Структура и функция g-белка при передаче сигнала

G-белки (англ. G proteins) — это семейство белков, относящихся к ГТФазам и функционирующих в качестве вторичных посредников во внутриклеточных сигнальных каскадах. G-белки названы так, поскольку в своём сигнальном механизме они используют замену ГДФ на ГТФ как молекулярный функциональный «выключатель» для регулировки клеточных процессов. G-белки принадлежат к большой группе ферментов ГТФаз.

G-белки были обнаружены и исследованы Альфредом Гилманом (University of Texas Southwestern Medical Center at Dallas Dallas, TX, USA) и Мартином Родбеллом (National Institute of Environmental Health Sciences Research Triangle Park, NC, USA), которые получили за это открытие Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1994 года.

ГТФ-азный цикла G‑ белков

В покое на постсинаптической мембране находится комплекс рецептор‑G-белок c ГДФ (рис. 809251335, 809251304).

Использованные в рис. 809251335 обозначения фаз ГТФ-азного цикла G‑белков не являются обязательными. В литературе выделяют 5, 6 и более фаз. На рис. 809251304 использовано иное обозначения. Однако принципиальной разницы в представленных схемах нет. Рисунок 809251304 Вам при желании легче будет воспроизвести.

Рис. 809251304. ГТФ-азный цикла G‑белков. 1- фаза покоя; 2 - оединяется медиатора (лиганда) к рецептору; 3 - диссоциация G‑белка; 4 - активация эффектора; 5 - дефосфорилирование ГТФ. Красное окрашивание рецептора на рисунке символизирует активацию; R – рецептор; Е - эффектор; L – медиатор (лиганд, агонист).

Связывание медиатора (агониста) с рецептором приводит к белок-белковому взаимодействию между рецептором и G-белком и ускоряет диссоциацию ГДФ. В результате образуется короткоживущий комплекс агонист - рецептор - G-белок, не связанный ни с каким нуклеотидом.

Связывание с этим комплексом молекулы ГТФ снижает сродство рецептора к G‑белку, что приводит к диссоциации комплекса и высвобождению рецептора.

Потенциально рецептор может активировать большое количество молекул G-белка, обеспечивая, таким образом, высокий коэффициент усиления внеклеточного сигнала на данном этапе.

Активированная альфа-субъединица G‑белка диссоциирует от бета-гамма-субъединиц и вступает во взаимодействие с соответствующим эффектором, оказывая на него активирующее или ингибирующее воздействие.

Альфа-субъдиница с присоединенным с ней ГТФ способна взаимодействовать с эффектором в мембране - ферментами, такими, как аденилатциклаза , или, возможно, ионными каналами . Фермент может активироваться или ингибироваться, а ионный канал - открываться или закрываться. Конкретные примеры будут рассмотрены ниже и в последующих лекциях.

Взаимодействие с эффектором, однако, длится до тех пор, пока альфа-субъединица, являющаяся ГТФ-азой, удерживает ГТФ.

Вскоре присоединенный ГТФ гидролизуется до ГДФ. Когда это происходит, альфа‑субъединица снова меняет свою конформацию и теряет способность активировать эффектор. После этого альфа-ГДФ взаимодействует с бета-гамма-комплексом и снова образует тримерный комплекс, завершая, таким образом, цикл.

Предполагают, что комплекс из бета-гамма-субъединиц тоже может (прямо или опосредованно) влиять на эффекторные ферменты и ионные каналы (рис. 809251405).

Пример прямой активация калиевого канала субъединицами G-белка показан на рис. 809251442.

Пример прямого ингибирования Са²⁺-канала субъединицами G-белка показан на рис. 809251458.

Активация пресинаптических адренорецепторов (ауторецепторов) приводит к диссоциации G-белка и последующему ингибированию (закрытию) кальциевых каналов, т.е. снижению уровня освобождение медиатора (норадреналина)

Пример метаботропной модуляции ионных каналов показан на рис. 709200023.

Пример регуляции экспрессии белков путем активации метаботропных рецепторов показан на рис. 809251517.