PROTEIN G: CẤU TRÚC, LOẠI VÀ CHỨC NĂNG - SINH HỌC - 2025

Các G protein, hoặc guanine nucleotide binding protein , là các protein gắn với màng sinh chất thuộc về một gia đình của tín hiệu protein "coupler" có chức năng quan trọng trong nhiều quá trình truyền tín hiệu trong các sinh vật nhân chuẩn.

Trong tài liệu, các protein G được mô tả như các công tắc phân tử nhị phân, vì hoạt động sinh học của chúng được xác định bởi những thay đổi trong cấu trúc của chúng do các loại nucleotide mà chúng có thể liên kết: các nucleotide guanosine (diphosphate (GDP) và triphosphat (GTP)).

Cấu trúc của protein Ras, một loại protein G đơn phân (Nguồn: Mark 'AbsturZ' qua Wikimedia Commons)

Chúng thường được kích hoạt bởi các thụ thể của một họ protein được gọi là các thụ thể kết hợp với protein G (GPCR), nhận tín hiệu ban đầu bên ngoài và chuyển đổi nó thành các thay đổi cấu trúc kích hoạt kích hoạt, sau đó nó được dịch chuyển thành sự hoạt hóa của một protein tác động khác.

Một số tác giả cho rằng các gen mã hóa cho họ protein này tiến hóa bằng cách nhân đôi và phân kỳ của một gen tổ tiên chung, mà sản phẩm của chúng ngày càng được tinh chế và chuyên biệt hơn.

Trong số rất nhiều chức năng tế bào mà các protein này có là sự chuyển vị của các đại phân tử trong quá trình tổng hợp protein, sự vận chuyển các tín hiệu nội tiết tố và các kích thích cảm giác, cũng như điều hòa sự tăng sinh và biệt hóa của tế bào.

Hai lớp của loại protein này đã được mô tả: protein G nhỏ và protein G biến dị. Cấu trúc ba chiều đầu tiên của protein G có nguồn gốc hơn một thập kỷ trước từ một protein G nhỏ được gọi là Ras.

Kết cấu

Về mặt cấu trúc, có hai loại protein G được công nhận: protein G nhỏ và protein G biến dị phức tạp hơn nhiều.

Các protein G nhỏ được tạo thành từ một polypeptit đơn có khoảng 200 gốc axit amin và khoảng 20-40 kDa, và trong cấu trúc của chúng có một miền xúc tác được bảo tồn (miền G) bao gồm năm vòng xoắn α, sáu tấm gấp β và năm vòng polypeptit.

Mặt khác, protein dị phân tử G là các protein màng tích hợp được cấu tạo từ ba chuỗi polypeptit, được gọi là tiểu đơn vị α, β và γ.

- Tiểu đơn vị α nặng từ 40 đến 52 kDa, có vùng liên kết nucleotide guanin và có hoạt tính GTPase để thủy phân liên kết giữa các nhóm phosphate của GTP.

Các tiểu đơn vị α của các protein G khác nhau chia sẻ một số vùng cấu trúc như vùng liên kết và thủy phân GTP, nhưng rất khác nhau về vị trí liên kết của chúng với protein thụ thể và protein tác động.

- Tiểu đơn vị β có khối lượng phân tử thấp hơn một chút (từ 35 đến 36 kDa).

- Mặt khác, tiểu đơn vị γ nhỏ hơn nhiều và có trọng lượng phân tử xấp xỉ 8 kDa.

Tất cả các protein G dị hóa đều có 7 miền xuyên màng và chia sẻ trình tự tương tự với miền β và γ. Hai miền này được liên kết chặt chẽ đến mức chúng được xem như một đơn vị chức năng duy nhất.

Các loại

Như đã đề cập ở trên, có hai loại protein G: nhỏ và dị phân tử.

Các protein G nhỏ có vai trò trong sự phát triển tế bào, bài tiết protein và tương tác với túi nội bào. Mặt khác, protein G dị hóa có liên quan đến việc truyền tín hiệu từ các thụ thể bề mặt, và cũng hoạt động như các công tắc luân phiên giữa hai trạng thái tùy thuộc vào nucleotide liên kết.

Protein G nhỏ

Những protein này còn được gọi là GTPase nhỏ, protein liên kết GTP nhỏ, hoặc siêu họ protein Ras và tạo thành một siêu họ độc lập trong lớp lớn GTP hydrolase có chức năng điều hòa.

Các protein này rất đa dạng và kiểm soát nhiều quá trình tế bào. Chúng được đặc trưng bởi miền ràng buộc GTP được bảo tồn, miền "G". Sự liên kết của nucleotide photphat này gây ra những thay đổi cấu trúc quan trọng trong vùng xúc tác của chúng trong các protein G nhỏ.

Hoạt động của nó có liên quan mật thiết đến Protein hoạt hóa GTPase (GAP) và Yếu tố trao đổi nucleotide Guanine (GEF).

Năm lớp hoặc họ của protein G nhỏ đã được mô tả ở sinh vật nhân chuẩn:

-Ras

-Rho

-Rab

-Sar1 / Arf

-Đã chạy

Các protein Ras và Rho kiểm soát sự biểu hiện gen và các protein Rho cũng điều chỉnh sự tổ chức lại của bộ xương tế bào. Các protein nhóm Rab và Sar1 / Arf ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển dạng mụn nước và các protein Ran điều chỉnh quá trình vận chuyển hạt nhân và chu kỳ tế bào.

Protein G dị phân tử

Loại protein này cũng xứng đáng được kết hợp với hai yếu tố protein khác, do đó, con đường tín hiệu từ môi trường bên ngoài đến bên trong tế bào được tạo thành từ ba yếu tố theo thứ tự sau:

1. Các thụ thể kết hợp với protein G
2. Các protein G
3. Các protein hoặc kênh effectors

Có sự đa dạng lớn về protein G dị hóa và điều này liên quan đến sự đa dạng lớn của các tiểu đơn vị α tồn tại trong tự nhiên, trong đó chỉ 20% trình tự axit amin được bảo tồn.

Các protein dị phân tử G thường được xác định nhờ vào sự đa dạng của tiểu đơn vị α, chủ yếu dựa trên sự tương đồng về chức năng và trình tự của chúng.

Các tiểu đơn vị α được tạo thành từ bốn họ (họ Gs, họ Gi / o, họ Gq và họ G12). Mỗi họ được tạo thành từ một “isotype” khác nhau, cộng lại với nhau lên đến hơn 15 dạng tiểu đơn vị α khác nhau.

Gia đình G

Họ này chứa các đại diện cũng tham gia vào quá trình điều hòa các protein cyclase adenylate và được biểu hiện ở hầu hết các loại tế bào. Nó được tạo thành từ hai thành viên: Gs và Golf.

Chỉ số phụ “s” đề cập đến sự kích thích và chỉ số phụ “olf” đề cập đến “mùi” (từ tiếng Anh “olfaction”). Protein trong golf đặc biệt thể hiện ở các tế bào thần kinh cảm giác chịu trách nhiệm về mùi.

Gia đình G

Đây là họ lớn nhất và đa dạng nhất. Chúng được biểu hiện ở nhiều loại tế bào và làm trung gian ức chế phụ thuộc vào thụ thể đối với các loại adenyl cyclase (chỉ số dưới "i" dùng để chỉ sự ức chế).

Protein có tiểu đơn vị α của nhóm Go được biểu hiện đặc biệt trong các tế bào của hệ thần kinh trung ương và có hai dạng biến thể: A và B.

Gia đình G

Các protein có họ tiểu đơn vị α này chịu trách nhiệm điều hòa phospholipase C. Họ này bao gồm bốn thành viên mà các tiểu đơn vị α này được biểu hiện bởi các gen khác nhau. Chúng có nhiều trong tế bào gan, tế bào thận, phổi.

Gia đình G

Họ này được biểu hiện phổ biến trong các sinh vật và các quá trình tế bào chính xác được điều chỉnh bởi các protein với các tiểu đơn vị này không được biết một cách chắc chắn.

Đơn vị con Β và γ

Mặc dù sự đa dạng của cấu trúc alpha là yếu tố quyết định đối với việc xác định các protein dị phân tử, nhưng cũng có rất nhiều sự đa dạng đối với hai tiểu đơn vị khác: beta và gamma.

Đặc trưng

Protein G tham gia vào quá trình "chuyển kênh" tín hiệu từ các thụ thể trên màng sinh chất đến các kênh tác động hoặc enzym.

Ví dụ phổ biến nhất về chức năng của loại protein này là trong việc điều hòa enzyme adenylate cyclase, một enzyme chịu trách nhiệm tổng hợp adenosine 3 ', 5'-monophosphate hoặc đơn giản là AMP vòng, một phân tử có chức năng quan trọng như một chất truyền tin thứ hai. trong nhiều quá trình tế bào đã biết:

-Sự phosphoryl hóa chọn lọc các protein có chức năng cụ thể

-Soạn mã

-Tổ chức lại bộ xương tế bào

-Secretion

-Phân cực của màng

Chúng cũng gián tiếp tham gia vào việc điều chỉnh dòng chảy tín hiệu của inositol (phosphatidylinositol và các dẫn xuất phosphoryl hóa của nó), chịu trách nhiệm kiểm soát các quá trình phụ thuộc vào canxi như điều hòa hóa học và bài tiết các yếu tố hòa tan.

Nhiều kênh ion và protein vận chuyển được điều khiển trực tiếp bởi các protein thuộc họ protein G. Tương tự như vậy, các protein này tham gia vào nhiều quá trình cảm giác như thị giác, khứu giác, v.v.

Họ làm việc như thế nào?

Phương thức tương tác của protein G với protein tác động là đặc trưng cho từng lớp hoặc họ protein.

Đối với protein G liên kết với thụ thể màng (protein G dị hóa), sự liên kết của nucleotide guanin như GDP hoặc guanosine diphosphat với tiểu đơn vị α gây ra sự liên kết của ba tiểu đơn vị, tạo thành một phức hợp được gọi là Gαβγ hoặc G-GDP, được gắn vào màng.

Nếu sau đó phân tử GDP được trao đổi thành phân tử GTP, thì tiểu đơn vị α liên kết với GTP sẽ phân ly khỏi tiểu đơn vị β và γ, tạo thành một phức hợp riêng biệt được gọi là Gα-GTP, có khả năng thay đổi hoạt động của các enzym của nó hoặc các protein mang đích.

Hoạt động thủy phân của tiểu đơn vị này cho phép nó kết thúc quá trình kích hoạt, đổi GTP lấy GDP mới, chuyển sang cấu trúc không hoạt động.

Trong trường hợp không có các thụ thể bị kích thích liên kết với protein G, quá trình trao đổi từ GDP thành GTP này diễn ra rất chậm, có nghĩa là protein G dị hóa chỉ trao đổi GDP cho GTP ở một tốc độ có ý nghĩa sinh lý khi chúng được liên kết với các thụ thể bị kích thích.

Người giới thiệu

1. Gilman, G. (1987). G Protein: Bộ truyền tín hiệu do thụ thể tạo ra. Đánh giá hàng năm trong Hóa sinh, 56, 615-649.
2. Milligan, G., & Kostenis, E. (2006). Heterotrimeric G-protein: một lịch sử ngắn. Tạp chí Dược học Anh, 147, 546–555.
3. Offermanns, S. (2003). G-protein như chất dẫn truyền tín hiệu xuyên màng. Tiến bộ trong Lý sinh & Sinh học phân tử, 83, 101–130.
4. Simon, M., Strathmann, MP, & Gautam, N. (1991). Sự đa dạng của Protein G trong quá trình truyền tín hiệu. Khoa học, 252, 802-808.
5. Syrovatkina, V., Alegre, KO, Dey, R., & Huang, X. (2016). Chức năng điều hòa, tín hiệu và sinh lý của protein G. Tạp chí Sinh học Phân tử, 428 (19), 3850–3868.