GTPaz - GTPase

GTPazlar , nükleotid guanozin trifosfata (GTP) bağlanan ve onu guanozin difosfata (GDP) hidrolize eden geniş bir hidrolaz enzim ailesidir . GTP bağlanması ve hidrolizi, birçok GTPaz için ortak bir protein alanı olan yüksek oranda korunmuş P-döngüsü "G alanı"nda gerçekleşir .

Fonksiyonlar

GTPazlar, birçok temel hücresel süreçte moleküler anahtarlar veya zamanlayıcılar olarak işlev görür.

Bu rollerin örnekleri şunları içerir:

GTPazlar, GTP'ye bağlandığında aktiftir ve GDP'ye bağlandığında aktif değildir. Martin Rodbell'in genelleştirilmiş reseptör-dönüştürücü-etkileyici sinyalleşme modelinde , sinyal verici GTPazlar, efektör proteinlerin aktivitesini düzenlemek için dönüştürücüler olarak işlev görür. Bu aktif olmayan-aktif geçiş, özellikle aktif durumda bu efektörlerin işlevini değiştiren ortak proteinlerle protein-protein temasları kurabilen "anahtar" bölgeleri olmak üzere, bu iki formu ayırt eden proteindeki konformasyonel değişikliklerden kaynaklanmaktadır.

mekanizma

Bir (aktif) G alanı-GTPaz'a bağlı GTP'nin hidrolizi, enzimin sinyalleşme/zamanlayıcı fonksiyonunun deaktivasyonuna yol açar. Üçüncü (γ) hidrolizi fosfat GTP oluşturmak için guanozin difosfat (GDP) ve P i , inorganik fosfat , S ile gerçekleşir , N (bakınız 2 mekanizması nükleofilik ikame beş değerlikli bir geçiş durumunun ile) ve a'nın varlığına bağlıdır magnezyum iyonu Mg 2+ .

GTPaz aktivitesi, aktif, GTP'ye bağlı proteini aktif olmayan, GDP'ye bağlı duruma geri döndürerek GTPazların sinyal rolleri için kapatma mekanizması olarak hizmet eder. Çoğu "GTPaz", bağlı GTP'yi bağlı GDP'ye dönüştürerek kendilerini devre dışı bırakmadan önce yalnızca kısa bir süre aktif kalmalarına (yani GTP'ye bağlı) izin veren fonksiyonel GTPaz aktivitesine sahiptir. Bununla birlikte, birçok GTPaz , GTPaz aktivitelerini hızlandırmak için GTPaz aktive edici proteinler veya GAP'ler olarak adlandırılan yardımcı proteinleri de kullanır . Bu, GTPases sinyallemesinin aktif ömrünü daha da sınırlar. Bazı GTPazların içsel GTPaz aktivitesi çok azdır veya hiç yoktur ve deaktivasyon için tamamen GAP proteinlerine bağlıdır (örneğin, hücreler içinde vezikül aracılı taşımada yer alan ADP-ribosilasyon faktörü veya ARF küçük GTP bağlayıcı protein ailesi).

Etkin hale gelmek için GTPaz'ların GTP'ye bağlanması gerekir. Bağlı GDP'yi doğrudan GTP'ye dönüştürme mekanizmaları bilinmediğinden, aktif olmayan GTPazlar, guanin nükleotid değişim faktörleri veya GEF'ler olarak adlandırılan farklı düzenleyici proteinlerin etkisi ile bağlı GDP'yi serbest bırakmaya teşvik edilir. Nükleotid içermeyen GTPaz proteini, sağlıklı hücrelerde GDP'den çok daha fazla olan GTP'yi hızla yeniden bağlayarak GTPaz'ın aktif konformasyon durumuna girmesine ve hücre üzerindeki etkilerini desteklemesine izin verir. GAP'lerin de önemli bir rol oynamasına rağmen, birçok GTPaz için GEF'lerin aktivasyonu, GTPaz sinyalleme işlevlerinin uyarılmasında birincil kontrol mekanizmasıdır. Heterotrimerik G proteinleri ve birçok küçük GTP bağlayıcı protein için, GEF aktivitesi, hücre dışındaki sinyallere yanıt olarak hücre yüzeyi reseptörleri tarafından uyarılır (heterotrimerik G proteinleri için, G proteinine bağlı reseptörler , reseptörle aktive olan küçük GTPazlar için GEF'lerdir). GEF'leri hücre yüzeyi reseptörlerinden farklıdır).

Bazı GTPaz'lar ayrıca aktif olmayan, GDP'ye bağlı durumu stabilize eden guanin nükleotid ayrışma inhibitörleri veya GDI'ler olarak adlandırılan yardımcı proteinlere de bağlanır .

Aktif GTPaz miktarı birkaç şekilde değiştirilebilir:

  1. GEF'ler tarafından GSYİH ayrışmasının hızlandırılması, aktif GTPaz birikimini hızlandırır.
  2. Guanin nükleotid ayrışma inhibitörleri (GDI'ler) tarafından GDP ayrışmasının inhibisyonu, aktif GTPaz birikimini yavaşlatır.
  3. GAP'ler tarafından GTP hidrolizinin hızlandırılması, aktif GTPaz miktarını azaltır.
  4. Yapay GTP analogları gibi GTP-γ-S , p, γ-metilen-GTP ve p, γ-imino-GTP aktif halde GTPaz kilitleyebilir hidrolize edilemez.
  5. Mutasyonlar (intrinsik GTP hidroliz hızını azaltanlar gibi) GTPaz'ı aktif durumda kilitleyebilir ve küçük GTPaz Ras'daki bu tür mutasyonlar özellikle bazı kanser türlerinde yaygındır.

G alanı GTPaz'ları

Çoğu GTPaz'da, diğer nükleotidlere karşı baz guaninin özgüllüğü , [N/T]KXD konsensüs dizisine sahip olan baz tanıma motifi tarafından verilir. Aşağıdaki sınıflandırma, paylaşılan özelliklere dayanmaktadır; bazı örneklerde baz tanıma motifinde, substrat özgüllüklerini en yaygın olarak ATP'ye kaydıran mutasyonlar vardır.

TRAFAC sınıfı

G alanı proteinlerinin TRAFAC sınıfı, translasyon faktörü G proteinleri olan prototipik üyeden sonra adlandırılır. Çeviri, sinyal iletimi ve hücre hareketliliğinde rol oynarlar.

Çeviri faktörü süper ailesi

Çoklu klasik translasyon faktörü ailesi GTPazları , protein biyosentezinin başlatılmasında , uzamasında ve sonlandırılmasında önemli roller oynar . GTPaz'ı takip eden β-EI alanı nedeniyle benzer bir ribozom bağlama modunu paylaşan ailenin en iyi bilinen üyeleri EF-1A / EF-Tu , EF-2 / EF-G ve sınıf 2 salım faktörleridir . Diğer üyeler arasında EF-4 (LepA), BipA (TypA), SelB (bakteriyel selenosisteinil-tRNA EF-Tu paralog), Tet ( ribozomal koruma yoluyla tetrasiklin direnci) ve HBS1L ( salım faktörlerine benzer ökaryotik ribozom kurtarma proteini) bulunur.

Süper aile ayrıca mayadan Bms1 ailesini de içerir.

Ras benzeri süper aile

Heterotrimerik G proteinleri

Heterotrimerik G protein kompleksleri, alfa (α), beta (β) ve gama (γ) alt birimleri olarak adlandırılan üç farklı protein alt biriminden oluşur . Alfa alt birimleri, uzun düzenleyici bölgelerle çevrili GTP bağlama/GTPaz alanını içerirken, beta ve gama alt birimleri, beta-gama kompleksi olarak adlandırılan kararlı bir dimerik kompleks oluşturur . Aktive edildiğinde, bir heterotrimerik G proteini, aktifleştirilmiş, GTP'ye bağlı alfa alt birimine ve her biri farklı sinyal rolleri gerçekleştirebilen ayrı beta-gama alt birimine ayrışır. α ve γ alt birimi , plazma zarının iç broşürü ile ilişkilerini artırmak için lipit çapaları tarafından modifiye edilir .

Heterotrimerik G proteinleri, G proteinine bağlı reseptörlerin dönüştürücüleri olarak hareket eder , reseptör aktivasyonunu aşağı akış sinyal efektörlerine ve ikinci habercilere bağlar . GDP bağlı olarak uyarılmamış hücrelerde, heterotrimerik G proteinleri monte edilir, aktif olmayan trimer (G α -GDP-G βγ kompleks). Reseptör aktivasyonu üzerine, aktive edilmiş reseptör hücre içi alanı, G protein kompleksinden GDP'yi serbest bırakmak ve yerine GTP'nin bağlanmasını teşvik etmek için GEF görevi görür. GTP'ye bağlı kompleks, onu reseptörden ayıran ve aynı zamanda kompleksi G proteini alfa ve beta-gama alt birim bileşenlerine ayıran, aktive edici bir konformasyon kaymasına uğrar. Bu aktive edilmiş G proteini alt birimleri artık efektörlerini aktive etmekte serbestken, aktif reseptör aynı şekilde ek G proteinlerini aktive etmekte serbesttir - bu, bir reseptörün birçok G proteinini aktive edebileceği katalitik aktivasyona ve amplifikasyona izin verir.

G protein sinyali, bağlı GTP'nin bağlı GDP'ye hidrolizi ile sonlandırılır. Bu, a alt biriminin içsel GTPaz aktivitesi yoluyla meydana gelebilir veya G protein sinyalleme Düzenleyici (RGS) ailesinin üyeleri gibi GTPaz aktive edici proteinler (GAP'ler) olarak hareket eden ayrı düzenleyici proteinler tarafından hızlandırılabilir . Hidroliz reaksiyonunun hızı, sinyalin uzunluğunu sınırlayan dahili bir saat olarak çalışır. G İşlem α GDP orijinal, heterotrimer iki parça yeniden ilişkilendirmek, aktif olmayan konumdaki bağlı olarak geri döndürülür.

Heterotrimerik G proteinleri ile sınıflandırılabilir dizi homolojisi dört gruba α biriminin ve bunların fonksiyonel hedefler: G s ailesi, G ı ailesi, G, q, aile ve G, 12 ailesi. Bu G a protein ailelerinin her biri , memelilerin 16 ayrı a-alt birim genine sahip olacak şekilde birden çok üye içerir . G β ve G γ benzer şekilde birçok üyeden oluşur ve heterotrimer yapısal ve fonksiyonel çeşitliliği arttırır. Spesifik G proteinlerinin hedef molekülleri arasında, ikinci haberci üreten enzimler olan adenilil siklaz ve fosfolipaz C ile çeşitli iyon kanalları bulunur .

Küçük GTPazlar

Küçük GTPazlar , monomerler olarak işlev görür ve esas olarak GTPaz alanından oluşan yaklaşık 21 kilodaltonluk bir moleküler ağırlığa sahiptir. Bunlar aynı zamanda küçük veya monomerik guanin nükleotid bağlayıcı düzenleyici proteinler, küçük veya monomerik GTP bağlayıcı proteinler veya küçük veya monomerik G proteinleri olarak da adlandırılırlar ve Ras adlı ilk tanımlanan bu tür protein ile önemli homolojiye sahip olduklarından, bunlar aynı zamanda Ras süper ailesi GTPazlar olarak anılır . Küçük GTPazlar genellikle moleküler anahtarlar ve çok çeşitli hücresel sinyal olayları için sinyal transdüserleri olarak hizmet eder, genellikle membranları, vezikülleri veya hücre iskeletini içerir. Birincil amino asit sekanslarına ve biyokimyasal özelliklerine göre, birçok Ras üst ailesi küçük GTPaz ayrıca farklı fonksiyonlara sahip beş alt aileye ayrılır: Ras , Rho ("Ras-homoloji"), Rab , Arf ve Ran . Birçok küçük GTPaz, hücre yüzeyi reseptörlerinden (özellikle büyüme faktörü reseptörleri ) yayılan hücre içi sinyallere yanıt olarak GEF'leri tarafından aktive edilirken, diğer birçok küçük GTPaz için düzenleyici GEF'ler, hücre yüzeyi (dış) sinyallere değil, içsel hücre sinyallerine yanıt olarak aktive edilir.

Miyosin-kinesin süper ailesi

Bu sınıf, iki beta dizisinin ve ek N-terminal dizisinin kaybıyla tanımlanır. Bu süper ailenin her iki adaşı, miyosin ve kinesin , ATP kullanmak için değişti.

Büyük GTPazlar

Dinamini büyük monomerik GTPazlar için bir prototip olarak görün .

SIMIBI sınıfı

SIMIBI GTPaz sınıfının çoğu dimerizasyon ile aktive edilir. Adını sinyal tanıma partikülü (SRP), MinD ve BioD'den alan sınıf, protein lokalizasyonu, kromozom bölümlemesi ve membran taşınımı ile ilgilidir. MinD ve Get3 dahil olmak üzere bu sınıfın birkaç üyesi, substrat spesifikliğinde ATPazlar haline geldi.

Translokasyon faktörleri

Translokasyon faktörleri ve GTP'nin rolü hakkında bir tartışma için, bkz. sinyal tanıma parçacığı (SRP).

Diğer GTPazlar

Da tübülin ve ilgili yapısal proteinler, bağlanma ve hidrolizi GTP hücre içi tübülleri meydana getirmek için işlevinin bir parçası olarak, bu proteinler bir tat kullanan tübülin alan GTPase'lerini sinyal tarafından kullanılan G etki ile ilişkili değildir.

G-domeni-içeren dışında bir üst sınıftan bir P-döngüsü kullanan GTP-hidrolize edici proteinler de vardır . Örnekleri arasında NACHT kendi üst sınıf ve McrB proteinin proteinlerin AAA + üst sınıfı.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar