinave të serinës, treoninës ose tirozinës. Ky fosforilim ndryshon në mënyrë të kthyeshme strukturën dhe funksionin e proteinave qelizore. Të dy llojet e enzimave, kinazat dhe fosfatazat, rregullohen nga lajmëtarë të dytë të ndryshëm ndërqelizor.

Rrugët për aktivizimin e protein kinazave ndërqelizore

Ndërveprimi i proteinave G heterotrimere me receptorin e lidhur me ligand çon në shndërrimin e nën-njësisë α në një formë aktive, e cila ka një afinitet të shtuar për GTP dhe një afinitet të reduktuar për kompleksin βγ. Aktivizimi i shumicës së proteinave G rezulton në një ndryshim konformativ në nënnjësinë α, e cila çliron GDP, lidh GTP dhe më pas shkëputet nga dimeri βγ. Nën-njësia α e disociuar më pas ndërvepron me proteinat efektore në shtegun e transduksionit të sinjalit.

Figura 2-7 A tregon aktivizimin e proteinave heterotrimerike G s të tipit G me nënnjësinë α të tipit α s, e cila ndodh për shkak të lidhjes me ligandën e receptorit dhe çon në lidhjen e nën-njësisë αs të proteinave të tipit G s. GTP dhe më pas shkëputet nga βγ-dimeri, dhe më pas ndërvepron me adenilate ciklaza. Kjo çon në një rritje të niveleve të cAMP dhe aktivizimin e PKA.

Figura 2-7 B tregon aktivizimin e proteinave heterotrimerike G t-lloj G me nën-njësinë α të tipit α t, e cila ndodh për shkak të lidhjes me ligandin e receptorit dhe çon në faktin se nën-njësia α t e tipit G t. Proteinat G aktivizohen dhe më pas shkëputen nga βγ-dimeri, dhe më pas ndërvepron me fosfodiesteraza. Kjo çon në një rritje të niveleve të cGMP dhe aktivizimin e PKG.

Receptori i katekolaminës α 1 ndërvepron me nënnjësinë G αq, e cila aktivizon fosfolipazën C. Figura 2-7 B tregon aktivizimin e proteinave heterotrimerike G të tipit G αq me nënnjësinë α të tipit α q, që ndodh për shkak të lidhjes i ligandit në receptor dhe çon në atë që nën-njësia αq e proteinave G të tipit G αq aktivizohet dhe më pas shkëputet nga dimeri-β, dhe më pas ndërvepron me fosfolipaza C. Ai copëton fosfatidilinositol 4,5-difosfat në IP 3 dhe DAG. Kjo rezulton në një rritje të niveleve të IP 3 dhe DAG. IP 3, lidhet me kanalet specifike Ca 2+ të varura nga ligandi të rrjetës endoplazmatike,

lëshon Ca 2+ prej tij. DAG shkakton aktivizimin e protein kinazës C. Në një qelizë të pastimuluar, një sasi e konsiderueshme e kësaj enzime ndodhet në citosol në formë joaktive. Ca 2+ bën që proteina kinaza C të lidhet në sipërfaqen e brendshme të membranës plazmatike. Këtu enzima mund të aktivizohet nga diacilgliceroli, i cili formohet nga hidroliza e fosfatidilinositol 4,5-bisfosfatit. Fosfatidilserina e membranës mund të jetë gjithashtu një aktivizues i proteinës kinazës C nëse enzima ndodhet në membranë.

Janë përshkruar rreth 10 izoforma të proteinës kinazës C, megjithëse disa prej tyre janë të pranishme në shumë qeliza të gjitarëve, nëntipet γ dhe ε gjenden kryesisht në qelizat e sistemit nervor qendror. Nëntipet e proteinës kinazës C ndryshojnë jo vetëm në shpërndarjen e tyre në të gjithë trupin, por, me sa duket, edhe në mekanizmat për rregullimin e aktivitetit të tyre. Disa prej tyre në qelizat e pastimuluara shoqërohen me membranën plazmatike, d.m.th. nuk kërkojnë rritje të përqendrimit të Ca 2+ për aktivizim. Disa izoforma të proteinës kinazës C aktivizohen nga acidi arachidonic ose acide të tjera yndyrore të pangopura.

Aktivizimi fillestar kalimtar i proteinës kinazës C ndodh nën ndikimin e diacilglicerolit, i cili çlirohet kur aktivizohet fosfolipaza C β, dhe gjithashtu nën ndikimin e Ca 2+ të çliruar nga depot brendaqelizore nga IP 3. Aktivizimi afatgjatë i proteinës kinazës C nxitet nga fosfolipazat A 2 dhe D të varura nga receptori. Ato veprojnë kryesisht mbi fosfatidilkolinën, fosfolipidin kryesor të membranës. Fosfolipaza A 2 ndan prej saj acidin yndyror në pozicionin e dytë (zakonisht të pangopur) dhe lizofosfatidilkolinën. Të dyja këto produkte aktivizojnë disa izoforma të proteinës kinazës C. Fosfolipaza D e varur nga receptori zbërthen fosfatidilkolinën në mënyrë që të formohen acidi fosfatidik dhe kolina. Acidi fosfatidik ndahet më tej në diacilglicerol, i cili është i përfshirë në stimulimin afatgjatë të proteinës kinazës C.

Oriz. 2-7. Parimet themelore të aktivizimit të proteinës kinazës A, proteina kinazës G dhe proteinës kinazës C.

Emërtimet: R - receptor, L - ligand

Protein kinaza e varur nga cAMP (protein kinaza A) dhe rrugët e sinjalizimit të lidhur

Në mungesë të cAMP, protein kinaza e varur nga cAMP (protein kinaza A) përbëhet nga katër nënnjësi: dy rregullatore dhe dy katalitike. Në shumicën e llojeve të qelizave, nën-njësia katalitike është e njëjtë, dhe nënnjësitë rregullatore janë shumë specifike. Prania e nënnjësive rregullatore shtyp pothuajse plotësisht aktivitetin enzimatik të kompleksit. Kështu, aktivizimi i aktivitetit enzimatik të protein-kinazës së varur nga cAMP duhet të përfshijë shkëputjen e njësive rregullatore nga kompleksi.

Aktivizimi ndodh në prani të përqendrimeve mikromolare të cAMP. Çdo nënnjësi rregullatore lidh dy nga molekulat e saj. Lidhja e cAMP shkakton ndryshime konformacionale në njësitë rregullatore dhe redukton afinitetin e ndërveprimit të tyre me nënnjësitë katalitike. Si rezultat, nënnjësitë rregullatore ndahen nga nënnjësitë katalitike dhe nën-njësitë katalitike aktivizohen. Nën-njësia katalitike aktive fosforilon proteinat e synuara në mbetje specifike të serinës dhe treoninës.

Krahasimi i sekuencave të aminoacideve të klasave të varura nga cAMP dhe të klasave të tjera të protein kinazave tregon se, pavarësisht dallimeve të forta në vetitë e tyre rregullatore, të gjitha këto enzima janë shumë homologe në strukturën parësore të pjesës së mesme. Kjo pjesë përmban domenin e lidhjes ATP dhe zonën aktive të enzimës, e cila siguron transferimin e fosfatit nga ATP në proteinën pranuese. Rajonet e kinazës përtej këtij seksioni të mesit katalitik të proteinës janë të përfshirë në rregullimin e aktivitetit të kinazës.

Përcaktuar gjithashtu struktura kristalore nënnjësia katalitike e protein kinazës së varur nga cAMP. Pjesa e mesme katalitike e molekulës, e pranishme në të gjitha proteina kinazat e njohura, përbëhet nga dy pjesë. Pjesa më e vogël përmban një vend të pazakontë të lidhjes ATP, dhe pjesa më e madhe përmban një vend lidhjeje peptide. Shumë proteina kinaza përmbajnë gjithashtu një rajon rregullues të njohur si domeni pseudosubstrate. Në sekuencën e aminoacideve, ajo i ngjan rajoneve të fosforilueshme të proteinave të substratit. Domeni i pseudosubstratit, duke u lidhur me vendin aktiv të protein kinazës, pengon fosforilimin e substrateve të vërteta të protein kinazës. Aktivizimi i kinazës mund të përfshijë fosforilimin ose modifikimin alosterik jokovalent të protein kinazës për të eliminuar efektin frenues të domenit të pseudosubstratit.

Oriz. 2-8. Proteina A e varur nga cAMP dhe objektivat.

Kur epinefrina lidhet me receptorin e saj përkatës, aktivizimi i nën-njësisë α s stimulon adenilate ciklazën për të rritur nivelet e cAMP. cAMP aktivizon proteina kinazën A, e cila, nëpërmjet fosforilimit, ka tre efekte kryesore. (1) Proteina kinaza A aktivizon glikogjen fosforilaz kinazën, e cila fosforilon dhe aktivizon glikogjen fosforilazën. (2) Proteina kinaza A inaktivizon glikogjen sintazën dhe në këtë mënyrë redukton formimin e glikogjenit. (3) Protein kinaza A aktivizon frenuesin e fosfoproteinës fosfatazës-1 dhe në këtë mënyrë frenon fosfatazën. Efekti i përgjithshëm është të koordinojë ndryshimet në nivelet e glukozës.

Emërtimet: UDP-glukozë - uridine difosfat glukozë

Rregullimi hormonal i aktivitetit të adenilate ciklazës

Figura 2-9 A tregon mekanizmin parimor të stimulimit dhe frenimit të adenilate ciklazës të nxitur nga hormonet. Ndërveprimi i një ligandi me një receptor të lidhur me një nënnjësi α të tipit α s (stimulues) shkakton aktivizimin e adenilate ciklazës, ndërsa ndërveprimi i një ligandi me një receptor të lidhur me një nënnjësi α të tipit α i (frenues) shkakton frenimin e enzimën. Nën-njësia G βγ është identike si në proteinat G stimuluese ashtu edhe në ato frenuese. G α nënnjësitë dhe receptorët janë të ndryshëm. Formimi i komplekseve aktive G α GTP i stimuluar nga ligand ndodh përmes të njëjtëve mekanizma në proteinat G αs dhe Gαi. Sidoqoftë, G αs GTP dhe G αi GTP ndërveprojnë ndryshe me adenilate ciklazën. Njëra (G αs GTP) stimulon, dhe tjetra G αi GTP) pengon aktivitetin e saj katalitik.

Figura 2-9 B tregon mekanizmin e aktivizimit dhe frenimit të adenilate ciklazës të induktuar nga disa hormone. Receptorët β 1 -, β 2 - dhe D1 ndërveprojnë me nënnjësitë që aktivizojnë adenilate ciklazën dhe rrisin nivelet e cAMP. Receptorët α 2 dhe D 2 ndërveprojnë me nën-njësitë G αi, të cilat frenojnë adenilate ciklazën. (Sa i përket receptorit α 1, ai ndërvepron me nënnjësinë G, e cila aktivizon fosfolipazën C.) Konsideroni një nga shembujt e paraqitur në figurë. Epinefrina lidhet me receptorin β 1, gjë që çon në aktivizimin e proteinës G αs, e cila stimulon adenilate ciklazën. Kjo çon në një rritje të niveleve të cAMP ndërqelizore, dhe kështu rrit aktivitetin e PKA. Nga ana tjetër, norepinefrina lidhet me receptorin α 2, gjë që çon në aktivizimin e proteinës G αi, e cila frenon adenilate ciklazën dhe në këtë mënyrë redukton nivelin ndërqelizor të cAMP, duke reduktuar aktivitetin e PKA.

Oriz. 2-9. Aktivizimi dhe frenimi i adenilate ciklazës i shkaktuar nga ligandi (hormon).

A është mekanizmi themelor. B - mekanizmi në lidhje me hormonet specifike

Proteina kinaza C dhe rrugët e sinjalizimit të lidhur

Receptori α 1 ndërvepron me nënnjësinë G αq të proteinës G, e cila aktivizon fosfolipazën C. Fosfolipaza C copëton fosfatidilinositol 4,5-difosfatin në IP 3 dhe DAG. IP 3, e lidhur me kanalet specifike Ca 2+ të varura nga ligandi të rrjetës endoplazmatike, çliron Ca 2+ prej tij, d.m.th. rrit përqendrimin e Ca 2+ në citosol. DAG shkakton aktivizimin e proteinës kinazës C. Në një qelizë të pastimuluar, kjo enzimë është joaktive në citosol

formë. Nëse niveli citosolik i Ca 2+ rritet, Ca 2+ ndërvepron me proteinën kinazë C, e cila çon në lidhjen e proteinës kinazës C në sipërfaqen e brendshme të membranës qelizore. Në këtë pozicion, enzima aktivizohet nga diacilgliceroli i formuar gjatë hidrolizës së fosfatidilinositol-4,5-difosfatit. Fosfatidilserina e membranës mund të jetë gjithashtu një aktivizues i proteinës kinazës C nëse enzima ndodhet në membranë.

Tabela 2-3 liston izoformat e proteinës C të proteinave të gjitarëve dhe vetitë e këtyre izoformave.

Tabela 2-3.Vetitë e izoformave të proteinave të kinazës C të gjitarëve

DAG - diacilglicerol; PS - fosfatidilserinë; FFA - acide yndyrore cis-të pangopura; LPC - lizofosfatidilkolinë.

Oriz. 2-10. Rrugët sinjalizuese të diacilglicerolit/inositol 1,4,5-trifosfat

Fosfolipazat dhe rrugët shoqëruese të sinjalizimit duke përdorur shembullin e acidit arachidonic

Disa agonistë nëpërmjet proteinave G aktivizohen fosfolipaza A 2, që vepron në fosfolipidet e membranës. Produktet e reaksioneve të tyre mund të aktivizojnë proteina kinazën C. Në veçanti, fosfolipaza A 2 ndan acidin yndyror që ndodhet në pozicionin e dytë nga fosfolipidet. Për shkak të faktit se disa fosfolipide përmbajnë acid arachidonic në këtë pozicion, të shkaktuar nga fosfolipaza A 2, zbërthimi i këtyre fosfolipideve çliron një sasi të konsiderueshme të tij.

Rruga sinjalizuese e përshkruar më sipër e acidit arachidonic e lidhur me fosfolipazën A 2 quhet e drejtpërdrejtë. Rruga indirekte e aktivizimit të acidit arachidonic shoqërohet me fosfolipazën C β.

Vetë acidi arakidonik është një molekulë efektore, dhe përveç kësaj, shërben si një pararendës për sintezën ndërqelizore prostaglandina, prostaciklina, tromboksane Dhe leukotrienet- klasa të rëndësishme të molekulave rregullatore. Acidi arakidonik formohet gjithashtu nga produktet e zbërthimit të diacil-gliceroleve.

Prostaglandinat, prostaciklinat dhe tromboksanët sintetizohen nga acidi arachidonic Rruga e varur nga ciklooksigjenaza, dhe leukotrienet - Rruga e varur nga lipoksigjenaza. Një nga efektet antiinflamatore të glukokortikoideve është pikërisht frenimi i fosfolipazës A 2, e cila çliron acidin arachidonic nga fosfolipidet. Acidi acetilsalicilik (aspirina ) dhe barna të tjera anti-inflamatore jo-steroide pengojnë oksidimin e acidit arachidonic nga ciklooksigjenaza.

Oriz. 2-11. Rrugët e sinjalizimit të acidit arakidonik.

Emërtimet: PG - prostaglandin, LH - leukotriene, GPETE - hydroperoxyeikosatetraenoate, GETE - hydroxyeikosatetraenoate, EPR - retikulum endoplazmatik

Calmodulin: struktura dhe funksionet

Një sërë procesesh jetike qelizore, duke përfshirë lirimin e neurotransmetuesve, sekretimin e hormoneve dhe tkurrjen e muskujve, rregullohen nga nivelet e Ca 2+ citosolike. Një mënyrë se si ky jon ndikon në proceset qelizore është nëpërmjet lidhjes së tij me kalmodulinën.

Kalmodulin- proteina me peshë molekulare 16700 (Fig. 2-12 A). Është i pranishëm në të gjitha qelizat, ndonjëherë duke zënë deri në 1% të përmbajtjes së tyre totale të proteinave. Kalmodulin lidh katër jone kalciumi (Fig. 2-12 B dhe C), pas së cilës ky kompleks rregullon aktivitetin e proteinave të ndryshme ndërqelizore, shumë prej të cilave nuk janë proteina kinaza.

Kompleksi Ca 2+ me kalmodulin aktivizon gjithashtu proteina kinazat e varura nga kalmodulina. Kinazat e proteinave specifike të varura nga kalmodulina fosforilojnë proteinat efektore specifike, të tilla si zinxhirët e lehtë rregullues të miozinës, fosforilaza dhe faktori II i zgjatjes. Kinazat e proteinave të varura nga kalmodulina multifunksionale fosforilojnë proteina të shumta bërthamore, citoskeletore ose membranore. Disa protein kinaza të varura nga kalmodulina, si p.sh

zinxhiri i lehtë i miozinës dhe fosforilaz kinaza, veprojnë vetëm në një substrat qelizor, ndërsa të tjerët janë shumëfunksionalë dhe fosforilojnë më shumë se një proteinë substrati.

Proteina kinase II e varur nga kalmodulina është një proteinë kryesore e sistemit nervor. Në disa zona të trurit ajo përbën deri në 2% të proteinës totale. Kjo kinazë është e përfshirë në mekanizmin në të cilin një rritje në përqendrimin e Ca 2+ në terminalin nervor shkakton lirimin e një neurotransmetuesi nga ekzocitoza. Substrati kryesor i tij është një proteinë e quajtur sinapsin I, të pranishme në mbaresat nervore dhe që lidhen me sipërfaqen e jashtme të vezikulave sinaptike. Kur synapsin I lidhet me vezikulat, ajo parandalon ekzocitozën. Fosforilimi i synapsin I bën që ajo të ndahet nga vezikulat, duke i lejuar ato të lëshojnë neurotransmetues në çarjen sinaptike nga ekzocitoza.

Kinaza e zinxhirit të lehtë të miozinës luan një rol të rëndësishëm në rregullimin e tkurrjes së muskujve të lëmuar. Një rritje e përqendrimit të Ca 2+ citosolik në qelizat e muskujve të lëmuar aktivizon kinazën e zinxhirit të lehtë të miozinës. Fosforilimi i zinxhirëve të lehtë rregullues të miozinës çon në tkurrje të zgjatur të qelizave të muskujve të lëmuar.

Oriz. 2-12. Kalmodulin.

A - kalmodulin pa kalcium. B - lidhja e kalciumit me kalmodulinën dhe objektivin peptid. B - skema e lidhjes.

Emërtimet: EF - Ca 2+ - domenet lidhëse të kalmodulinës

Receptorët me aktivitet enzimatik të brendshëm (receptorët katalitikë)

Hormonet dhe faktorët e rritjes lidhen me proteinat e sipërfaqes së qelizës që kanë aktivitet enzimatik në anën citoplazmike të membranës. Figura 2-13 tregon pesë klasat e receptorëve katalitikë.

Një nga shembujt tipikë të transmembranës receptorët me aktivitet guanilate ciklaze, receptor peptid natriuretik atrial (ANP). Receptori i membranës me të cilin lidhet ANP është i pavarur nga sistemet e transduksionit të sinjalit. Veprimi i agonistëve jashtëqelizorë u përshkrua më sipër, të cilët, duke u lidhur me receptorët e membranës, ose aktivizojnë adenilate ciklazën nëpërmjet proteinave G s, ose e frenojnë atë nëpërmjet G i. Receptorët e membranës për ANP janë interesantë sepse vetë receptorët kanë aktivitet guanilate ciklase, të stimuluar nga lidhja e ANP me receptorin.

Receptorët ANP kanë një domen jashtëqelizor lidhës ANP, një spirale të vetme transmembranore dhe një domen guanilate ciklaze ndërqelizore. Lidhja e ANP me receptorin rrit nivelet e cGMP ndërqelizore, gjë që stimulon protein kinazën e varur nga cGMP. Në kontrast me protein kinazën e varur nga cAMP, e cila ka njësi rregullatore dhe katalitike, domenet rregullatore dhe katalitike të protein kinazës së varur nga cGMP janë të vendosura në të njëjtin zinxhir polipeptid. Kinaza e varur nga cGMP më pas fosforilon proteinat ndërqelizore, duke çuar në përgjigje të ndryshme qelizore.

Receptorët me aktivitet serine-treonin kinazë proteinat fosforilohen vetëm në mbetjet e serinës dhe/ose të treoninës.

Një familje tjetër e receptorëve të membranës jo të lidhur me proteina G përbëhet nga proteina me aktivitet të brendshëm tirozinë-proteinë kinazë. Receptorët me aktivitetin e vet tirozino-protein kinaze janë proteina me një domen jashtëqelizor të glikoziluar, të vetmet

rajoni transmembranor dhe domeni ndërqelizor me aktivitet tirozino-protein kinazë. Lidhja e një agonisti me ta, p.sh. faktori i rritjes nervore (NGF), stimulon aktivitetin e tirozinës-protein kinazës, e cila fosforilon proteinat efektore specifike në mbetje të caktuara të tirozinës. Shumica e receptorëve të faktorit të rritjes dimerizohen kur NGF lidhet me ta. Është dimerizimi i receptorit që çon në shfaqjen e aktivitetit të tij të proteinës tirozine kinazës. Receptorët e aktivizuar shpesh fosforilohen, gjë që quhet autofosforilim.

Tek superfamilja receptorët peptide përfshijnë receptorët e insulinës. Këto janë gjithashtu proteina kinaza të tirozinës. Në nënklasën e receptorëve që i përkasin familjes së receptorëve të insulinës, receptori i paliganduar ekziston si një dimer i lidhur me disulfidin. Ndërveprimi me insulinën çon në ndryshime konformacionale në të dy monomerët, gjë që rrit lidhjen e insulinës, aktivizon receptorin e tirozinës kinazës dhe çon në rritjen e autofosforilimit të receptorit.

Lidhja e një hormoni ose faktori rritjeje me receptorin e tij shkakton një sërë përgjigjesh qelizore, duke përfshirë hyrjen e Ca 2+ në citoplazmë, rritjen e metabolizmit të Na +/H +, stimulimin e marrjes së aminoacideve dhe sheqerit, stimulimin e fosfolipazës C β dhe hidroliza e difosfatit fosfatidilinositol.

Receptorët hormoni i rritjes, prolaktina Dhe eritropoietin, ashtu si receptorët interferoni dhe shumë citokinat, nuk shërbejnë drejtpërdrejt si protein kinaza. Megjithatë, pas aktivizimit, këta receptorë formojnë komplekse sinjalizuese me tirozino-protein-kinazat ndërqelizore, të cilat shkaktojnë efektet e tyre brendaqelizore. Kjo është arsyeja pse ata nuk janë receptorë të vërtetë me aktivitetin e tyre tirozino-protein kinazë, por thjesht lidhen me ta.

Në bazë të strukturës, mund të supozohet se transmembranore Fosfatazat e proteinave të tirozinës janë gjithashtu receptorë, dhe aktiviteti i tyre tirozino-protein fosfataza modulohet nga ligandët jashtëqelizor.

Oriz. 2-13. Receptorët katalitikë.

A - receptor guanil ciklazë, B - receptor me aktivitet serine-treonin kinazë, B - receptor me aktivitetin e tij tirozino-protein kinazë, D - receptorë të lidhur me aktivitetin e tirozinës-protein kinazës

Tirozin kinazat e proteinave të lidhura me receptorët duke përdorur shembullin e receptorëve të interferonit

Receptorët e interferonit nuk janë direkt proteina kinaza. Pasi aktivizohen, këta receptorë formojnë komplekse sinjalizuese me kinazat tirozino-proteinike ndërqelizore, të cilat shkaktojnë efektet e tyre ndërqelizore. Kjo do të thotë, ata nuk janë receptorë të vërtetë me aktivitetin e tyre të tirozinës-protein kinazës, por thjesht lidhen me ta, të ashtuquajturit receptorë. tirozin-protein kinaza të lidhura me receptorët (të varura nga receptorët).

Mekanizmat me të cilët këta receptorë ushtrojnë efektet e tyre shkaktohen kur një hormon lidhet me receptorin, duke shkaktuar dimerizimin e tij. Një dimer receptor lidh një ose më shumë anëtarë Janusi-familja e proteinave tirozine kinaza (JAK). JAK pastaj kryq

fosforilojnë njëri-tjetrin si dhe receptorin. Anëtarët e transduktorëve të sinjalit dhe aktivizuesit e familjes së transkriptimit (STAT) lidhin domenet e fosforiluara në receptorin dhe kompleksin JAK. Proteinat STAT fosforilohen nga kinazat JAK dhe më pas shkëputen nga kompleksi sinjalizues. Proteinat STAT të fosforiluara përfundimisht formojnë dimerë që lëvizin në bërthamë për të aktivizuar transkriptimin e gjeneve të caktuara.

Specifikimi i receptorit për çdo hormon varet pjesërisht nga specifika e anëtarëve të familjes JAK ose STAT që kombinohen për të formuar kompleksin sinjalizues. Në disa raste, kompleksi sinjalizues aktivizon gjithashtu kaskadën e kinazës MAP (proteina aktivizuese e mitogjenit) përmes proteinave përshtatëse të përdorura nga receptorët tirozinë kinaza. Disa nga përgjigjet e ligandës së receptorit të tirozinës kinazës përfshijnë gjithashtu rrugët JAK dhe STAT.

Oriz. 2-14. Shembull i receptorëve katalitikë të lidhur me aktivitetin e proteinës së tirozinës kinazës. receptor α-aktivizuar -interferoni (A) dheγ - interferoni (B)

Proteinat G monomerike të ngjashme me Ras dhe rrugët e tyre të transduksionit të ndërmjetësuara

Një ligand, si faktori i rritjes, lidhet me një receptor që ka aktivitetin e vet të proteinës tirozinë kinazë, duke rezultuar në rritjen e transkriptimit në një proces me 10 hapa. Proteinat monomerike të lidhura me GTP të ngjashme me Ras marrin pjesë në rrugën e transduksionit të sinjalit në fazën e transmetimit të sinjalit nga receptorët me aktivitetin e tyre tirozino-protein kinazë (për shembull, receptorët e faktorit të rritjes) te efektorët ndërqelizor. Aktivizimi dhe inaktivizimi i proteinave monomerike që lidhen me GTP kërkon proteina rregulluese shtesë. Proteinat monomerike G aktivizohen nga proteinat çliruese të nukleotideve të guaninës (GNRPs) dhe inaktivizohen nga proteinat aktivizuese të GTPase (GAPs).

Proteinat monomerike që lidhen me GTP të familjes Ras ndërmjetësojnë lidhjen e ligandëve mitogjenë dhe receptorëve të tyre tirozinë-proteinë kinazë, gjë që shkakton procese ndërqelizore që çojnë në përhapjen e qelizave. Kur proteinat Ras janë joaktive, qelizat nuk i përgjigjen faktorëve të rritjes që veprojnë përmes receptorëve të tirozinës kinazës.

Aktivizimi i Ras shkakton një rrugë të transduksionit të sinjalit, duke çuar përfundimisht në transkriptimin e gjeneve të caktuara që nxisin rritjen e qelizave. Kaskada e MAP kinazës (MAPK) është e përfshirë në përgjigjet pas aktivizimit të Ras. Proteina kinaza C gjithashtu aktivizon kaskadën e kinazës MAP. Kështu, kaskada e kinazës MAP duket të jetë një pikë e rëndësishme konvergjence për një sërë efektesh që nxisin përhapjen e qelizave. Për më tepër, ekziston një kryqëzim midis proteinës kinazës C dhe tirozinës kinazës. Për shembull, izoforma γ e fosfolipazës C aktivizohet duke u lidhur me proteinën e aktivizuar Ras. Ky aktivizim transmetohet tek proteina kinaza C në procesin e stimulimit të hidrolizës fosfolipide.

Figura 2-15 tregon një mekanizëm që përfshin 10 faza.

1. Lidhja e ligandit çon në dimerizimin e receptorit.

2.Proteina e aktivizuar tirozin kinaza (RTK) fosforilohet vetë.

3.GRB 2 (proteina-2 e lidhur me receptorin e faktorit të rritjes), një proteinë që përmban SH 2, njeh mbetjet e fosfotirozinës në receptorin e aktivizuar.

4.Lidhja GRB 2 përfshin SOS (djali i pa shtatë) Proteina e shkëmbimit të nukleotideve të guaninës.

5.SOS aktivizon Ras duke formuar GTP në Ras në vend të GDP.

6. Kompleksi aktiv Ras-GTP aktivizon proteinat e tjera duke i inkorporuar ato fizikisht në membranën plazmatike. Kompleksi aktiv Ras-GTP ndërvepron me pjesën N-terminale të serine-treonin kinazës Raf-1 (e njohur si proteina aktivizuese e mitogjenit, MAP), e para në një seri proteinash kinazash të aktivizuara që transmetojnë një sinjal aktivizimi në qelizë. bërthama.

7.Raf-1 fosforilon dhe aktivizon një proteinë kinazë të quajtur MEK, e cila njihet si MAP kinase kinase (MAPKK). MEK është një protein kinazë multifunksionale që fosforilon substratet e mbetjeve të tirozinës dhe serinës/treoninës.

8.MEK fosforilon MAP kinazën (MAPK), e cila gjithashtu nxitet nga kinaza rregullatore e sinjalit jashtëqelizor (ERK 1, ERK 2). Aktivizimi i MAPK kërkon fosforilim të dyfishtë në mbetjet fqinje të serinës dhe tirozinës.

9. MAPK shërben si një molekulë efektore kritike në transduksionin e sinjalit të varur nga Ras sepse fosforilon shumë proteina qelizore pas stimulimit mitogjenik.

10. MAPK i aktivizuar zhvendoset në bërthamë, ku fosforilon faktorin e transkriptimit. Në përgjithësi, Ras i aktivizuar aktivizon MAP

duke u lidhur me të. Kjo kaskadë rezulton në fosforilimin dhe aktivizimin e MAP kinazës, e cila nga ana e saj fosforilon faktorët e transkriptimit, substratet proteinike dhe kinazat e tjera proteinike të rëndësishme për ndarjen e qelizave dhe përgjigjet e tjera. Aktivizimi i Ras varet nga proteinat përshtatëse që lidhen me domenet e fosfotirozinës në receptorët e aktivizuar nga faktori i rritjes. Këto proteina përshtatëse lidhen dhe aktivizojnë GNRF (proteina e shkëmbimit të nukleotideve të guaninës), e cila aktivizon Ras.

Oriz.

2-15. Rregullimi i transkriptimit nga proteinat monomerike G të ngjashme me Ras, i shkaktuar nga një receptor me aktivitetin e tij tirozino-protein kinazë

Rregullimi i transkriptimit nga proteina ndërvepruese e elementit të ADN-së të varur nga cAMP (CREB) CREB, një faktor transkriptimi i shpërndarë gjerësisht, zakonisht lidhet me një rajon të ADN-së të quajtur CRE(elementi i përgjigjes së cAMP). Në mungesë të stimulimit, CREB defosforilohet dhe nuk ka efekt në transkriptim. Rrugët e shumta të transduksionit të sinjalit nëpërmjet aktivizimit të kinazave (si PKA, Ca 2+ /kalmodulin kinaza IV, MAP kinaza) çojnë në fosforilimin e CREB. CREB i fosforiluar lidhetC.B.P.(Proteina lidhëse CREB

- Proteina lidhëse CREB), e cila ka një domen stimulues të transkriptimit. Paralelisht, fosforilimi aktivizon PP1

(fosfoproteinë fosfataza 1), e cila defosforilon CREB, duke rezultuar në ndalimin e transkriptimit.

Është treguar se aktivizimi i mekanizmit të ndërmjetësuar nga CREB është i rëndësishëm për zbatimin e funksioneve më të larta njohëse si mësimi dhe kujtesa.

Figura 2-15 tregon gjithashtu strukturën e PKA të varur nga cAMP, e cila në mungesë të cAMP përbëhet nga katër nënnjësi: dy rregullatore dhe dy katalitike. Prania e nënnjësive rregullatore shtyp aktivitetin enzimatik të kompleksit. Lidhja e cAMP shkakton ndryshime konformacionale në nënnjësitë rregullatore, duke rezultuar në ndarjen e nënnjësive rregullatore nga nënnjësitë katalitike. PKA katalitike hyn në bërthamën e qelizës dhe fillon procesin e përshkruar më sipër. Oriz. 2-16. Rregullimi i transkriptimit të gjeneve nga CREB(Proteina lidhëse e elementit të përgjigjes cAMP)

Komponenti më i rëndësishëm ndërqelizor i kaskadave sinjalizuese janë proteinat G. Aktualisht, njihen rreth 20 proteina të ndryshme G. Për shembull, Gs dhe Gi stimulojnë dhe frenojnë adenilate ciklazën, përkatësisht; Gq aktivizon fosfolipazën C. Ndër proteinat G të qelizave shqisore mund të veçojmë: fotoreceptor - Gt (transducin), nuhatës - Golf dhe shijues - Gg.

Për sa i përket strukturës së tyre, proteinat G janë heterotrimerë që përbëhen nga tre lloje nënnjësi: a (alfa), b (beta) dhe g (gama), megjithatë, në kushte vendase, nënnjësitë beta dhe gama funksionojnë si një kompleks i vetëm. Një tipar i përbashkët strukturor i proteinave G është prania e shtatë helikave alfa transmembranore. Karakteristika më e rëndësishme G-proteinat është prania e një qendre lidhëse guanil nukleotidi në nën-njësinë e tyre a: GDP (guanisidine difosphate) dhe GTP (guanisidine trifosphate). Nëse GTP është i lidhur me një proteinë G, atëherë kjo korrespondon me gjendjen e saj të aktivizuar (G-GTP) ose, përndryshe, proteina G është në një pozicion të aktivizuar. Nëse GDP është i pranishëm në vendin e lidhjes së nukleotideve, atëherë kjo formë (G-GDP) korrespondon me gjendjen "off". Pika kyçe në transmetimin e sinjalit nga receptori (i cili u ndikua nga sinjali primar) në proteinën G është katalizimi nga receptori i aktivizuar i shkëmbimit të GDP të lidhur me proteinën G në GTP të pranishme në mjedis (GDP / GTP shkëmbimi në proteinën G).

Receptorët transmembranorë sigurojnë funksionet themelore jetësore të qelizës: sinjalizimin, transportin, mbrojtjen. Studimi i mekanizmit të veprimit të komponimeve të ndryshme biologjikisht aktive, përfshirë ato antivirale dhe antibakteriale, ka treguar se objektivat më specifikë si për komponimet medicinale ashtu edhe për ato toksike (helmet) janë receptorët qelizor të njerëzve dhe mikroorganizmat patogjenë. Një pjesë e konsiderueshme e receptorëve transmembranorë janë Receptorët e lidhur me proteinën G (GPCRs), rreth gjysma e të gjitha të njohurve aktualisht barna veprojnë në mënyrë specifike në GPCR. Nga të gjitha llojet e receptorëve të sipërfaqes qelizore, GPCR-të janë më universalët. Këta receptorë lidhin një gamë të gjerë molekulash, nga neurotransmetuesit e vegjël deri te proteinat e mëdha. GPCR-të përfshihen pothuajse në të gjitha proceset jetësore.

Diversiteti i sinjaleve të transmetuara nga GPCR-të sigurohet nga bashkimi funksional i GPCR-ve të ndryshëm me njëri-tjetrin. Pra, është e qartë se mekanizmi më universal i ndikimit të përbërjeve toksike dhe medicinale në qelizë realizohet nëpërmjet efektit në aparatin receptor të qelizës, duke ndryshuar konformacionin e tyre ose karakteristikat kryesore të lidhjes ligand-receptor, specifikën e tyre dhe kthyeshmëria.

përmbajtja

• HYRJE 2
• Nga historia e zbulimit të proteinave C 8
• Struktura dhe vetitë 8
• Lidhja e membranës 9
• Organizimi strukturor dhe funksional i proteinave G 9
• Klasifikimi sipas ndjeshmërisë ndaj shenjave 10
• Ndërfaqja me sistemet efektore 10
• Rregullimi i aktivitetit të proteinës G 11
• Adenilate ciklaza 12
• Fosfolipaza 13
• Protein kinaza 14
• Fosfodiesteraza 16
• Sistemi adenilate ciklaze 17
• Efekti i toksinave bakteriale në aktivitetin e adenilate ciklazës (ADP-ribozilimi i proteinave G) 20
• Sistemi i fosfatit inozitol 21
• Përfshirja e proteinës kalmodulin në transduksionin e sinjalit të fosfatit inositol 22
• Vetërregullimi i sistemit 23
• b-nënnjësia: vetitë e përgjithshme 23
• Nënnjësitë c dhe d: karakteristikat e përgjithshme 24
• G-proteinat: g-nënnjësi 25
• Proteinat që lidhen me GTP formojnë dy familje kryesore të proteinave G dhe proteinave me peshë molekulare të ulët që lidhin GTP 28
• Letërsia 30

Nga historia e zbulimit të proteinave C. 8

Struktura dhe vetitë. 8

Komunikimi me membranën. 9

Organizimi strukturor dhe funksional i proteinave G. 9

Klasifikimi sipas ndjeshmërisë ndaj shenjave.. 10

Ndërfaqja me sistemet efektore. 10

Rregullimi i aktivitetit të proteinës G. njëmbëdhjetë

Adenilat ciklaza. 12

Fosfolipazat.. 13

Protein kinazat.. 14

Fosfodiesterazat.. 16

Sistemi adenilate ciklaze. 17

Efekti i toksinave bakteriale në aktivitetin e adenilate ciklazës (ADP-ribozilimi i proteinave G) 20

Sistemi i fosfatit të inozitolit. 21

Pjesëmarrja e proteinës kalmodulin në transduksionin e sinjalit të fosfatit inositol. 22

Vetërregullimi i sistemit.. 23

α-nënnjësia: vetitë e përgjithshme. 23

nënnjësitë β dhe γ: karakteristikat e përgjithshme. 24

Proteinat G: nënnjësi βγ... 25

Proteinat që lidhen me GTP formojnë dy familje kryesore të proteinave G dhe proteinave me peshë molekulare të ulët që lidhin GTP. 28

Letërsia. tridhjetë

Proteinat sinjalizuese G janë ndërmjetëse universale në transmetimin e sinjaleve hormonale nga receptorët e membranës qelizore te proteinat efektore që shkaktojnë përgjigjen përfundimtare qelizore. Kur një molekulë e receptorit me shtatë domene e lokalizuar në membranën e një qelize shqisore aktivizohet nga disa ndryshime në mjedisin e jashtëm, ajo pëson ndryshime konformative. Këto të fundit zbulohen

Proteinat G të lidhura me membranën, të cilat nga ana e tyre aktivizojnë molekulat efektore në membranë. Kjo shpesh rezulton në lëshimin e lajmëtarëve të dytë në citosol.

Ato kanë qenë objekt studimi intensiv për shkak të përfshirjes së tyre në shumë procese të rëndësishme fiziologjike. Proteinat G të përfshira në transduksionin e sinjalit janë anëtarë të një superfamiljeje të madhe të proteinave që lidhen me guaninën. Proteinat G janë rregullatorë të saktësisë që ndezin ose çaktivizojnë aktivitetin e molekulave të tjera.

Përafërsisht 80% e lajmëtarëve parësorë (hormonet, neurotransmetuesit, neuromoduluesit) ndërveprojnë me receptorë specifikë që lidhen me efektorët nëpërmjet proteinave G.

Proteinat G janë proteina që lidhin nukleotidet e guanozinës. Proteinat G të lidhura me receptorët janë të lidhura me membranë. Në një gjendje joaktive, ato shoqërohen me GDP. Kur receptori lidhet me një ligand, GDP zëvendësohet nga GTP, duke rezultuar në aktivizim. Ky proces është relativisht i ngadalshëm, ndodh brenda sekondave - dhjetëra sekonda.

G-proteinat e membranave biologjike kanë një strukturë heterotrimerike. Ato përbëhen nga një nënnjësi α e madhe (rreth 45 kilodalton - kDa), si dhe nën-njësi β dhe γ më të vogla, nënnjësia α ka aktivitet GTPase, në formën e saj joaktive (të fikur) lidh molekulën e GDP-së në aktive. faqe. Nënnjësitë β dhe γ janë të ndërlidhura dhe nuk mund të shkëputen në kushte fiziologjike. Në gjendjen joaktive, kompleksi βγ lidhet lirshëm me nënnjësinë α. Nën-njësia γ është e lidhur me gjethen citoplazmike të membranës biologjike nga një zinxhir geranil-geranil (20 atome karboni në zinxhir), i ngjashëm në strukturë me kolesterolin. Nën-njësia α është gjithashtu e lidhur me membranë nga një acid yndyror me zinxhir 14 karboni (acidi myristoik). Lidhje të tilla sigurojnë që kompleksi i proteinës G të mbahet në rrafshin e membranës, por në të njëjtën kohë është në gjendje të lëvizë lehtësisht në këtë plan. Është e lehtë të imagjinohet se si i gjithë kompleksi i proteinave G me GDP të bashkangjitur lëviz në rrafshin e membranës nën ndikimin e dy familjeve të proteinave - proteinat heterotrimerike të lidhjes së nukleotideve të guanozinës (proteinat G) dhe guanozintrifosfatazat e lidhura larg (GTPase); mund të ndizet kur GTP lidhet dhe aktivizon komponentët në rrjedhën e poshtme të transduksionit të sinjalit të sipërfaqes së qelizës. GTP-azat e vogla përfshihen në kontrollin e vetive themelore të polaritetit të formës së qelizës dhe në proceset e ndarjes dhe diferencimit. Proteinat G zakonisht rregullojnë sinjale më të specializuara - prodhimin e lajmëtarëve të dytë. Të dy janë në gjendje të hidrolizojnë GTP dhe kështu të fikin sinjalin.

Për shkak se nënnjësitë β dhe γ të proteinave G janë jashtëzakonisht të konservuara, proteinat G zakonisht dallohen nga nënnjësitë e tyre α. Përveç motivit të lidhjes GTP, çdo sekuencë Galfa përmban të paktën një vend lidhës për kationet dyvalente, si dhe vende për modifikimin kovalent nga toksinat bakteriale që katalizojnë reaksionet e varura nga NAD ADP-riboziltransferazë. Proteinat G që stimulojnë adenilate ciklazën (Gs) ose janë të përfshira në fototransduksion (Gt, transducin) shërbejnë si substrate për ribozilimin ADP të katalizuar nga toksina e kolerës në një nga mbetjet e argininës, gjë që çon në bllokimin e çaktivizimit të këtyre proteinave. Gs, proteina G frenuese e ciklazës adenilate (Gi) dhe proteina G me funksion ende të panjohur (Go) ribozilohen me ADP nga toksina pertusis në një mbetje cisteine ​​të vendosur në fundin C. Ky modifikim ndërhyn në ndërveprimin midis proteinës G dhe receptorëve. U përcaktua sekuenca e proteinës G të miut (Gx), e cila doli të ishte e pandjeshme ndaj toksinës së pertusisit.

Proteinat G janë proteina rregullatore që lidhin GTP pas aktivizimit. Më të studiuarat janë proteinat G që stimulojnë dhe frenojnë adenilate ciklazën (proteinat Gs dhe proteinat Gi, përkatësisht). β' - receptorët adrenergjikë, β2 - receptorët adrenergjikë dhe receptorët D1 janë të lidhur me proteinën Gs, dhe për këtë arsye stimulimi i këtyre receptorëve shoqërohet me aktivizimin e ciklazës adenilate dhe një rritje të përqendrimit ndërqelizor të cAMP - lajmëtari i dytë klasik (intraqelizor). . Përgjigja përfundimtare në qeliza të ndryshme është e ndryshme dhe varet nga ajo që janë fragmentet e efektit (enzima, kanali jonik, etj.) Receptorët α2-adrenergjikë, receptorët M2-kolinergjikë dhe receptorët D2 janë të lidhur me proteinën Gi, dhe stimulimi i këtyre receptorëve çon në uljen e aktivitetit të adenilate ciklazës dhe përqendrimit ndërqelizor të cAMP. Ndryshimet në aktivitetin e enzimave dhe proteinave të tjera ndërqelizore dhe, në përputhje me rrethanat, funksionet qelizore janë të kundërta me ato të vërejtura gjatë aktivizimit të proteinës Gs. Receptorët α1-adrenergjikë (si receptorët M1-kolinergjikë) me sa duket janë të lidhur me një lloj tjetër, ende të studiuar dobët, të proteinës G. Kjo proteinë nganjëherë quhet Gq. Aktivizon fosfolipazën C, e cila katalizon zbërthimin e fosfolipideve të membranës, në veçanti fosfatidilinositol-4,5-difosfatit në ISP dhe DHA. Të dyja këto substanca janë lajmëtarë të dytë.

Lidhja e një agonisti (hormon, neurotransmetues, etj.) me receptorin përkatës çon në ndërveprimin protein-proteinë midis receptorit dhe proteinës G dhe përshpejton disociimin e HDP. Si rezultat, formohet një kompleks agonist-receptor-G-proteinë jetëshkurtër që nuk shoqërohet me asnjë nukleotid. Lidhja e molekulës GTP me këtë kompleks zvogëlon afinitetin e receptorit për proteinën G, gjë që çon në shpërbërjen e kompleksit dhe lirimin e receptorit. Potencialisht, receptori mund të aktivizojë një numër të madh molekulash të proteinës G, duke siguruar kështu një faktor të lartë amplifikimi të sinjalit jashtëqelizor në këtë fazë. Nën-njësia α e aktivizuar e proteinës G shkëputet nga nën-njësitë βγ dhe ndërvepron me efektorin përkatës, duke ushtruar një efekt aktivizues ose frenues mbi të.

Nën-njësia α me GTP të lidhur me të është e aftë të ndërveprojë me një efektor në membranë - enzimat si adenilate ciklaza, ose ndoshta kanalet jonike. Një enzimë mund të aktivizohet ose frenohet, dhe një kanal jonik mund të hapet ose mbyllet. Shembuj specifikë do të diskutohen në seksionet vijuese. Ndërveprimi me efektorin, megjithatë, zgjat për aq kohë sa nën-njësia α, e cila është një GTPazë, ruan GTP. Pra, shumë shpejt GTP e bashkangjitur hidrolizohet në HDF. Kur kjo ndodh, nën-njësia α ndryshon përsëri konformacionin e saj dhe humbet aftësinë e saj për të aktivizuar efektorin. Pas kësaj, α-GDP ndërvepron me kompleksin βγ dhe përsëri formon një kompleks trimerik, duke përfunduar kështu ciklin. Supozohet gjithashtu se kompleksi i nën-njësive βγ mund të ndikojë (drejtpërsëdrejti ose tërthorazi) edhe në enzimat efektore.

Enzima të tilla janë adenilate ciklaza dhe fosfolipaza C. Proteinat G gjithashtu rregullojnë funksionimin e kanaleve jonike K dhe Ca2+ përfshijnë polipeptidin Gs, i cili stimulon adenilate ciklazën dhe rregullon kanalet jonike Ca2+, polipeptidin Gi, i cili frenon adenilat ciklazën dhe. -kanalet në qelizat e indeve të trurit, Gt, transducin, të përfshirë në transmetimin e sinjalit të dritës, proteina specifike e Golfit të qerpikëve të nuhatjes, etj. Të gjitha proteinat G janë heterotrimere, që përbëhen nga nënnjësi α, β´ dhe γ në rend të uljes së peshës molekulare.

Më pas, GTP e lidhur me nën-njësinë α të proteinës G i nënshtrohet hidrolizës dhe enzima që katalizon këtë proces është vetë nën-njësia α. Kjo çon në shkëputjen e nën-njësisë α nga efektori dhe rishoqërimin e kompleksit α-GDP me nënnjësitë βγ. Aktivizimi spontan i proteinës G i lidhur me GDP-në është një proces shumë i pamundur.

I njëjti mekanizëm nënvizon rregullimin hormonal të fosfolipazës C dhe fosfolipazës A2 specifike për fosfoinositidet. Përveç kësaj, është treguar se proteinat G mund të aktivizojnë drejtpërdrejt kanalet jonike.

Faza kufizuese e shkallës në procesin e rivendosjes së gjendjes fillestare të proteinës G është shkalla e ndarjes së GDP nga nën-njësia α e proteinës G. Shkalla e disociimit rritet kur G-proteina-GDP ndërvepron me receptorin e lidhur me agonistin. Lidhja e GTP nga proteina G me sa duket çon në formimin e një kompleksi agonist-receptor-protein G. Analogu GTP-STP-γ-S dhe Mg2+ rrit ndarjen e nën-njësisë α nga trimeri i proteinës G. Megjithatë, duhet të theksohet se nën-njësia katalitike e adenilate ciklazës nga membranat e trurit të gjedhit është pastruar në mënyrë kromatografike me nën-njësitë α- dhe β të proteinës Gs, dhe çështja e ndarjes së nën-njësive α nga trimeri i proteinës G në aktivizimi i efektorit kërkon sqarim.

Proteinat G shfaqin polimorfizëm të rëndësishëm. Çdo formë e nën-njësive të proteinës G është shumë homologe në strukturë, e ngjashme në funksion, por ndryshon në peshën molekulare dhe lëvizshmërinë elektroforetike. Polimorfizmi është veçanërisht i gjerë dhe është studiuar më së shumti për αs dhe αi-proteinat G. Kështu, nga truri i njeriut janë izoluar 11 forma të ADN-së përgjegjëse për sintezën e nën-njësive αs, katër lloje të të cilave janë klonuar dhe supozohet se përcaktojnë sintezën e katër izoformave αs në trurin e njeriut. Për αi janë gjetur kryesisht tre izoforma: αi1, αi2, αi3. Masat molekulare të izoformës αs janë në intervalin 42-55 kDa, dhe αi është 39-41 kDa. Shpërndarja e varianteve molekulare të αi është specifike për indet: αi1 është i pranishëm kryesisht në tru, αi2 gjendet në indet nervore dhe qelizat e gjakut, αi3 është i pranishëm në indet periferike dhe mungon në tru. Shpërndarja e gjeneve që kodojnë sintezën e tre izoformave αi nëpër inde përafërsisht përkon në rendin e mëposhtëm: njeriu, gjedhi, miu, miu. Përcaktimi i sekuencës aminoacide të αi dhe αs tregoi se izoformat αs ose αi ndryshojnë në rajonin e sekuencave C - dhe N - terminale që lidhen me receptorin ose efektorin. Supozohet se polimorfizmi i nën-njësive α përcaktohet nga shumëllojshmëria e receptorëve dhe nëntipet e tyre dhe nga shumëllojshmëria e sistemeve efektore.

Nënnjësitë αi të Gi janë të koduara nga tre gjene të ndryshëm strukturorë. Sa i përket izoformave të nën-njësive α të proteinave Gs, nuk është ende e qartë nëse izoformat janë të koduara nga gjene të ndryshëm strukturorë, apo nëse ato janë produkt i një gjeni të vetëm të ndjekur nga bashkimi i brendshëm alternativ i transkriptit origjinal të ARN-së, ose nëse shumëfishimi i tyre është rezultat i modifikimit pas përkthimit. Aktualisht, janë të njohura 9 gjene strukturore që kodojnë proteinat G dhe 12 produkte të këtyre gjeneve.

1. 1971 - nevoja e GTP për të stimuluar adenilate ciklazën me glukagon u demonstrua për herë të parë.

2. 1981 - është izoluar proteina Gt-transducin, e cila lidh rodopsinën me fosfodiesterazën me GTP të fotoreceptorëve.

Z. 1983 - U izolua proteina Gs që lidh GTP, e cila lidh receptorët stimulues me adenilate ciklazën.

4. 1985-1988 - u tregua se fosfolipaza C dhe fosfolipaza A2 rregullohen nga hormonet dhe neurotransmetuesit përmes proteinave Gp.

5. Aktualisht, proteinat G ndahen në disa lloje: katër Gs, tre Gi, Go, Gz/x (sistemi nervor qendror dhe shpretka), Gt (transducin), Golf (qeliza neuroepiteliale të nuhatjes).

Struktura dhe vetitë

1. G-proteinat janë heterotrimerë në të cilët nën-njësia α lidhet lirshëm me dimerin β-γ.

2. Të gjitha nën-njësitë e njohura α (pesha molekulare - 50 kDa) janë homologe dhe shumica e tyre kanë nën-njësi b të njëjta (ose shumë të ngjashme) (mol. pesha 35 kDa) dhe nën-njësi (mol. pesha 8 kDa) .

H. Nën-njësia α përcakton specifikën e lidhjes së G-proteinës me receptorin dhe efektorin dhe është unike për çdo G-proteinë.

4. Nën-njësia α lidh dhe hidrolizon GTP (GTPase).

5. Nën-njësia α përmban një domen shumë të konservuar të lidhjes dhe hidrolizës GTP (18 aminoacide nga 350-395).

6. Janë identifikuar vendet lidhëse për nukleotidet e guaninës dhe vendet e ndërveprimit me receptorët (C-terminus) dhe βγ-dimerët (N-terminus).

7. Janë identifikuar vende të ADP-ribosilimit (arginine-202) nën ndikimin e toksinës së kolerës dhe toksinës së pertusisit.

Lidhja me membranë

Proteinat G janë të lokalizuara në sipërfaqen e brendshme të membranës plazmatike. Struktura primare e të gjitha nën-njësive të proteinës G nuk përmban domene hidrofobike, që shtrihen në membranë.

1. Lidhja e G-proteinave me membranën lehtësohet nga acilimi nga radikalet e acideve yndyrore. Janë identifikuar dy lloje të modifikimeve të lipideve të nën-njësive të proteinës G: myristoylimi dhe izoprenilimi i zinxhirit proteinik.

2. Miristolimi post-translational nga terminali N është treguar për nën-njësitë α të proteinave Go dhe Gi.

H. Modifikimet pas-translative (acilimi) tregohen edhe për nën-njësitë βγ.

4. Janë identifikuar tre modifikime të njëpasnjëshme post-translative përgjegjëse për lidhjen e proteinave ras me membranën.

5. Nënnjësitë α të pastruara shfaqin veti hidrofilike (pa kompleksin βγ nuk mund të lidhen me vezikulat fosfolipide artificiale).

Organizimi strukturor dhe funksional i proteinave G

Proteinat G (proteinat që lidhen me GTP) janë ndërmjetës universalë në transmetimin e sinjaleve nga receptorët në enzimat e membranës qelizore që katalizojnë formimin e lajmëtarëve të dytë të sinjalit hormonal. Proteinat G janë oligomere që përbëhen nga nënnjësi α, β dhe γ. Përbërja e dimerëve βγ ndryshon pak në inde të ndryshme, por brenda së njëjtës qelizë, të gjitha proteinat G, si rregull, kanë të njëjtin grup nën-njësish βγ. Prandaj, proteinat G zakonisht dallohen nga nën-njësitë e tyre α. Janë identifikuar 16 gjene që kodojnë nën-njësi të ndryshme të proteinave G. Disa nga gjenet kanë më shumë se një proteinë për shkak të bashkimit alternativ të ARN-së.