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Las proteínas G heterotriméricas son proteínas de unión a nucleótidos de guanina. Como sugiere el nombre, las proteínas G heterotriméricas están compuestas por tres subunidades: alfa, beta y gamma. Permanecen unidos al PIB o al GTP dentro de las células y cambian entre estados inactivos y activos. La subunidad Gα posee la bolsa de unión a nucleótidos que une los nucleótidos de guanina y cambia entre estados unidos a GDP o GTP. Por el contrario, las subunidades Gꞵ y Gγ siempre están unidas con alta afinidad y juntas se denominan subunidades Gꞵγ.
Las proteínas G heterotriméricas regulan la señalización aguas abajo de los receptores acoplados a proteína G (GPCR) y permanecen ancladas a la membrana mediante modificaciones de lípidos. La miristoilación o palmitoilación en el extremo N de la subunidad Gα y la prenilación en el extremo C de la subunidad Gγ anclan estas subunidades a la membrana y estabilizan el complejo heterotrimérico.
Tras la unión del ligando, los GPCR se unen a la subunidad Gα de las proteínas G heterotriméricas con alta afinidad. La interacción receptor-proteína G conduce a la apertura del sitio de unión de nucleótidos de la subunidad Gα, liberando GDP. Los GPCR funcionan como factores de intercambio de nucleótidos de guanina (GEF) que facilitan la unión de Gα-GTP.
La subunidad GTP-Gα activada sufre un cambio conformacional y se desprende del receptor y de la subunidad Gꞵγ. Las subunidades GTP-Gα y Gꞵγ ahora participan individualmente en vías de transducción de señales y activan efectores como la adenilil ciclasa (AC), la fosfolipasa Cꞵ (PLCꞵ) y los canales iónicos específicos de Na+, K+ y Ca2+, desencadenando así la producción de diferentes segundos mensajeros.
El genoma humano codifica 21 subunidades Gα diferentes que se pueden clasificar en subfamilias como Gαs, Gαi, Gαq, Gtα, Golf, G12α y G13α. Cada una de estas subunidades Gα realiza una función específica al unirse a su efector. Por ejemplo, la unión de Gαs a la adenilil ciclasa activa la adenilil ciclasa para producir AMPc, un importante segundo mensajero. cAMP regula la contracción muscular y el metabolismo de grasas o azúcares. Por el contrario, la unión de Gαi inhibe la actividad de la adenilil ciclasa y la síntesis de AMPc.
Otras subfamilias de subunidades Gα realizan otros procesos celulares. La familia Gαq activa PLCꞵ, que produce segundos mensajeros como trifosfato de inositol (IP3) y diacilglicerol (DAG). Tanto IP3 como DAG afectan varias vías celulares, incluido el crecimiento y la diferenciación. La transducina o familia Gtα se une a la rodopsina para transmitir información de estímulos visuales mediante la activación de fosfodiesterasas específicas, que hidrolizan el cGMP a GMP. El golf es la variante de la familia Gαs y se utiliza en vías de señalización de olores. La familia de proteínas G12α y G13α participa en la regulación del citoesqueleto.
Las subunidades Gα tienen actividad GTPasa intrínseca y la unión de GTP-Gα al efector aumenta su tasa de hidrólisis de GTP. Por lo tanto, la forma activada de GTP-Gα tiene una vida corta y se hidroliza a GDP-Gα en cuestión de minutos, volviendo al estado inactivo. Este mecanismo de retroalimentación ayuda a evitar la sobreestimulación de las células en respuesta a una señal. Las proteínas G también están reguladas por otra familia de GAP, los Reguladores de la Señalización de la proteína G (RGS). El genoma humano codifica 25 proteínas RGS, cada una de las cuales interactúa con un conjunto particular de subunidades Gα y ayuda a desactivar las respuestas celulares mediadas por la proteína G.
