Under navnet G-proteiner er en inhomogen gruppe proteiner som kan binde nukleotidene guanosindifosfat (BNP) og guanosintrifosfat (GTP).
De spiller en avgjørende rolle i overføringen og "oversettelsen" av ekstracellulære signaler til og i cellen. Membranbundne, heterotrimeriske G-proteiner er formidleren mellom det ekstracellulære og intracellulære rommet og såkalte små G-proteiner, som er lokalisert i cytosolen til cellene, som sikrer overføring av signalene i cellen.
Hva er et G-protein?
G-proteiner, også kjent som GTPaser, representerer en inhomogen gruppe proteiner som spiller en avgjørende rolle i overføringen av ekstracellulære signaler til og i cellen. Alle G-proteiner er preget av det faktum at de kan binde nukleotidene GTP og BNP.
De kan deles inn i to store grupper av membranbundne heterotrimeriske G-proteiner og såkalte små monomere G-proteiner. De monomere G-proteiner er lokalisert i cytosolen til cellene og fungerer som andre budbringere for signaloverføring i cellen. De membranbundne G-proteiner er sammensatt av underenhetene Alfa, Beta og Gamma. I inaktiv tilstand er BNP bundet til alfa-underenheten.
En ekstracellulær stimulans (signal) setter i gang en prosess der BNP erstattes av GTP og samtidig finner en dissosiasjon sted mellom alfa-underenheten og beta-gamma-underenheten. De to beta- og gamma-underenhetene forblir sammen som en aktiv funksjonell enhet selv i de påfølgende prosessene som en beta-gamma-underenhet. Utvekslingen av BNP med GTP tilsvarer dermed å bytte fra den inaktive “AV-posisjonen” til den aktiverte “ON-posisjonen”.
Funksjon, effekt og oppgaver
Som dyreceller er menneskelige celler beskyttet av en cellemembran som ikke lett er gjennomtrengelig for store molekyler eller sykdomsfremkallende bakterier. På den ene siden gir cellemembranen beskyttelse for den interne cytosol og cellekjernen, på den andre siden kan dette være et problem for nødvendig kommunikasjon og informasjonsutveksling mellom celler, i en celle og mellom ekstracellulært og intracellulært rom.
Hovedfunksjonen til de membranbundne heterotrimeriske G-proteiner, hvorav omtrent 21 forskjellige alfa-underenheter er kjent, består i signaloverføring fra det ekstracellulære rommet til innsiden av cellen. Signaloverføringer er viktige for overføring av signaler og oversettelse av visse "instruksjoner" til cellulære metabolske prosesser. Poenget er å motta viktige meldinger som blir brakt til cellen utenfra via messenger-stoffer, hormoner eller nevrotransmittere og å oversette dem som "arbeidsinstruksjoner" for cellen og videreformidle dem til andre messenger inne i cellen, som sikrer videre transport innenfor cytosolen .
Prosessen med transduksjon spiller også en viktig rolle i overføringen av visse sensitive stimuli som syn, hørsel, smak og lukt. Signaltransduksjon er like viktig for at visse kontrollsløyfer fungerer som styrer kroppstemperatur, blodtrykk, hjertefunksjon og mange andre ubevisste parametere. Enkelt sagt representerer de heterotrimeriske G-proteiner forankret i cellemembranen det aktive ryddepunktet for signalstoffer, som overføres i en transformert form til de små G-proteiner inne i cellen, som fungerer som andre budbringere.
De små G-proteinene, hvorav mer enn 100 forskjellige former er kjent, utfører et bredt spekter av oppgaver i cellen.De er for eksempel involvert i regulering av genuttrykk, organisering av cytoskjelettet, transport av stoffer mellom kjernen og cytoplasma, samt utveksling av stoffer med lysosomene og celleproliferasjonen.
Utdanning, forekomst, egenskaper og optimale verdier
Som med alle andre proteiner er de grunnleggende byggesteinene til G-proteiner de såkalte proteinogene aminosyrene, hvorav 23 er kjent til dags dato. Mens cellemetabolismen er i stand til å syntetisere de fleste av aminosyrene i seg selv, må de få aminosyrene som er beskrevet som essensielle, tas inn med mat.
Sammenstillingen av proteinene skjer enten fra grunnen av ved å strenge sammen aminosyrer i den genetisk forhåndsbestemte sekvensen eller ved å montere eksisterende fragmenter av delvis demonterte, langkjedede proteiner. Fragmentene kan også bestå av peptider eller polypeptider som ifølge definisjonen er sammensatt av mindre enn 100 aminosyrer. Syntese av G-proteinene foregår i hver enkelt celle i komplekse prosesser basert på gensegmentene som tidligere er kopiert i mRNA, som bestemmer aminosyresekvensen til hvert enkelt protein.
Fordi G-proteiner i deres mangfoldighet er involvert i praktisk talt alle kontroll- og reguleringsprosesser for hver enkelt celle og forholdet mellom aktivert og inaktivert tilstand er veldig dynamisk, er et øyeblikksbilde av deres konsentrasjon eller aktivitet i cellene ikke mulig og ville ikke være meningsfylt. Hvorvidt alle G-proteinene i nettverket utfører ”normalt” arbeid kan bare vurderes indirekte via helsetilstanden.
Sykdommer og lidelser
Når det gjelder proteiner som er den funksjonelle eller aktiverende delen av et enzym, hormon eller andre funksjonelle enheter, er det fare for at en feil i aminosyresekvensen vil føre til at de mister funksjonen og at enzymet eller hormonet mister en del av dens effektivitet. I de fleste tilfeller av en "proteindefekt" er det en tilsvarende genetisk defekt.
Mutasjon av et gensegment fører til en feil spesifikasjon av aminosyresekvensen og dermed til en feil konstruksjon av det tilsvarende proteinet. G-proteinene er ikke skånet for slike genetisk bestemte feil i blåkopien. Imidlertid mister G-proteinene funksjonen hvis feilen ligger i de G-proteinkoblede reseptorene.
I begge tilfeller utløser den reduserte evnen til å overføre signaler en viss sykdom eller bidrar til dens utvikling. Sykdommer som er assosiert med nedsatt funksjon av G-proteiner er for eksempel pseudohypoparathyreoidisme, akromegali, hyperfunksjonelt skjoldbrusk adenom, svulster i eggstokkene og noen få andre.
