חלבון G: פונקציה ומחלות

המונח G חלבונים מתייחס לקבוצה לא-הומוגנית של חלבונים שיכולים לקשור את הנוקלאוטידים גואנוזין דיפוספט (תוצר) וגואנוזין טריפוספט (GTP). הם מבצעים פונקציה קריטית בהעברה ו"תרגום "של אותות חוץ-תאיים לתא ובתוכו. G- קרום, הטרוטרימריק חלבונים הם המתווכים בין החלל החוץ-תאי לתוך-תאי, ומה שנקרא חלבוני G קטנים, הנמצאים בציטוזול התאים, מבטיחים העברת אותות בתוך התא.

מהו חלבון G?

G חלבונים, המכונה גם GTPases, מייצגים קבוצה לא-הומוגנית של חלבונים הממלאים תפקיד קריטי בהעברת אותות חוץ-תאיים לתא ובתוכו. כל חלבוני ה- G מאופיינים ביכולתם לקשור את הנוקלאוטידים GTP ותוצר. ניתן לחלק אותם לשתי קבוצות עיקריות של חלבוני G heterotrimeric הקשורים לקרום ולחלבוני ה- G מונומריים קטנים. חלבוני ה- G המונומריים ממוקמים בציטוזול התאים ומשמשים כשליחים שניים להעברת אותות בתוך התא. חלבוני ה- G הקשורים לקרום מורכבים מתת-יחידות אלפא, בטא וגמא. במצב לא פעיל, התוצר מחויב ליחידת המשנה של האלפא. גירוי חוץ-תאי (אות) מתחיל תהליך בו מוחלף התמ"ג ב- GTP ובמקביל מתרחש דיסוציאציה בין יחידת המשנה אלפא לתת-יחידת הגאמה בטא. שתי יחידות הבטא והגמא נשארות יחד כיחידה הפונקציונלית הפעילה בתהליכים הבאים בתור יחידת המשנה בטא-גמא. לפיכך, תמ"ג החלופי ב- GTP מתאים למעבר מ"מצב OFF "הלא פעיל למצב" ON "המופעל.

פונקציה, פעולה ותפקידים

תאים אנושיים, כמו תאים של בעלי חיים, מוגנים על ידי א קרום תא שאינו חדיר בקלות לגדול מולקולות או פתוגני חיידקים. מצד אחד, ה קרום תא מספק הגנה על הציטוזול והגרעין הפנימיים; מצד שני, זו יכולה להיות בעיה לתקשורת הכרחית ולהחלפת מידע בין תאים, בתוך תא, ובין חלל חוץ-תאי לחלל-תא. הפונקציה העיקרית של חלבוני G הטרוטרימיים בקרום, שידועים כ- 21 יחידות משנה אלפא שונות, היא העברת אותות מהחלל החוץ-תאי אל פנים התא. התמרה של אות חיונית להעברת אותות ולתרגום "הוראות" ספציפיות לתהליכים מטבוליים תאיים. מדובר בקבלת הודעות חשובות המועברות לתא מבחוץ באמצעות חומרי מסנג'ר, הורמונים או נוירוטרנסמיטרים, מתרגמים אותם כ"הוראות עבודה "לתא ומספקים אותם בתוך התא לשליחים שניים שמבטיחים הובלה נוספת בתוך הציטוזול. כמו כן, תהליך ההעברה ממלא תפקיד חשוב בהעברת גירויים רגישים מסוימים כגון ראייה, שמיעה, מפתחות ו ריח. התמרה של אותות חשובה לא פחות לתפקודם של מעגלים רגולטוריים מסוימים שדרכם טמפרטורת הגוף, דם לַחַץ, לֵב תפקוד ופרמטרים לא מודעים רבים אחרים נשלטים. במילים פשוטות, חלבוני ה- G ההטרוטרמיים המעוגנים ב- קרום תא מגלמים את אתר הסליקה הפעיל לאיתור חומרי איתות, המועברים בצורה מומרת לחלבוני ה- G הקטנים שבתוך התא הפועלים כשליחים שניים. חלבוני ה- G הקטנים, שידועים יותר ממאה צורות שונות, מבצעים מגוון משימות בתוך התא. לדוגמה, הם מעורבים בהסדרה של גֵן ביטוי, ארגון השלד הציטוני, הובלת חומרים בין הגרעין לציטופלזמה והחלפת חומרים עם ליזוזומים והתפשטות תאים.

גיבוש, התרחשות, מאפיינים וערכים אופטימליים

אבני בניין בסיסיות של חלבוני G, כמו בכל שאר החלבונים, נוצרות על ידי מה שמכונה פרוטאינוגני חומצות אמינו, מתוכם 23 ידועים עד היום. בעוד שחילוף החומרים הסלולרי מסוגל לסנתז ביותר חומצות אמינו את עצמו, את חומצות האמינו המעטות המוגדרות כחיוניות יש לבלוע עם האוכל. הרכבת החלבונים מתבצעת מאפס על ידי חוטים זה בזה חומצות אמינו ברצף שנקבע מראש מבחינה גנטית או על ידי הרכבת שברים שכבר קיימים של חלבונים ארוכי שרשרת מפורקים חלקית. השברים יכולים גם להיות מורכבים מפפטידים או פוליפפטידים, שעל פי ההגדרה מורכבים מפחות מ -100 אמינו חומצות. הסינתזה של חלבוני G מתרחשת בכל תא בודד בתהליכים מורכבים על בסיס ה- גֵן מקטעים שהועתקו בעבר ב- mRNA, המציינים את רצף חומצות האמינו של כל חלבון. מכיוון שחלבוני G במגוון שלהם מעורבים כמעט בכל תהליכי הבקרה והוויסות של כל תא בודד, ומכיוון שהיחס בין מצבים מופעלים ובלתי פעילים הוא דינמי ביותר, תמונת מצב של ריכוז או פעילות בתאים אינה אפשרית ולא תהיה משמעותית. האם ניתן לאמוד בעקיפין את מכלול חלבוני ה- G ברשת שמבצעים עבודה "רגילה" בריאות מעמד.

מחלות והפרעות

חלבונים המהווים חלק פונקציונלי או מפעיל של אנזים, הורמון או ישות פונקציונאלית אחרת נמצאים בסיכון לאובדן תפקוד עקב פגם ברצף חומצות האמינו שלהם, מה שגורם לאנזים או להורמון לאבד חלק מפעולתו. ברוב המקרים של "פגם בחלבון", יש התאמה גֵן פְּגָם. מוטציה של קטע גנטי מובילה למפרט שגוי של רצף חומצות האמינו ובכך לבנייה פגומה של החלבון המקביל. חלבוני ה- G אינם נחסכים משגיאות כה גנטיות בתכנית הבנייה. עם זאת, הפסדים תפקודיים של חלבוני G מתרחשים גם אם השגיאה ממוקמת בקולטנים המצמידים חלבון G. בשני המקרים, היכולת המופחתת להעביר אותות מפעילה או תורמת למחלה מסוימת. מחלות הקשורות לתפקוד לקוי של חלבון G כוללות פסאודוהיפופראתירואידיזם, אקרומגליה, אדנומה של בלוטת התריס היפר-פונקציונלית, גידולים בשחלות ועוד כמה אחרים.