G PROTEIN: STRUKTUR, JENIS DAN FUNGSI - BIOLOGI - 2025

The G protein, atau guanin nukleotida yang mengikat protein , adalah protein yang terkait dengan membran plasma milik keluarga sinyal "coupler" protein yang memiliki fungsi penting dalam banyak proses transduksi sinyal pada organisme eukariotik.

Dalam literatur, protein G dideskripsikan sebagai saklar molekul biner, karena aktivitas biologisnya ditentukan oleh perubahan struktur yang diberikan oleh spesies nukleotida yang dapat mereka ikat: nukleotida guanosin (difosfat (PDB) dan trifosfat (GTP)).

Struktur protein Ras, protein G monomerik (Sumber: Mark 'AbsturZ' via Wikimedia Commons)

Mereka umumnya diaktifkan oleh reseptor dari keluarga protein yang dikenal sebagai reseptor berpasangan G-protein (GPCR), yang menerima sinyal awal eksternal dan mengubahnya menjadi perubahan konformasi yang memicu aktivasi, yang itu kemudian diterjemahkan ke dalam aktivasi protein efektor lain.

Beberapa penulis menganggap bahwa gen pengkode untuk keluarga protein ini berevolusi melalui duplikasi dan divergensi gen leluhur yang sama, yang produknya semakin disempurnakan dan terspesialisasi.

Di antara berbagai macam fungsi seluler yang dimiliki protein ini adalah translokasi makromolekul selama sintesis protein, transduksi sinyal hormonal dan rangsangan sensorik, serta pengaturan proliferasi dan diferensiasi sel.

Dua kelas dari jenis protein ini telah dijelaskan: protein G kecil dan protein G heterotrimerik. Struktur tiga dimensi pertama protein G diturunkan lebih dari satu dekade lalu dari protein G kecil yang dikenal sebagai Ras.

Struktur

Secara struktural, ada dua jenis protein G yang dikenali: protein G kecil dan protein G heterotrimerik yang jauh lebih kompleks.

Protein G kecil terdiri dari polipeptida tunggal dari sekitar 200 residu asam amino dan sekitar 20-40 kDa, dan dalam strukturnya terdapat domain katalitik yang dilestarikan (domain G) yang terdiri dari lima heliks α, enam lembaran terlipat β, dan lima loop polipeptida.

Sebaliknya, protein G heterotrimerik adalah protein membran integral yang terdiri dari tiga rantai polipeptida, yang dikenal sebagai subunit α, β, dan γ.

- Subunit α memiliki berat antara 40 dan 52 kDa, memiliki daerah pengikatan nukleotida guanin dan memiliki aktivitas GTPase untuk menghidrolisis ikatan antara gugus fosfat GTP.

Subunit α dari protein G yang berbeda berbagi beberapa domain struktural seperti yang mengikat GTP dan hidrolisis, tetapi sangat berbeda dalam situs pengikatannya ke protein reseptor dan efektor.

-Subunit β memiliki berat molekul yang sedikit lebih rendah (antara 35 dan 36 kDa).

Sebaliknya, subunit γ jauh lebih kecil dan memiliki perkiraan berat molekul 8 kDa.

Semua protein G heterotrimerik memiliki 7 domain transmembran dan memiliki kesamaan urutan dengan domain β dan γ. Kedua domain ini sangat terkait sehingga mereka dipandang sebagai satu unit fungsional.

Jenis

Seperti disebutkan di atas, ada dua jenis protein G: kecil dan heterotrimerik.

Protein G kecil berperan dalam pertumbuhan sel, sekresi protein, dan interaksi vesikula intraseluler. Di sisi lain, protein G heterotrimerik dikaitkan dengan transduksi sinyal dari reseptor permukaan, dan juga bertindak sebagai sakelar yang bergantian antara dua keadaan tergantung pada nukleotida terkait.

Protein G kecil

Protein ini juga disebut GTPase kecil, protein pengikat GTP kecil, atau superfamili protein Ras dan membentuk superfamili independen dalam kelas besar hidrolase GTP dengan fungsi pengaturan.

Protein ini sangat beragam dan mengontrol banyak proses seluler. Mereka dicirikan oleh domain pengikat GTP yang dilestarikan, domain "G". Pengikatan nukleotida fosfat ini menyebabkan perubahan konformasi penting dalam domain katalitiknya dalam protein G kecil.

Aktivitasnya terkait erat dengan GTPase Activating Protein (GAP) dan Guanine Nucleotide Exchange Factor (GEF).

Lima kelas atau keluarga protein G kecil telah dijelaskan pada eukariota:

-Ras

-Rho

-Rab

-Sar1 / Arf

-Ran

Protein Ras dan Rho mengontrol ekspresi gen dan protein Rho juga memodulasi reorganisasi sitoskeleton. Protein kelompok Rab dan Sar1 / Arf mempengaruhi transpor vesikuler dan protein Ran mengatur transpor inti dan siklus sel.

Protein G heterotrimerik

Jenis protein ini juga perlu dikaitkan dengan dua faktor protein lainnya, sehingga jalur pensinyalan dari lingkungan luar ke bagian dalam sel tersusun dari tiga unsur dengan urutan sebagai berikut:

1. The reseptor ditambah dengan protein G
2. The G protein
3. The protein atau saluran efektor

Terdapat keragaman yang besar dari protein G heterotrimerik dan ini terkait dengan keragaman subunit α yang ada di alam, di mana hanya 20% dari urutan asam amino yang dilestarikan.

Protein Heterotrimerik G biasanya diidentifikasi berkat keragaman subunit α, terutama berdasarkan kesamaan fungsional dan urutannya.

Subunit α terdiri dari empat keluarga (keluarga Gs, keluarga Gi / o, keluarga Gq, dan keluarga G12). Setiap kelompok terdiri dari "isotipe" berbeda yang bersama-sama menambahkan hingga lebih dari 15 bentuk subunit α yang berbeda.

G keluarga

Keluarga ini berisi perwakilan yang juga berpartisipasi dalam regulasi protein adenylate cyclase dan diekspresikan di sebagian besar tipe sel. Itu terdiri dari dua anggota: Gs dan Golf.

Subskrip "s" mengacu pada stimulasi dan subskrip "olf" mengacu pada "bau" (dari bahasa Inggris "olfaction"). Protein golf secara khusus diekspresikan dalam neuron sensorik yang bertanggung jawab atas bau.

G keluarga

Ini adalah keluarga terbesar dan paling beragam. Mereka diekspresikan dalam banyak tipe sel dan memediasi penghambatan yang bergantung pada reseptor dari berbagai tipe adenil siklase (subskrip "i" mengacu pada penghambatan).

Protein dengan subunit α dari kelompok Go diekspresikan terutama dalam sel sistem saraf pusat dan memiliki dua varian: A dan B.

G keluarga

Protein dengan famili α-subunit ini bertanggung jawab atas regulasi fosfolipase C. Keluarga ini terdiri dari empat anggota yang subunit α diekspresikan oleh gen yang berbeda. Mereka berlimpah di sel hati, sel ginjal, dan paru-paru.

G keluarga

Keluarga ini diekspresikan di mana-mana dalam organisme dan proses seluler pasti yang diatur oleh protein dengan subunit ini tidak diketahui secara pasti.

Β dan γ subunit

Meskipun keragaman struktur alfa sangat menentukan untuk identifikasi protein heterotrimerik, ada juga banyak keragaman sehubungan dengan dua subunit lainnya: beta dan gamma.

fitur

Protein G berpartisipasi dalam "penyaluran" sinyal dari reseptor pada membran plasma ke saluran efektor atau enzim.

Contoh paling umum dari fungsi jenis protein ini adalah dalam regulasi enzim adenylate cyclase, enzim yang bertanggung jawab untuk sintesis adenosine 3 ', 5'-monophosphate atau hanya AMP siklik, sebuah molekul yang memiliki fungsi penting sebagai pembawa pesan kedua. dalam banyak proses seluler yang diketahui:

Fosforilasi protein selektif dengan fungsi tertentu

-Transkripsi genetik

-Reorganisasi sitoskeleton

-Kekresi

-Depolarisasi membran

Mereka juga secara tidak langsung berpartisipasi dalam regulasi kaskade pensinyalan inositol (fosfatidylinositol dan turunannya yang terfosforilasi), yang bertanggung jawab untuk mengontrol proses yang bergantung pada kalsium seperti kemotaksis dan sekresi faktor terlarut.

Banyak saluran ion dan protein transpor dikendalikan secara langsung oleh protein dari keluarga protein G. Demikian pula, protein ini terlibat dalam banyak proses sensorik seperti penglihatan, penciuman, dan lain-lain.

Bagaimana mereka bekerja?

Cara interaksi protein G dengan protein efektor khusus untuk setiap kelas atau keluarga protein.

Untuk protein G yang berpasangan dengan reseptor membran (protein G heterotrimerik), pengikatan nukleotida guanin seperti GDP atau guanosine difosfat ke subunit α menyebabkan asosiasi ketiga subunit tersebut, membentuk kompleks yang dikenal sebagai Gαβγ atau G-GDP, yang menempel pada membran.

Jika molekul PDB kemudian ditukar dengan molekul GTP, subunit α yang terikat ke GTP akan terdisosiasi dari subunit β dan γ, membentuk kompleks terpisah yang dikenal sebagai Gα-GTP, yang mampu mengubah aktivitas enzimnya atau protein pembawa target.

Aktivitas hidrolitik subunit ini memungkinkannya untuk menyelesaikan aktivasi, menukar GTP dengan PDB baru, meneruskan ke konformasi tidak aktif.

Dengan tidak adanya reseptor tereksitasi yang berasosiasi dengan protein G, proses pertukaran dari PDB ke GTP ini sangat lambat, yang berarti bahwa protein G heterotrimerik hanya menukar PDB untuk GTP pada tingkat yang signifikan secara fisiologis ketika mereka terikat reseptor bersemangat.

Referensi

1. Gilman, G. (1987). Protein G: Transduser Sinyal yang Dihasilkan Reseptor. Ulasan Tahunan di Biokimia, 56, 615-649.
2. Milligan, G., & Kostenis, E. (2006). Protein G heterotrimerik: riwayat singkat. Jurnal Farmakologi Inggris, 147, 546–555.
3. Offermanns, S. (2003). G-protein sebagai transduser dalam pensinyalan transmembran. Kemajuan dalam Biofisika & Biologi Molekuler, 83, 101–130.
4. Simon, M., Strathmann, MP, & Gautam, N. (1991). Keragaman Protein G dalam Transduksi Sinyal. Sains, 252, 802-808.
5. Syrovatkina, V., Alegre, KO, Dey, R., & Huang, X. (2016). Regulasi, Pensinyalan, dan Fungsi Fisiologis dari G-Protein. Jurnal Biologi Molekuler, 428 (19), 3850-3868.