بروتين الGTPase

GTPases هي عائلة كبيرة من إنزيمات الهيدرولاز التي تعلق بالنيوكليوتيد غوانوزين ثلاثي الفوسفات (GTP) وتتحلل عبر الماء إلى غوانوزين ثنائي فوسفات (الناتج المحلي الإجمالي) . [1] يحدث ارتباط GTP والتحلل المائي في مجال G المحفوظ والذي يشترك في الكثير من GTPases.

المهام

تعمل GTPases كجزيئات أو مؤقتات في العديد من العمليات الخلوية الأساسية. [2]

تتضمن أمثلة هذه الأدوار:

تكون GTPases نشطة حينما تكون مرتبطة بـ GTP وغير نشطة حينما تكون مرتبطة بالناتج المحلي. [2] [3] في نموذج - محول الطاقة - المستجيب، تعمل إشارات GTPases كمحولات طاقة لتنظيم نشاط البروتينات المستجيبة. يعود هذا التبديل غير النشط إلى التغييرات والمنقلبات التوافقية في البروتين الذي يميز هذين الشكلين، وخاصةً في مناطق "التبديل" التي تكون في الحالة النشطة قادرة على القيام باتصالات بروتينية بروتينية مع البروتينات الشريكة التي تسعى بتغير وظيفة هذه المؤثرات. [1]

آلية

يؤدي التحلل المائي لـ GTP المرتبط بـ GTPase (نشط) إلى إلغاء تنشيط وظيفة الإشارة / المؤقت للإنزيم. [2] [3] يحدث التحلل المائي للفوسفات الثالث () من GTP لتكوين ثنائي فوسفات الغوانوزين (GDP) و P i ، الفوسفات غير العضوي ، بواسطة آلية S N 2 (انظر الاستبدال nucleophilic ) عبر حالة انتقال خماسي التكافؤ ويعتمد على وجود أيون المغنيسيوم ملغ 2+ .

يعمل نشاط GTPase بإيقاف لأدوار إشارات GTPases من خلال إعادة البروتين النشط المرتبط بـ GTP إلى الحالة غير النشطة المرتبطة بالناتج المحلي الإجمالي. [2] [3] معظم "GTPases" لها نشاط GTPase، والذي يقبل لها بالبقاء نشطة فقط لفترة قصيرة جدا قبل إلغاء تنشيط نفسها عن طريق تحويل GTP المربوطة إلى الناتج المحلي الإجمالي المرتبط. ومع ذلك، تستخدم الكثير من GTPases أيضًا بروتينات ملحقة والتي تعرف : بروتينات تنشيط GTPase أو GAPs لتسريع نشاط GTPase. هذا يقلل من العمر النشط للإشارات GTPases. [4] تحتوي بعض GTPases على نشاط GTPase جوهري قليل أو معدوم، وتعتمد كليًا على بروتينات GAP من أجل التعطيل (مثل عامل ADP-ribosylation أو عائلة ARF لبروتينات ربط GTP الصغيرة). [5]

ليتم تنشيطها، يجب ربط GTPases بـ GTP. نظرًا لتحويل الناتج المحلي الإجمالي المرتبط مباشرة إلى GTP غير معروفة، يتم حث GTPases غير النشطة على إطلاق الناتج المحلي الإجمالي المرتبط من خلال عمل بروتينات تنظيمية متميزة تدعى بعوامل تبادل نيوكليوتيدات الجوانين أو GEFs. [2] [3] يعمل GTPase الخالي من النوكليوتيدات على إعادة ربط GTP، والذي يعد مفرطًا في الخلايا السليمة مقارنة بالناتج المحلي الإجمالي، مما يقبل لـ GTPase بالدخول إلى حالة التشكل النشط وتعزيز تأثيراته على الخلية. يعد تنشيط GEFs آلية التحكم الأساسية في تحفيز وظائف إشارات GTPase ، على الرغم من أن GAPs تلعب أيضًا دورًا مهمًا. بالنسبة لبروتينات G غير المتجانسة والعديد من البروتينات الصغيرة المرتبطة بـ GTP ، يتم تحفيز نشاط GEF بواسطة مستقبلات في سطح الخلية استجابةً للإشارات خارج الخلية

ترتبط بعض GTPases أيضًا ببروتينات ملحقة تسمى مثبطات تفكك النوكليوتيدات الجوانين أو GDIs التي تعمل على استقرار الحالة غير النشطة المرتبطة بالناتج المحلي الإجمالي. [6]

يمكن تغيير مقدار GTPase النشط بعدة طرق:

  1. يسرع تسريع تفكك الناتج المحلي الإجمالي بواسطة GEFs من تراكم GTPase النشط.
  2. يبطئ تثبيط تفكك الناتج المحلي الإجمالي بواسطة مثبطات تفكك النوكليوتيدات (GDIs) تراكم GTPase النشط.
  3. يؤدي تسريع التحلل المائي GTP بواسطة GAPs إلى تقليل كمية GTPase النشطة.
  4. يمكن لنظائر GTP الاصطناعية مثل GTP- γ -S و β و γ -methylene-GTP و β و γ -imino-GTP التي لا يمكن تحللها بالماء قفل GTPase في حالتها النشطة.
  5. يمكن للطفرات (مثل تلك التي تقلل معدل التحلل المائي الجوهري GTP) أن تحبس GTPase في الحالة النشطة، ومثل هذه الطفرات في GTPase Ras الصغيرة شائعة بشكل خاص في بعض أشكال السرطان. [7]

الزخارف الرئيسية

في معظم قواعد GTPases ، يتم نقل خصوصية الجوانين الأساسي مقابل النيوكليوتيدات الأخرى بواسطة نموذج التعرف على القاعدة، والذي يحتوي على تسلسل الإجماع [N / T] KXD. [8]

لاحظ أنه في حين أن التوبولين والبروتينات الهيكلية ذات الصلة ترتبط أيضًا بـ GTP وتتحلل بالماء كجزء من وظيفتها لتشكيل الأنابيب داخل الخلايا، فإن هذه البروتينات تستخدم مجال توبولين مميزًا لا علاقة له بمجال GTPase المستخدم عن طريق إشارات GTPases. [9]

بروتينات ج غير المتجانسة

البروتين Heterotrimeric G تتكون المجمعات من ثلاث وحدات فرعية متميزة بروتين يدعى ألفا (α)، بيتا (β) وغاما (γ) مفارز . [10] تحتوي الوحدات الفرعية ألفا على مجال ربط GTP / GTPase المحاط بمناطق تنظيمية طويلة، بينما تشكل الوحدات الفرعية بيتا وغاما مجمعًا ثنائي الأبعاد ثابتًا يُشار إليه بمجمع بيتا جاما . [11] عند تنشيطه، ينفصل بروتين G غير المتجانسة إلى وحدة ألفا الفرعية النشطة المرتبطة بـ GTP ووحدة فرعية منفصلة لبيتا جاما، يمكن لكل منها أداء أدوار إشارات مميزة. [2] [3] يتم تعديل الوحدة الفرعية α و بواسطة مثبتات دهنية لزيادة ارتباطها بالنشرة الداخلية لغشاء البلازما. [12]

تعمل بروتينات G غير المتجانسة كمحولات للمستقبلات المقترنة بالبروتين G ، حيث تقترن تنشيط المستقبلات بمؤثرات الإشارات النهائية والمرسلات الثانية . [2] [3] [13] في الخلايا unstimulated، يتم تجميع البروتينات G heterotrimeric كما بد من الناتج المحلي الإجمالي، أرتب غير نشط (G α -GDP-G βγ مجمع). عند تنشيط المستقبلات، يعمل المجال داخل الخلايا للمستقبل المنشط كمرفق البيئة العالمية لإطلاق الناتج المحلي الإجمالي من مركب البروتين G ولتعزيز ارتباط GTP في مكانه. يخضع المركب المرتبط بـ GTP لتحول تشكيل نشط يفصله عن المستقبل ويقسم أيضًا المركب إلى مكونه الفرعي المكون من بروتين G ألفا وبيتا جاما. في حين أن هذه الوحدات الفرعية للبروتين G المنشط أصبحت الآن حرة في تنشيط مؤثراتها، فإن المستقبل النشط يتمتع بالحرية أيضًا لتنشيط بروتينات G الإضافية - وهذا يسمح بالتنشيط التحفيزي والتضخيم حيث يمكن لمستقبل واحد تنشيط العديد من بروتينات G.

يتم إنهاء إشارات البروتين G عن طريق التحلل المائي لـ GTP المرتبط بالناتج المحلي الإجمالي المرتبط. [2] [3] يمكن أن يحدث هذا من خلال نشاط GTPase الجوهري للوحدة الفرعية α ، أو يتم تسريعها بواسطة بروتينات تنظيمية منفصلة تعمل كبروتينات تنشيط GTPase (GAPs) ، مثل أعضاء منظم إشارات البروتين G (RGS) الأسرة). [4] تعمل سرعة تفاعل التحلل المائي كساعة داخلية تحد من طول الإشارة. بمجرد أن يتم إرجاع G α إلى كونه مرتبطًا بالناتج المحلي الإجمالي، فإن جزأين من المتغير المتغاير يعادان الارتباط بالحالة الأصلية غير النشطة.

البروتينات G heterotrimeric يمكن تصنيفها حسب تسلسل التماثل من وحدة ألفا والأهداف الوظيفية إلى أربع عائلات: عائلة G الصورة، G ط الأسرة، G الأسرة ف وG 12 عائلة. [10] تحتوي كل عائلة من عائلات بروتين G α هذه على أعضاء متعددة، بحيث تحتوي الثدييات على 16 جينًا مميزًا للوحدة الفرعية ألفا . تتكون G β و G γ بالمثل من العديد من الأعضاء، مما يزيد من التنوع الهيكلي والوظيفي المتغاير. من بين الجزيئات المستهدفة لبروتينات G المحددة، الإنزيمات المولدة للرسول الثانية adenylyl cyclase وphospholipase C ، بالإضافة إلى القنوات الأيونية المختلفة. [14]

البروتينات الصغيرة

تعمل GTPases الصغيرة كمونومرات ولها وزن جزيئي يبلغ حوالي 21 كيلودالتون والتي تتكون أساسًا من مجال GTPase. [15] وتسمى أيضًا بروتينات تنظيمية ملزمة للنيوكليوتيدات صغيرة أو أحادية الجوانين، "بروتينات ربط GTP صغيرة أو أحادية" ، أو بروتينات G صغيرة أو أحادية، ولأن لها تماثلًا كبيرًا مع البروتين الذي تم تحديده لأول مرة، المسمى Ras ، يشار إليها أيضًا باسم عائلة رأس GTPases الفائقة . تعمل GTPases الصغيرة بشكل عام كمفاتيح جزيئية ومحولات إشارة لمجموعة متنوعة من أحداث الإشارات الخلوية، وغالبًا ما تتضمن الأغشية أو الحويصلات أو الهيكل الخلوي. [16] وفقًا لتسلسل الأحماض الأمينية الأولية وخصائصها الكيميائية الحيوية، يتم تقسيم العديد من قواعد GTP الصغيرة لعائلة Ras الفائقة إلى خمس عائلات فرعية ذات وظائف مميزة: Ras و Rho (“Ras-homology”) و Rab و Arf و Ran . في حين يتم تنشيط العديد من GTPases الصغيرة بواسطة GEFs الخاصة بهم استجابة للإشارات داخل الخلايا المنبثقة من مستقبلات سطح الخلية (خاصة مستقبلات عامل النمو ) ، يتم تنشيط GEFs التنظيمية للعديد من GTPases الصغيرة الأخرى استجابة لإشارات الخلية الجوهرية، وليس إشارات سطح الخلية (الخارجية).

عائلة عامل الترجمة

تلعب GTPases لعائلة عوامل الترجمة المتعددة أدوارًا مهمة في بدء واستطالة وإنهاء التخليق الحيوي للبروتين . [17] [18]

عوامل النقل

لمناقشة إزفاء العوامل ودور GTP، انظر الجسيمات الاعتراف إشارة (الخطة).

البروتينات الكبيرة

انظر إلى الدينامين كنموذج أولي لـ GTPases الأحادية الكبيرة.

انظر أيضًا

المراجع
  1. Stouten, PF؛ Sander, C؛ Wittinghofer, A؛ Valencia, A (1993)، "How does the switch II region of G-domains work?"، FEBS Letters، 320 (1): 1–6، doi:10.1016/0014-5793(93)81644-f، PMID 8462668.
  2. Gilman, AG (1987)، "G proteins: transducers of receptor-generated signals"، Annual Review of Biochemistry، 56: 615–649، doi:10.1146/annurev.bi.56.070187.003151، PMID 3113327.
  3. Rodbell, M (1995)، "Nobel Lecture: Signal transduction: Evolution of an idea"، Bioscience Reports، 15 (3): 117–133، doi:10.1007/bf01207453، PMID 7579038.
  4. Berman, DM؛ Gilman, AG (1998)، "Mammalian RGS proteins: barbarians at the gate"، Journal of Biological Chemistry، 273 (3): 1269–1272، doi:10.1074/jbc.273.3.1269، PMID 9430654.
  5. Kahn, RA؛ Gilman, AG (1986)، "The protein cofactor necessary for ADP-ribosylation of Gs by cholera toxin is itself a GTP binding protein"، Journal of Biological Chemistry، 261 (17): 7906–7911، PMID 3086320.
  6. Sasaki, T؛ Takai, Y (1998)، "The Rho Small G Protein Family-Rho GDI System as a Temporal and Spatial Determinant for Cytoskeletal Control"، Biochemical and Biophysical Research Communications، 245 (3): 641–645، doi:10.1006/bbrc.1998.8253، PMID 9588168.
  7. Murugan, AK؛ Grieco, M؛ Tsuchida, N (2019)، "RAS Mutations in Human Cancers: Roles in Precision Medicine"، Seminars in Cancer Biology، 59: 23–35، doi:10.1016/j.semcancer.2019.06.007، PMID 31255772.
  8. Leipe D.D.؛ Wolf Y.I.؛ Koonin E.V.؛ Aravind, L. (2002)، "Classification and evolution of P-loop GTPases and related ATPases"، J. Mol. Biol.، 317 (1): 41–72، doi:10.1006/jmbi.2001.5378، PMID 11916378، مؤرشف من الأصل في 24 مارس 2020.
  9. "Tubulin and FtsZ form a distinct family of GTPases"، Nat. Struct. Biol.، 5 (6): 451–8، يونيو 1998، doi:10.1038/nsb0698-451، PMID 9628483.
  10. "Genomic characterization of the human heterotrimeric G protein alpha, beta, and gamma subunit genes"، DNA Research، 7 (2): 111–20، أبريل 2000، doi:10.1093/dnares/7.2.111، PMID 10819326.
  11. "G protein beta gamma subunits"، Annual Review of Pharmacology and Toxicology، 37: 167–203، 1997، doi:10.1146/annurev.pharmtox.37.1.167، PMID 9131251.
  12. Chen, CA؛ Manning, DR (2001)، "Regulation of G proteins by covalent modification"، Oncogene، 20 (13): 1643–1652، doi:10.1038/sj.onc.1204185، PMID 11313912.
  13. Pierce, KL؛ Premont, RT؛ Lefkowitz, RJ (2002)، "Seven-transmembrane receptors"، Nature Reviews Molecular Cell Biology، 3 (9): 639–650، doi:10.1038/nrm908، PMID 12209124.
  14. Neves, SR؛ Ram, PT؛ Iyengar, R (2002)، "G protein pathways"، Science، 296 (5573): 1636–1639، Bibcode:2002Sci...296.1636N، doi:10.1126/science.1071550، PMID 12040175.
  15. Takai, Y؛ Sasaki, T؛ Matozaki, T (2001)، "Small GTP-binding proteins"، Physiological Reviews، 81 (1): 153–208، doi:10.1152/physrev.2001.81.1.153، PMID 11152757.
  16. Hall, A (1990)، "The cellular functions of small GTP-binding proteins"، Science، 249 (4969): 635–640، Bibcode:1990Sci...249..635H، doi:10.1126/science.2116664، PMID 2116664.
  17. Parmeggiani, A؛ Sander, G (1981)، "Properties and regulation of the GTPase activities of elongation factors Tu and G, and of initiation factor 2"، Molecular and Cellular Biochemistry، 35 (3): 129–158، doi:10.1007/BF02357085، PMID 6113539.
  18. Gibbs, MR؛ Fredrick, K (2018)، "Roles of elusive translational GTPases come to light and inform on the process of ribosome biogenesis in bacteria"، Molecular Microbiology، 107 (4): 445–454، doi:10.1111/mmi.13895، PMID 29235176.

روابط خارجية
  • بوابة الكيمياء الحيوية
  • بوابة علم الأحياء
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.