Jump to content

G սպիտակուցներ

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
G սպիտակուցներ
Քիմիական միացություն Խմբագրել Wikidata
սպիտակուցների խումբ կամ դաս Խմբագրել Wikidata
Ենթակատեգորիասպիտակուց Խմբագրել Wikidata
Ֆոսդուցին-տրանսդուցին բետա-գամմա կոմպլեքս։ G սպիտակուցի բետա և գամմա ենթամիավորները համապատասխանաբար ցույց են տրված կապույտ և կարմիր գույներով։
Գուանոզինկրկնաֆոսֆորական թթու
Գուանոզինեռֆոսֆորական թթու

G սպիտակուցներ, կամ գուանին նուկլեոտիդ կապող սպիտակուցներ, սպիտակուցների ընտանիք, որոնք գործում են որպես մոլեկուլային անջատիչներ բջիջների ներսում և մասնակցում բջջից դուրս գտնվող տարբեր ազդանշանների փոխանցմանը արտաբջջային միջավայրից դեպի բջջի ներս։ Նրանց ակտիվությունը կարգավորվում է այն գործոններով, որոնք վերահսկում են կապելու և գուանոզինեռֆոսֆորական թթուն (ԳԵՖ) հիդրոլիզելու դրանց կարողությունը՝ առաջացնելով գուանոզին կրկնաֆոսֆորական թթու։ Երբ G սպիտակուցները կապված են ԳԵՖ-ի հետ, նրանք «միացված» վիճակում են, իսկ երբ կապված են ԳԿՖ-ի հետ՝ «անջատված»։ G սպիտակուցները պատկանում են ֆերմենտների ԳԵՖ-ազներ կոչվող ավելի մեծ խմբին։

Գոյություն ունի G սպիտակուցների երկու հիմնական տեսակ։ Առաջինները գործում են որպես մոնոմեր փոքր ԳԵՖ-ազներ (փոքր G-սպիտակուցներ), իսկ երկրորդները՝ որպես հետերոտրիմեր G սպիտակուցային կոմպլեքսներ, որ կազմված են երեք ենթամիավորից՝ ալֆա (Gα), բետա (Gβ) և գամմա (Gγ)[1]։ Բացի այդ, բետա և գամմա ենթամիավորները կարող են ձևավորել կայուն երկու ենթամիավորից բաղկացած կառուցվածք, որը կոչվում է բետա-գամմա կոմպլեքս[2]։

Բջջի ներսում գտնվող հետերոտրիմեր G սպիտակուցները ակտիվանում են G սպիտակուցին կապված ընկալիչների (GPCR) միջոցով, որոնք գտնվում են բջջաթաղանթում[3]։ Ազդանշանային մոլեկուլները կապվում են ընկալիչի այն դոմենին, որը գտնվում է բջջից դուրս, և ներբջջային դոմենն իր հերթին ակտիվացնում է կոնկրետ G սպիտակուց։ Որոշ դեպքերում արդեն ակտիվ G սպիտակուցին կապված ընկալիչը կարող է նախապես կապված լինել G սպիտակուցի հետ («նախակապում»), իսկ այլ դեպքերում, ենթադրվում է, որ ակտիվացումը տեղի է ունենում բախման մեխանիզմով[4][5][6]։

G սպիտակուցով մեկնարկում է հաջորդական ազդանշանային գործընթացների կասկադային շղթա, որի վերջնական արդյունքը բջջի գործունեության փոփոխությունն է։ G սպիտակուցին կապված ընկալիչներն ու G սպիտակուցները համատեղ փոխանցում են ազդանշաններ բազմաթիվ հորմոններից, նյարդամիջնորդանյութերից և այլ ազդանշանային մոլեկուլներից[7]։ G սպիտակուցները կարգավորում են նյութափոխանակային ֆերմենտների, իոնային անցուղիների, փոխադրիչ սպիտակուցների և բջջի այլ կառուցվածքների աշխատանքը՝ վերահսկելով տրանսկրիպցիան, շարժունակությունը, կծկողականությունը և սեկրեցիան։ Այսպիսով, նրանք կարգավորում են տարբեր համակարգային գործառույթներ, ներառյալ սաղմնային զարգացումը, ուսուցումն ու հիշողությունը, ինչպես նաև հոմեոստազը[8]։

G սպիտակուցները բջիջներում կարևոր ազդանշանային փոխանցման մոլեկուլներ են։ «GPCR (G սպիտակուցին կապված ընկալիչների) ազդանշանային ուղիների խանգարումը կապված է բազմաթիվ հիվանդությունների հետ, ինչպիսիք են շաքարային դիաբետը, կուրությունը, ալերգիաները, դեպրեսիան, սիրտ-անոթային հիվանդությունները և քաղցկեղի որոշ տեսակներ։ Ենթադրվում է, որ ժամանակակից դեղամիջոցների մոտ 30%-ի բջջային թիրախները G սպիտակուցին կապված ընկալիչներն են[9]։ Մարդու գենոմը կոդավորում է G սպիտակուցին կապված ընկալչի[10] մոտավորապես 800 տեսակ, որոնք տարբերում են լույսի ֆոտոնները, հորմոնները, աճի գործոնները, դեղամիջոցները և այլ էնդոգեն լիգանդները։ Մարդու գենոմում հայտնաբերված այդպիսի ընկալիչներից մոտ 150-ի գործառույթները դեռևս անհայտ են։

Եթե G սպիտակուցները ակտիվանում են G սպիտակուցին կապված ընկալիչների միջոցով, ապա դրանց ապաակտիվացումը իրականանում է RGS սպիտակուցներով (regulator of G protein signalling՝ G սպիտակուցի ազդանշանի կարգավորիչ)։ Ընկալիչները խթանում են ԳԵՖ-ի կապումը (G սպիտակուցի «միացման» գործընթացը), մինչդեռ RGS սպիտակուցները խթանում են ԳԵՖ-ի հիդրոլիզը՝ առաջացնելով ԳԿՖ, և այդպիսով «անջատում» G սպիտակուցը։

Տարբերություն

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
Մարդու 18 տարբեր Gα սպիտակուցների միջև հաջորդականության (սեկվենսային) հարաբերությունները[11]

Բոլոր էուկարիոտները ազդանշանների փոխանցման համար օգտագործում են G սպիտակուցները և նրանց մոտ ձևավորվել է G սպիտակուցների մեծ բազմազանություն։ Օրինակ, մարդու գենոմը կոդավորում է 18 տարբեր Gα սպիտակուց, 5 Gβ սպիտակուց և 12 Gγ սպիտակուց[11]։

Ազդանշանային փոխանցում

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

«G սպիտակուց» տերմինը կարող է վերաբերվել սպիտակուցների երկու տարբեր ընտանիքների։ Հետերոտրիմեր G սպիտակուցները, որոնք երբեմն անվանում են «մեծ» G սպիտակուցներ, ակտիվանում են G սպիտակուցին կապված ընկալիչների միջոցով և բաղկացած են ալֆա (α), բետա (β) և գամմա (γ) ենթամիավորներից։ «Փոքր» G սպիտակուցները (20-25 կԴա) պատկանում են Ras սուպերընտանիքին՝ փոքր ԳԵՖ-ազների խմբին։ Այս սպիտակուցները հոմոլոգ են հետերոտրիմերների ալֆա (α) ենթամիավորի հետ, սակայն իրականում մոնոմեր են՝ բաղկացած միայն մեկ միավորից։ Այնուամենայնիվ, ինչպես իրենց ավելի մեծ G սպիտակուցները, նրանք ևս կապում են ԳԵՖ և ԳԿՖ և մասնակցում ազդակի փոխանցմանը։

Հետերոտրիմեր

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Տարբեր տեսակների հետերոտրիմեր G սպիտակուցները ունեն ընդհանուր ազդեցության մեխանիզմ։ Նրանք ակտիվանում են G սպիտակուցին կապված ընկալիչների կոնֆորմացիոն փոփոխությանը ի պատասխան՝ փոխարկելով ԳԵՖ-ը ԳԿՖ-ով և տարանջատվելով՝ ակտիվացնելու տվյալ ազդանշանային ուղու այլ սպիտակուցներ[12]։ Սակայն կոնկրետ մեխանիզմները տարբերվում են սպիտակուցների տեսակների միջև։

Լիգանդի (կարմիր) և G սպիտակուցին կապված ընկալիչի (GPCR, բաց կապույտ) միջոցով G սպիտակուցների ակտիվացման ցիկլը (վարդագույն)։ Լիգանդի կապումը GPCR-ի հետ (2) առաջացնում է կոնֆորմացիոն փոփոխություն, որը հեշտացնում է հետերոտրիմեր կոմպլեքսի α ենթամիավորում ԳԿՖ-ի փոխարկումը ԳԵՖ-ով (3-4)։ ԳԵՖ կապած ակտիվ Gα -ն և ազատված Gβγ երկու միավորից բաղկացած կոմպլեքսները կարող են ակտիվացնել բազմաթիվ էֆեկտորների (5)։ Երբ Gα-ի ԳԵՖ-ը հիդրոլիզացվում է ԳԿՖ-ի՝ վերականգնվում է ընկալչի սկզբնական կոնֆորմացիան (1)[13]։

Ընկալիչներից ակտիվացած G սպիտակուցները կապված են բջջաթաղանթի ներքին մակերեսին։ Դրանք բաղկացած են Gα ենթամիավորից և ամուր կապված Gβγ ենթամիավորումից։ Գոյություն ունեն Gα ենթամիավորների չորս հիմնական ընտանիքներ՝ Gαs (G խթանող), Gαi (G արգելակող), Gαq/11 և Gα12/13[14][15]։ Նրանք տարբեր կերպ են արձագանքում էֆեկտոր մոլեկուլի ճանաչմանը, սակայն ունեն ակտիվացման նման մեխանիզմ։

Երբ լիգանդը ակտիվացնում է G սպիտակուցին կապված ընկալչին, այն առաջացնում է ընկալչի կառուցվածքի կոնֆորմացիոն փոփոխություն, ինչը թույլ է տալիս ընկալչին գործել որպես գուանինային նուկլեոտիդի փոխանակման գործոն (GEF), որը փոխարկում է ԳԿՖ-ն ԳԵՖ-ի։ Հետերոտրիմեր G սպիտակուցին կապված ընկալչի ակտիվացման դասական տեսության մեջ ԳԵՖ-ը (կամ ԳԿՖ-ն) կապված է Gα ենթամիավորի հետ։ Այս փոխարկումը ապահովում է Gα ենթամիավորի (որը կապված է ԳԵՖ-ի հետ) տարանջատում Gβγ դիմերից և ընկալչից ամբողջությամբ։

Այնուամենայնիվ, ընդունվում են նաև այն մոդելները, որոնց համաձայն տեղի են ունենում մոլեկուլային վերադասավորումներ, վերակազմավորում և էֆեկտորային մոլեկուլների նախնական համալրում[4][16][17]։ Այսպիսի իրավիճակում ինչպես Gα-ԳԵՖ, այնպես էլ Gβγ կոմպլեքսները կարող են ակտիվացնել տարբեր ազդանշանային կասկադներ (կամ երկրորդային մեսենջերայինուղիներ) և էֆեկտոր սպիտակուցները, մինչդեռ ընկալիչը կարող է ակտիվացնել հաջորդ G սպիտակուցը[18]։

Gα ենթամիավորը հիդրոլիզում է կապված ԳԵՖ-ը ԳԿՖ-ի՝ իր ներքին ֆերմենտային ակտիվության շնորհիվ, ինչը թույլ է տալիս նրան նորից միանալ Gβγ դիմերին և սկսել նոր ցիկլ։ G սպիտակուցի ազդանշանը կարգավորող սպիտակուցների (regulator of G protein signalling, RGS) մի խումբ գործում է որպես ԳԵՖ-ազ ակտիվացնող սպիտակուցներ (GAPs) և հատուկ է Gα ենթամիավորների համար։ Այս սպիտակուցները արագացնում են ԳԵՖ-ի հիդրոլիզը ԳԿՖ-ի՝ ավարտելով ազդակի փոխանցումը։

Որոշ դեպքերում էֆեկտորը ինքը կարող է ունենալ ներքին GAP-ային ակտիվություն, ինչը կարող է օգնել ապաակտիվացնել ուղին։ Այդպես է, օրինակ, ֆոսֆոլիպազ C-բետա ֆերմենտի մոտ, որի C-ծայրային հատվածը օժտված է GAP-ային ակտիվությամբ։ Սա Gα ենթամիավորի այլընտրանքային կարգավորման ձև է։ Նման Gα GAP-երը չունեն կատալիտիկ մնացորդներ (հատուկ ամինաթթվային հաջորդականություններ) Gα սպիտակուցը ակտիվացնելու համար։ Դրանք աշխատում են այլ կերպ՝ նվազեցնելով ռեակցիայի կատարման համար անհրաժեշտ ակտիվացման էներգիան[19]։

Փոքր ԳԵՖ-ազներ

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Փոքր ԳԵՖ-ազները, որոնք նաև հայտնի են որպես փոքր G սպիտակուցներ, նույնպես կապում են ԳԵՖ և ԳԿՖ և մասնակցում են ազդակի փոխանցմանը։ Այս սպիտակուցները հոմոլոգ են հետերոտրիմերների ալֆա (α) ենթամիավորի հետ, սակայն գոյություն ունեն մոնոմերների ձևով։ Դրանք փոքր սպիտակուցներ են (20-25 կԴա), որ կապվում են գուանոզինեռֆոսֆորական թթվի (ԳԵՖ) հետ։ Այս սպիտակուցների ընտանիքը հոմոլոգ է Ras ԳԵՖ-ազների հետ և կոչվում է նաև Ras սուպերընտանիքի ԳԵՖ-ազներ։

Բջջի պլազմատիկ թաղանթի ներքին շերտին ամրանալու համար բազմաթիվ G սպիտակուցներ և փոքր ԳԵՖ-ազներ լիպիդացվում են, այսինքն՝ կովալենտ կապվում են լիպիդների (օրինակ՝ միրիստինաթթվի, պալմիտինաթթվի կամ պրենիլ խումբ պարունակող լիպիդների) հետ։

Ծանոթագրություններ

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
  1. Hurowitz EH, Melnyk JM, Chen YJ, Kouros-Mehr H, Simon MI, Shizuya H (2000 թ․ ապրիլ). «Genomic characterization of the human heterotrimeric G protein alpha, beta, and gamma subunit genes». DNA Research. 7 (2): 111–20. doi:10.1093/dnares/7.2.111. PMID 10819326.
  2. Clapham DE, Neer EJ (1997). «G protein beta gamma subunits». Annual Review of Pharmacology and Toxicology. 37: 167–203. doi:10.1146/annurev.pharmtox.37.1.167. PMID 9131251.
  3. «Seven Transmembrane Receptors: Robert Lefkowitz». iBiology. 2012 թ․ սեպտեմբերի 9. Արխիվացված է օրիգինալից 2016 թ․ օգոստոսի 7-ին. Վերցված է 2016 թ․ հուլիսի 11-ին.
  4. 4,0 4,1 Qin K, Dong C, Wu G, Lambert NA (2011 թ․ օգոստոս). «Inactive-state preassembly of G(q)-coupled receptors and G(q) heterotrimers». Nature Chemical Biology. 7 (10): 740–7. doi:10.1038/nchembio.642. PMC 3177959. PMID 21873996.
  5. Tolkovsky AM, Levitzki A (1978). «Mode of coupling between the beta-adrenergic receptor and adenylate cyclase in turkey erythrocytes». Biochemistry. 17 (18): 3795–3810. doi:10.1021/bi00611a020. PMID 212105.
  6. Boltz HH, Sirbu A, Stelzer N, de Lanerolle P, Winkelmann S, Annibale P (2022). «The Impact of Membrane Protein Diffusion on GPCR Signaling». Cells. 11 (10): 1660. doi:10.3390/cells11101660. PMC 9139411. PMID 35626696.
  7. Reece J, C N (2002). Biology. San Francisco: Benjamin Cummings. ISBN 0-8053-6624-5.
  8. Neves SR, Ram PT, Iyengar R (2002 թ․ մայիս). «G protein pathways». Science. 296 (5573): 1636–9. Bibcode:2002Sci...296.1636N. doi:10.1126/science.1071550. PMID 12040175. S2CID 20136388.
  9. Bosch DE, Siderovski DP (2013 թ․ մարտ). «G protein signaling in the parasite Entamoeba histolytica». Experimental & Molecular Medicine. 45 (1038): e15. doi:10.1038/emm.2013.30. PMC 3641396. PMID 23519208.
  10. Baltoumas FA, Theodoropoulou MC, Hamodrakas SJ (2013 թ․ հունիս). «Interactions of the α-subunits of heterotrimeric G-proteins with GPCRs, effectors and RGS proteins: a critical review and analysis of interacting surfaces, conformational shifts, structural diversity and electrostatic potentials». Journal of Structural Biology. 182 (3): 209–18. doi:10.1016/j.jsb.2013.03.004. PMID 23523730.
  11. 11,0 11,1 Syrovatkina V, Alegre KO, Dey R, Huang XY (2016 թ․ սեպտեմբեր). «Regulation, Signaling, and Physiological Functions of G-Proteins». Journal of Molecular Biology. 428 (19): 3850–68. doi:10.1016/j.jmb.2016.08.002. PMC 5023507. PMID 27515397.
  12. Lim, Wendell (2015). Cell signaling : principles and mechanisms. Bruce Mayer, T. Pawson. New York. ISBN 978-0-8153-4244-1. OCLC 868641565.{{cite book}}: CS1 սպաս․ location missing publisher (link)
  13. Stewart, Adele; Fisher, Rory A. (2015). Progress in Molecular Biology and Translational Science. Vol. 133. Elsevier. էջեր 1–11. doi:10.1016/bs.pmbts.2015.03.002. ISBN 9780128029381. PMID 26123299.
  14. «InterPro». www.ebi.ac.uk. Վերցված է 2023 թ․ մայիսի 25-ին.
  15. Syrovatkina, Viktoriya; Alegre, Kamela O.; Dey, Raja; Huang, Xin-Yun (2016 թ․ սեպտեմբերի 25). «Regulation, Signaling, and Physiological Functions of G-Proteins». Journal of Molecular Biology (անգլերեն). 428 (19): 3850–3868. doi:10.1016/j.jmb.2016.08.002. ISSN 0022-2836. PMC 5023507. PMID 27515397.
  16. Digby GJ, Lober RM, Sethi PR, Lambert NA (2006 թ․ նոյեմբեր). «Some G protein heterotrimers physically dissociate in living cells». Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 103 (47): 17789–94. Bibcode:2006PNAS..10317789D. doi:10.1073/pnas.0607116103. PMC 1693825. PMID 17095603.
  17. Khafizov K, Lattanzi G, Carloni P (2009 թ․ հունիս). «G protein inactive and active forms investigated by simulation methods». Proteins. 75 (4): 919–30. doi:10.1002/prot.22303. PMID 19089952. S2CID 23909821.
  18. Yuen JW, Poon LS, Chan AS, Yu FW, Lo RK, Wong YH (2010 թ․ հունիս). «Activation of STAT3 by specific Galpha subunits and multiple Gbetagamma dimers». The International Journal of Biochemistry & Cell Biology. 42 (6): 1052–9. doi:10.1016/j.biocel.2010.03.017. PMID 20348012.
  19. Sprang SR, Chen Z, Du X (2007). «Structural Basis of Effector Regulation and Signal Termination in Heterotrimeric Gα Proteins». Structural basis of effector regulation and signal termination in heterotrimeric Galpha proteins. Advances in Protein Chemistry. Vol. 74. էջեր 1–65. doi:10.1016/S0065-3233(07)74001-9. ISBN 978-0-12-034288-4. PMID 17854654.