αi-субъединицы Gi кодируются тремя различными структурными генами. Что касается изоформ α-субъединиц Gs-белков, то пока неясно, кодируются ли изоформы разными структурными генами или это продукт одного гена с последующим внутренним альтернативным сплайсингом исходного РНК-транскрипта, или множественность их результат посттрансляционной модификации. В настоящее время известно 9 структурных генов, кодирующих G-белки и 12 продуктов этих генов.
1. 1971г. - впервые показана необходимость ГТФ для стимуляции аденилатциклазы глюкагоном.
2. 1981г. - выделен белок Gt-трансдуцин, связывающий родопсин с фосфодиэстеразой с ГТФ фоторецепторов.
З. 1983г - выделен ГТФ-связываюший белок Gs, сопрягающий стимулирующие рецепторы с аденилатциклазой.
4. 1985-1988гт - показано, что фосфолипаза С и фосфолипаза А2 регулируются гормонами и нейротрансмиттерами через Gp-белки.
5. В настоящее время G-белки разделены на несколько типов: четыре Gs, три Gi, Go, Gz/x (центральная нервная система и селезенка), Gt (трансдуцин), Golf(обонятельные нейроэпителиальные клетки).
1. G-белки - гетеротримеры, в которых α-субъединица непрочно связана с димером β-γ.
2. Все известные α-субъединицы (мол. масса – 50кДа) гомологичны, и у большинства из них одинаковые (или очень сходные) b-субъединицы (мол. масса З5кДа) и γ-субъединицы (мол. масса 8кДа).
З. α-субъединица определяет специфичность связывания G-белка с рецептором и эффектором, уникальна для каждого G-белка.
4. α-субъединица связывает и гидролизует ГТФ (ГТФ-аза).
5. α-субъединица содержит высоко консервативный домен связывания и гидролиза ГТФ (18 аминокислот из 350-395).
6. Выявлены участки связывания гуаниновых нуклеотидов и участки взаимодействия с рецепторами (С-конец) и βγ-димерами (N-конец).
7. Выявлены участки АDР-рибозилирования (аргинин-202) при действии холерного токсина и коклюшного токсина.
G-белки локализованы на внутренней поверхности плазматической мембраны. Первичная структура всех субъединиц G-белков не содержит гидрофобных, пронизывающих мембрану доменов.
1. Ассоциации G-белков с мембраной содействует ацилирование жирнокислотными радикалами. Выявлено два типа липидных модификаций субъединиц G-белков: миристоилирование и изопренилирование белковой цепи.
2. Показано для α-субъединиц Go - и Gi-белков посттрансляционное миристоилирование со стороны N-конца.
З. Для βγ-субъединиц также показаны посттрансляционные модификации (ацилирование).
4. Выявлены три последовательные посттрансляционные модификации, ответственные за связывание ras-белков с мембраной.
5. Очищенные α-субъединицы проявляют гидрофильные свойства (без βγ - комплекса не могут связываться с искусственными фосфолипидными пузырьками).
G-белки (ГТФ-связывающие белки) - универсальные посредники при передаче сигналов от рецепторов к ферментам клеточной мембраны, катализирующим образование вторичных посредников гормонального сигнала. G-белки - олигомеры, состоящие из α, β и γ-субъединиц. Состав димеров βγ незначительно различаются в разных тканях, но в пределах одной клетки все G-белки, как правило, имеют одинаковый комплект βγ-субъединиц. Поэтому G-белки принято различать по их α-субъединицам. Выявлено 16 генов, кодирующих различные α-субъединицы G-белков. Некоторые из генов имеют более одного белка, вследствие альтернативного сплайсинга РНК.
Каждая а-субъединица в составе G-белка имеет специфические центры:
связывания ГТФ или ГДФ;
взаимодействия с рецептором;
связывания с βγ-субъединицами;
фосфорилирования под действием протеинкиназы С;
взаимодействия с ферментом аденилатциклазой или фосфолипазой С.
В структуре G-белков отсутствуют α-спиральные, пронизывающие мембрану домены. G-белки относят к группе "заякоренных" белков.
1. ХТ (холерный токсин) приводит к постоянной активации аденилатциклазы (подавляя ГТФ-азную активность Аs-субъединицы)
2. КТ (коклюшный токсин) тоже вызывает АDР-рибозилирование α-субъединицы. Однако в этом случае модификация G-белка препятствует его взаимодействию с рецепторами, поэтому при активации рецептора А не ингибируется.
По чувствительности к холерному и коклюшному токсинам G-белки можно разбить на четыре группы: чувствительные только к холерному токсину (Gs), только к коклюшному (Gi и Go), субстраты обеих токсинов (Gt) и G-белки, α-субъединицы которых не чувствительны ни к одному из токсинов.
ГТФ-связываюшие белки управляют несколькими мембранными ферментами и рядом ионных каналов.
Вероятно с G-белками взаимодействует цитоскелет, благодаря чему гормоны регулируют секрецию и эндоцитоз. Из мембранных и внутриклеточных мишеней G-белков лучше всего изучены аденилатциклаза и фосфодиэстераза ГМФ сетчатки глаза, активируемые, соответственно, Gzx и трансдуцином. Эти два фермента принципиально отличаются друг от друга по структуре и механизму их регуляции G-белками.
В отношении активации других G-белок зависимых систем ясности нет. G - белки опосредуют не только активирующее, но и ингибирующее действие агонистов на внутриклеточные эффекторные системы. G-белок зависимое ингибирование показано для аденилатциклазы, потенциалправляемых кальциевых каналов, фосфолипазы С, Nа/К-АТФазы.
Исходя из данных, можно предположить, что существует два механизма G-белок зависимого ингибирования аденилатциклазы. Один из них обусловлен действием βγ-субъединиц и, видимо, одинаков для всех G-белков, т.к βγ-субъединицы у них сходные. Второй механизм заключается в специфическом ингибировании аденилатциклазы α-субъединицей белка Gi.
Различают неактивную форму G-белка - комплекс αβγ-ГДФ и активированную форму αβγ-ГТФ. Активация G-белка происходит при взаимодействии с комплексом активатор-рецептор, изменение конформации G-белка снижает сродство α-субъединицы к молекуле ГДФ и увеличивает к ГТФ.
Замена ГДФ на ГТФ в активном центре G-белка нарушает комплементарность между α-ГТФ и βγ-субъединицами. Рецептор, связанный с сигнальной молекулой, может активировать большое количество молекул G-белка, таким образом обеспечивая усиление внеклеточного сигнала на этом этапе.
Активированная α-субъединица G-белка (α-ГТФ) взаимодействует со специфическим белком клеточной мембраны и изменяет его активность. Такими белками могут быть ферменты аденилатциклаза, фосфолипаза С, фосфодиэстераза цГМФ, Nа+-каналы, K+-каналы.
Следующий этап цикла функционирования G-белка - дефосфорилирование ГТФ, связанного с α-субъединицей, причём фермент, катализирующий эту реакцию, - сама α-субъединица.
Дефосфорилирование приводит к образованию комплекса α-ГДФ, который не комплиментарен специфическому белку мембраны (например аденилатциклазе), но имеет высокое сродство к βγ-протомерам. G-белок возвращается к неактивной форме - αβγ-ГДФ. При последующей активации рецептора и замене молекулы ГДФ на ГТФ цикл повторяется снова. Таким образом, αβγ-субъединицы G-белков совершают челночное движение, перенося стимулирующий или ингибирующий сигнал от рецептора, который активирован первичным посредником (например, гормоном), на фермент, катализирующий образование вторичного посредника.
Некоторые формы протеинкиназ могут фосфорилировать α-субъединицы G - белков. Фосфорилированная α-субъединица не комплиментарна специфическому белку мембраны, например аденилатциклазе или фосфолипазе С, поэтому не может участвовать в передаче сигнала.
Фермент аденилатциклаза, катализирующий превращение АТФ в цАМФ - ключевой фермент аденилатциклазной системы передачи сигнала. Аденилатциклаза обнаружена во всех типах клеток.
Фермент относят к группе интегральных белков клеточной мембраны, он имеет 12 трансмембранных доменов. Внеклеточные фрагменты аденилатциклазы гликозилированы. Цитоплазматические домены аденилатциклазы имеют два каталитических центра, ответственных за образование цАМФ - вторичного посредника, участвующего в регуляции активности фермента протеинкиназы А.
На активность аденилатциклазы оказывают влияние как внеклеточные, так и внутриклеточные регуляторы. Внеклеточные регуляторы (гормоны, эйкозаноиды, биогенные амины) осуществляют регуляцию через специфические рецепторы, которые с помощью α-субъединиц G-белков передают сигналы на аденилатциклазу. αs-субъединица (стимулирующая) при взаимодействии с аденилатциклазой активирует фермент, αi-субъединица (ингибирующая) ингибирует фермент. В свою очередь, аденилатциклаза стимулирует проявление ГТФ-фосфатазной активности α-субъединиц. В результате дефосфорилирования ГТФ образуются субъединицы αs-ГДФ и αi-ГДФ, некомплементарные аденилатциклазе.