G-protein

Under namnet G-proteiner är en inhomogen grupp av proteiner som kan binda nukleotiderna guanosindifosfat (BNP) och guanosintrifosfat (GTP).

De spelar en avgörande roll i överföringen och "översättningen" av extracellulära signaler till och i cellen. Membranbaserade, heterotrimeriska G-proteiner är förmedlaren mellan det extracellulära och intracellulära utrymmet och så kallade små G-proteiner, som finns i cytosolen i cellerna, säkerställer överföringen av signalerna i cellen.

Vad är ett G-protein?

G-proteiner, även kända som GTPaser, representerar en inhomogen grupp proteiner som spelar en avgörande roll i överföringen av extracellulära signaler till och i cellen. Alla G-proteiner kännetecknas av det faktum att de kan binda nukleotiderna GTP och BNP.

De kan delas in i två stora grupper av membranbundna heterotrimeriska G-proteiner och så kallade små monomera G-proteiner. De monomera G-proteinerna finns i cytosolen i cellerna och fungerar som andra budbärare för signalöverföring i cellen. De membranbundna G-proteinerna består av underenheterna Alfa, Beta och Gamma. I det inaktiva tillståndet är BNP bunden till alfa-subenheten.

En extracellulär stimulans (signal) sätter igång en process där BNP ersätts av GTP och samtidigt sker en dissociation mellan alfa-subenheten och beta-gamma-subenheten. De två beta- och gamma-subenheterna förblir tillsammans som en aktiv funktionell enhet även i de efterföljande processerna som en beta-gamma-subenhet. Utbytet av BNP med GTP motsvarar således att byta från den inaktiva ”OFF-positionen” till den aktiverade “ON-positionen”.

Funktion, effekt och uppgifter

Liksom djurceller skyddas mänskliga celler av ett cellmembran som inte är lätt permeabelt för stora molekyler eller patogena bakterier. Å ena sidan ger cellmembranet skydd för den inre cytosolen och cellkärnan, å andra sidan kan detta vara ett problem för nödvändig kommunikation och informationsutbyte mellan celler, i en cell och mellan extracellulärt och intracellulärt utrymme.

Huvudfunktionen för de membranbundna heterotrimera G-proteinerna, av vilka ungefär 21 olika alfa-subenheter är kända, består i signaltransduktion från det extracellulära utrymmet till insidan av cellen. Signaltransduktioner är viktiga för överföring av signaler och översättning av vissa "instruktioner" till cellulära metaboliska processer. Poängen är att ta emot viktiga meddelanden som föras till cellen utanför via messenger-substanser, hormoner eller neurotransmittorer och att översätta dem som "arbetsinstruktioner" för cellen och överföra dem till andra budbärare inuti cellen, vilket säkerställer ytterligare transport inom cytosolen .

Transduktionsprocessen spelar också en viktig roll i överföringen av vissa känsliga stimuli som syn, hörsel, smak och lukt. Signaltransduktion är lika viktigt för att vissa kontrollöglor fungerar som styr kroppstemperatur, blodtryck, hjärtfunktion och många andra medvetslösa parametrar. Enkelt uttryckt förkroppsligar de heterotrimeriska G-proteinerna som förankras i cellmembranet den aktiva clearingpunkten för signalämnen, som överförs i transformerad form till de små G-proteinerna inuti cellen, som fungerar som andra budbärare.

De små G-proteinerna, av vilka mer än 100 olika former är kända, utför ett brett spektrum av uppgifter inom cellen.Till exempel är de involverade i regleringen av genuttryck, organisationen av cytoskeletten, transporten av ämnen mellan kärnan och cytoplasma, samt utbyte av ämnen med lysosomerna och cellproliferation.

Utbildning, förekomst, egenskaper och optimala värden

Som med alla andra proteiner är de grundläggande byggstenarna för G-proteiner de så kallade proteinogena aminosyrorna, varav 23 hittills är kända. Medan cellmetabolismen kan syntetisera de flesta av aminosyrorna i sig måste de få aminosyrorna som beskrivs vara väsentliga tas med med mat.

Montering av proteinerna sker antingen från grunden genom att stränga ihop aminosyror i den genetiskt specificerade sekvensen eller genom att sammansätta befintliga fragment av delvis demonterade, långkedjiga proteiner. Fragmenten kan också bestå av peptider eller polypeptider som enligt definitionen består av mindre än 100 aminosyror. Syntesen av G-proteinerna sker i varje enskild cell i komplexa processer baserade på gensegmenten som tidigare kopierats i mRNA, vilket bestämmer aminosyrasekvensen för varje enskilt protein.

Eftersom G-proteiner i deras mångfald är involverade i praktiskt taget alla kontroll- och regleringsprocesser för varje enskild cell och förhållandet mellan aktiverat och inaktiverat tillstånd är mycket dynamiskt, är en stillbild av deras koncentration eller aktivitet i cellerna inte möjlig och skulle inte vara meningsfull. Huruvida alla G-proteiner i nätverket utför ”normalt” arbete kan endast bedömas indirekt via hälsostatus.

Sjukdomar och störningar

När det gäller proteiner som är den funktionella eller aktiverande delen av ett enzym, hormon eller andra funktionella enheter, finns det en risk att ett fel i deras aminosyrasekvens får dem att förlora funktion och enzymet eller hormonet förlorar en del av dess effektivitet. I de flesta fall av en "proteindefekt" finns det en motsvarande genetisk defekt.

Mutation av ett gensegment leder till en felaktig specifikation av aminosyrasekvensen och därmed till en felaktig konstruktion av motsvarande protein. G-proteinerna sparas inte från sådana genetiskt bestämda fel i planen. G-proteinerna förlorar dock också sin funktion om felet ligger i de G-proteinkopplade receptorerna.

I båda fallen utlöser den reducerade förmågan att överföra signaler en viss sjukdom eller bidrar till dess utveckling. Sjukdomar som är förknippade med nedsatt funktion av G-proteiner är till exempel pseudohypoparathyreoidism, akromegali, hyperfunktionellt sköldkörteladomen, tumörer i äggstockarna och några få andra.