Chapter 4: Protein Function

Back to chapter

4.11:

GTPazlar ve bunların Regülasyonu

JoVE Core
Molecular Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Molecular Biology

GTPases and their Regulation

Previous Video
4.10: Protein Kinases and Phosphatases

Next Video
4.12: Covalently Linked Protein Regulators

Languages

Share

English العربية 中文 Nederlands français Deutsch עברית italiano 日本語 한국어 português русский español Türkçe

ATP’nin yakın akrabası olan Guanozin trifosfat protein işlevinin düzenlenmesi için önemli olan küçük bir moleküldür. G proteinleri, GTP bağlanması ile regüle edilen proteinlerdir. Bu proteinler, içsel GTPaz aktivitesine sahiptir.Yani, GTP bağlandığında, onun guanozin difosfat’a hidrolizini katalize edebilirler. G proteinleri, küçük ve büyük olmak üzere iki kategoriye ayrılır. Küçük veya monomerik G proteinleri, tek bir protein alt biriminden ibarettir ve çeşitli hücre içi sinyal yolları tarafından etkinleştirilir.Buna karşılık, büyük veya heterotrimerik G proteinleri, üç alt birim içerir ve membranla bağlı, G proteini ile kenetli reseptörler tarafından etkinleştirilir. GTPaz’lar, GDP-bağlı durum genellikle etkin değilken, ancak GTP-bağlı durum etkinken, bir moleküler anahtar görevi görür. GTP ile bağlanma ve ardından GTP’den GDP’ye hidroliz, GDP GTP döngüsünün bir parçasıdır.Döngü, bir guanin değişim faktörü G proteininde GDP’nin serbest bırakılmasını sağlayan yapısal bir değişikliğe neden olduğunda başlar. GTP, sitoplazmada bol miktarda bulunduğundan, kısa sürede boş kalan nükleotid bağlanma yerine bağlanır. G proteini artık GTP bağlı olarak, aktif durumuna geçmiştir.G proteinleri, bağlı molekülü hidrolize etmek için içsel GTPaz aktivitesine sahiptir. Bununla birlikte, enzim tarafından GTP’nin yıkımı, ek hücresel sinyaller olmadan yavaş bir işlemdir. Bu nedenle, G proteininin kapatılma zamanı geldiğinde, bir GTPaz etkinleştirici protein bağlanır ve proteinin GTPaz aktivitesini yükseltir.GTP, GDP ve inorganik fosfata ayrılır ve G proteini aktif olmayan durumuna geri dönerek döngüyü tamamlar.

4.11:

GTPazlar ve bunların Regülasyonu

GTPazlar olarak da bilinen guanin nükleotid bağlayıcı proteinler (G-proteinleri), hücre sinyali, veziküler taşıma ve hücre şekli ve hareketliliğinin düzenlenmesi gibi birçok hücresel işlemi düzenleyen bir protein süperfamilyasıdır. Bu proteinlerin mutasyonu veya disfonksiyonu hastalıklara yol açabilir. Bilinen yaklaşık 40.000 G-proteini vardır ve genel olarak iki gruba ayrılabilirler: tek bir alandan oluşan küçük G-proteinleri ve büyük çok alanlı G-proteinleri.

Heterotrimerik G-proteinleri olarak da bilinen büyük G-proteinleri üç alt birimden oluşur- α, β ve γ. α alt birimi transmembran sinyalleri yönetmek üzere G-protein aracılı reseptörler ile etkileşime giren korunmuş bir alana sahiptir.

Küçük G-proteinleri tek bir alt birimdir ve hücre boyunca çeşitli yollarda sinyal iletir. Dizi ve fonksiyona dayalı olarak beş alt aileye ayrılırlar- Ras, Rho, Rab, Ran ve Arf. Ras alt ailesindeki mutasyonlar akciğerlerde, kolonda ve pankreasta kanseröz tümörlerin oluşumuna yol açar. Rho alt ailesi aktin reorganizasyonunu ve mikrotübül hücre iskeleti dinamiklerini düzenler. En büyük küçük G-protein ailesi olan Rab alt ailesi, salgı ve endositik yollarda vezikül taşınmasını ve membran trafiğini düzenler. Ran alt ailesi, RNA ve proteinlerin nükleer gözenek ve mitotik iğ düzeneği ve fonksiyonu yoluyla nükleositoplazmik taşınımını düzenler. Arf alt ailesi vezikül taşımacılığı ve membran trafiğinde rol oynar.

G-proteinleri GTP/GDP bağlanması ile düzenlenir ve içsel GTPaz aktivitesine sahiptir, bu da GTP'yi GDP'ye hidrolize edebilecekleri anlamına gelir. GTP bağlandığında, G-proteini "açık" durumdadır yani protein hücrede sinyal kaskadlarını teşvik edecektir. GDP bağlandığında sinyalin durmasına neden olan "kapalı" durumdadır. G-protein aktivasyonunun düzenlenmesi GDP ayrışmasına yardımcı olan guanin nükleotid değişim faktörleri (GEF'ler) ve GTP hidrolizini uyaran GTPaz aktive edici proteinler (GAP'lar) tarafından da düzenlenir. Ek olarak guanin ayrışma inhibitörleri (GDI'ler) küçük GTPazlara bağlanabilir ve zar veya sitoplazmadaki yerlerini düzenleyebilir.

Suggested Reading

Mishra, A. K., & Lambright, D. G. (2016). Invited review: Small GTPases and their GAPs. Biopolymers, 105(8), 431–448.
Toma-Fukai, S., & Shimizu, T. (2019). Structural Insights into the Regulation Mechanism of Small GTPases by GEFs. Molecules (Basel, Switzerland), 24(18), 3308.