GTPaze su velika porodica hidrolaznih enzima koji se vežu za nukleotid gvanozin-trifosfat (GTP) i hidroliziraju ga u gvanozin-difosfat (GDP). Vezanje i hidroliza GTP odvijaju se u vrlo konzerviranom G-domenu zajedničkom mnogim GTPazama.

Funkcije GTPaze funkcioniraju kao molekulski prekidači ili tajmeri u mnogim temeljnim ćelijskim procesima.

Primjeri ovih uloga uključuju procese i pojav e kao što su: Transdukcija signala, kao odgovor na aktivaciju receptora na ćelijskoj površini, uključujući transmembranski receptor, poput onih koji posreduju u okusu, mirisu i vidu. Biosinteza bjelančevina (također translacija) u ribosomima). Regulacija ćelijske diferencijacije, proliferacija, dioba i pokretljivost. Translokacija proteina kroz membrane . Transport vezikula unutar ćelija i sekrecija i unošenje posredstvom vezikula, putem kontrole GTPaznog vezanja vezikulskog sklopa.

GTPaze su aktivne kada su vezane za GTP, a neaktivne kada su vezane za BDP. U uopćenom modelu signalizacije receptor – pretvarač – efektor, Martin Rodbell smatra da signalne GTPaze djeluju kao pretvarači za regulaciju aktivnosti efektorskih proteina. Ova neaktivna-aktivna sklopka posljedica je konformacijskih promjena u proteinu koji razlikuje ova dva oblika, posebno u "preklopnim" regijama koje su u aktivnom stanju sposobne uspostaviti kontakt proteina i proteina s partnerskim proteinima, koji mijenjaju funkciju ovih efektora.

Mehanizam Hidroliza GTP vezana za (aktivnu) GTPazu dovodi do deaktiviranja signalne/tajmer funkcije enzima. Hidroliza trećeg (γ) fosfata, GTP-a da bi se stvorio gvanozin-difosfat (GDP) i Pi, neorganski fosfat, događa se sa SN2 mehanizmom (vidi nukleofilna supstitucija) kroz petovalentno prelazno stanje i ovisi o prisustvu magnezijevih iona Mg2+.

GTPazna aktivnost služi kao mehanizam isključivanja za signalne uloge GTPaza, vraćanjem aktivnog proteina vezanog za GTP u neaktivno stanje vezano za GDP. Većina "GTPaza" imaju funkcionalnu GTPaznu aktivnost, omogućavajući da ostanu aktivne (tj. vezane za GTP) samo kratko vrijeme prije nego što se deaktiviraju pretvaranjem vezanog GTP u vezani BDP. Međutim, mnoge GTPaze također koriste pomoćne proteine pod nazivom proteini koji aktiviraju GTPaze ili GAP da bi ubrzali svoju GTPaznu aktivnost. Ovo dalje ograničava aktivno trajanje signalnih GTPaza. Neke GTPaze imaju malo ili nimalo sopstvene aktivnosti GTPaze i u potpunosti ovise o GAP proteinima za deaktivaciju (kao što je ADP-faktor ritsilacije ili ARF porodica malih proteina koji se vežu za GTP i koji su uključeni u transport posredstvom vezikula unutar ćelija).

Da bi se aktivirale, GTPaze moraju se vezati za GTP. Budući da su mehanizmi za pretvaranje vezanog BDP-a izravno u GTP nepoznati, neaktivne GTPaze podstiču se na oslobađanje vezanog BDP-a, djelovanjem različitih regulatornih proteina, koji se nazivaju faktor razmjene nukleotidnog guanina ili GEF. GTPazni protein bez nukleotida brzo ponovno veže GTP, koji je u zdravim ćelijama daleko veći od BDP-a, omogućavajući GTPazi da uđe u aktivno stanje konformacije i promovira svoje učinke na ćeliju. Za mnoge GTPaze, aktivacija GEF-a je primarni kontrolni mehanizam u stimulaciji GTPaza signalnih funkcija, iako GAP također imaju važnu ulogu. Za heterotrimerne G-proteine i mnoge male GTP-vezujuće proteine, aktivnost GEF-a stimuliraju ćelijski površinski receptori, kao odgovor na signale izvan ćelije (za heterotrimerne G-proteine receptora spregnutih sa G-proteinima su GEF-ovi, dok su za receptore aktivirane male GTPaze, njihovi GEF-ovi se razlikuju od receptora na površini ćelije). Neke GTPaze se također vežu za pomoćne proteine zvane inhibitori disocijacije nukleotidnog gvanina ili GDI, koji stabiliziraju neaktivno stanje vezano za GDP.

Količina aktivne GTPaze može se mijenjati na nekoliko načina: Ubrzanje disocijacije BDP-a pomoću GEF-ova ubrzava akumulaciju aktivne GTPaze. Inhibicija disocijacije GDP-a inhibitorima disocijacije guanin-nukleotida (GDI) usporava akumulaciju aktivne GTPaze. Ubrzanje hidrolize GTP-a pomoću GAP-a smanjuje količinu aktivne GTP-aze. Vještački GTP analozi, kao što su GTP-γ-S, β, γ-metilen-GTP i β, γ-imino-GTP, koji se ne mogu hidrolizirati mogu zaključati bravu GTPaze u svom aktivnom stanju. Mutacije (poput onih koje smanjuju sopstvenu brzinu hidrolize GTP) mogu zaključati GTPazu u aktivnom stanju, a takve mutacije male GTPaze Ras su posebno česte u nekim oblicima karcinoma.

Glavni motivi U većini GTPaza, specifičnost baze guanin u odnosu na druge nukleotide daje motiv prepoznavanja baze, koji ima konsenzusni slijed [N/T] KXD.

Dok se tubulin i srodni strukturni proteini takođe vežu i hidroliziraju GTP kao dio svoje funkcije da formiraju unutarćelijske tubule, ovi proteini koriste drugačiji tubulinsk domen koji nije povezan sa GTPaznim domenom, koji se koristi signaliziranjem GTPaza.

Heterotrimerni G-proteini

Heterotrimerni G proteinski kompleksi sastoje se od tri različite proteinske podjedinice zvane alfa (α), beta (β) i gama (γ) podjedinica. Alfa podjedinice sadrže GTP vezujući/GTPazni domen okružen dugim regulatornim regijama, dok beta i gama podjedinice čine stabilan dimerni kompleks koji se naziva beta-gama kompleks. Kada se aktivira, heterotrimerni G-protein razdvaja se na aktiviranu, GTP vezanu alfa podjedinicu i odvojenu beta gama podjedinicu, od kojih svaka može obavljati različite signalne uloge. Αlfa i γ podjedinica se modificiraju pomoću lipidnih sidara da bi se povećala njihova povezanost sa unutrašnjim listićima plazmamembrana.

Heterotrimerni Gproteini djeluju kao pretvarači G protein-spregnutog receptora, povezujući aktivaciju receptora sa nizvodnim signalnim efektorima i drugim glasnicima. U nestimuliranim ćelijama, heterotrimerni G-proteini sastavljaju se kao BDP vezani, neaktivni trimer (Gα-GDP-G βγ kompleks). Nakon aktivacije receptora, aktivirani unutarćelijski domen receptora djeluje kao GEF za oslobađanje BDP-a iz kompleksa G-proteina i promoviranje vezanja GTP-a na njegovom mjestu. Kompleks vezan za GTP prolazi kroz aktivacijski konformacijski pomak koji ga disocira od receptora, a također razbija kompleks na komponente G-protein alfa i beta-gama komponentne podjedinice. Iako su ove aktivirane podjedinice G-proteina sada slobodne da aktiviraju svoje efektore, aktivni receptor je na isti način slobodan da aktivira dodatne G-proteine, što omogućava katalitsku aktivaciju i pojačavanje, tako da jedan receptor može aktivirati mnogo G-proteina. Signalizacija G-proteina prekida se hidrolizom vezanog GTP-a na vezani BDP. To se može dogoditi pomoću unutrašnje aktivnosti GTP-azne α-podjedinice ili se može ubrzati odvojenim regulatornim proteinima koji djeluju kao proteini koji aktiviraju GTPaze (GAP), kao što su članovi porodice regulatora signalizacije G-proteina (RGS). Brzina reakcija hidrolize djeluje kao unutrašnji sat koji ograničava dužinu signala. kada se Gα vrati u vezu s BDP-om, dvi dijelovi heterotrimera ponovno se pridružuju izvornom, neaktivnom stanju.<ref name = "pmid7579038"/ >

Heterotrimerni G-proteini mogu se klasificirati prema homologiji sekvence α jedinice i prema njihovim funkcionalnim ciljevima u četiri porodice: porodica Gs, porodica Gi, G q porodica i G 12 porodica. Svaka od ovih porodica Gα proteina sadrži više članova, tako da sisari imaju 16 različitih genskih α-podjedinica. Gβ i Gγ se također sastoje od mnogih članova, povećavajući strukturnu i funkcionalnu raznolikost heterotrimera. Među ciljnim molekulama specifičnih G-proteina su enzimi, koji generiraju drugog glasnika adenil-ciklazu i fosfolipazu C, kao i razne ionske kanale.

Male GTPaze

Male GTPaze funkcioniraju kao monomeri i imaju molekulsku težinu od oko 21 kilodaltona, koja se sastoji uglavnom od domena GTPaze. Nazivaju se i malim ili monomernim regulatornim proteinima, koji vežu nukleotid guanin, malim ili monomernim proteinima koji se vežu za GTP ili malim ili monomernim G-proteinima, z ato što imaju značajnu homologiju s prvo identificiranim takvim proteinima, zvanim Ras, koji se također nazivaju Ras superporodica GTPaza. Male GTPaze obično služe kao molekulski prekidači i pretvarači signala za širok spektar ćelijskih signalnih događaja, često uključujući membrane, vezikule ili citoskelet. Prema svojim primarnim aminokiselinskim sekvencama i biohemijskim svojstvima, brojne GAS superfamilije malih GTPaza dalje su podijeljene u pet potporodica s različitim funkcijama: Ras, Rho ("Ras-homologija"), Rab, Arf i Ran. Iako su mnogo male, GTPaze se aktiviraju njihovim GEF-ovima, kao odgovor na unutarćelijske signale iz receptora ćelijske površine (posebno receptor faktora rasta, regulatorni GEF-ovi za mnoge druge male GTPaze aktiviraju se kao odgovor na vlastite ćelijske signale, a ne na površinu ćelije (vanjsku) signala.

Porodica translacijskih faktora Višestruki translacijski faktori GTPaze imaju važnu ulogu u inicijaciji, elongaciji i prekidu biosinteze proteina.

Translokacijski faktorori Za raspravu o faktorima translokacije i ulozi GTP-a, pogledajte čestica prepoznavanja signala (SRP).

Velike GTPaze Pogledajte dinamin kao prototip za velike monomerne GTPaze.

Također pogledajte G receptori povezani sa proteinima Receptor faktora rasta Septini

Reference

Vanjski linkovi

http://www.mechanobio.info/Home/glossary-of-terms/mechano-glossary--p/Rho-family-of-GTPases#cdc42

Kategorija:Transdukcija signala