Gのタンパク質、またはグアニンヌクレオチド結合タンパク質は、真核生物における多くのシグナル伝達プロセスにおいて重要な機能を有する信号「カプラ」タンパク質のファミリーに属する形質膜に関連するタンパク質です。
文献では、Gタンパク質はバイナリ分子スイッチとして説明されています。これは、それらの生物活性が、結合可能なヌクレオチド種によって与えられる構造の変化によって決定されるためです。グアノシンヌクレオチド（二リン酸（GDP）および三リン酸（GTP））。
単量体Gタンパク質であるRasタンパク質の構造（出典：Mark 'AbsturZ' via Wikimedia Commons）
それらは一般に、Gタンパク質共役受容体（GPCR）として知られるタンパク質ファミリーの受容体によって活性化され、GPCRは外部の初期信号を受け取り、それを活性化を引き起こす構造変化に変換します。その後、別のエフェクタータンパク質の活性化に翻訳されます。
一部の著者は、このタンパク質ファミリーのコーディング遺伝子は、共通の祖先遺伝子の重複と分岐によって進化し、その産物はますます洗練され、専門化されていると考えています。
これらのタンパク質が持つ多種多様な細胞機能の中には、タンパク質合成中の高分子の移行、ホルモン信号と感覚刺激の伝達、ならびに細胞の増殖と分化の調節があります。
このタイプのタンパク質には、小Gタンパク質とヘテロ三量体Gタンパク質の2つのクラスが記載されています。Gタンパク質の最初の3次元構造は、Rasとして知られる小さなGタンパク質から10年以上前に派生しました。
構造
構造的に言えば、2つのタイプのGタンパク質が認識されます。小さなGタンパク質とはるかに複雑なヘテロ三量体Gタンパク質です。
小さなGタンパク質は、約200アミノ酸残基と約20〜40 kDaの単一のポリペプチドで構成され、その構造には、5つのαヘリックス、6つのβ折りたたみシートで構成される保存された触媒ドメイン（Gドメイン）があり、 5つのポリペプチドループ。
一方、ヘテロ三量体Gタンパク質は、α、β、およびγサブユニットとして知られる3つのポリペプチド鎖で構成される内在性膜タンパク質です。
-αサブユニットの重量は40〜52 kDaで、グアニンヌクレオチド結合領域があり、GTPのリン酸基間の結合を加水分解するGTPase活性があります。
異なるGタンパク質のαサブユニットは、GTPの結合と加水分解のためのものなど、いくつかの構造ドメインを共有していますが、受容体タンパク質とエフェクタータンパク質の結合部位は大きく異なります。
-βサブユニットはわずかに分子量が小さい（35〜36 kDa）。
-一方、γサブユニットははるかに小さく、およそ8 kDaの分子量を持っています。
すべてのヘテロ三量体Gタンパク質には7つの膜貫通ドメインがあり、βおよびγドメインと配列類似性を共有しています。これらの2つのドメインは非常に強く関連しているため、単一の機能単位と見なされます。
タイプ
上記のように、Gタンパク質には2つのタイプがあります。
小さなGタンパク質は、細胞増殖、タンパク質分泌、および細胞内小胞相互作用に役割を果たします。一方、ヘテロ三量体Gタンパク質は、表面受容体からのシグナル伝達に関連しており、関連するヌクレオチドに応じて2つの状態を切り替えるスイッチとしても機能します。
小さなGタンパク質
これらのタンパク質は、小さなGTPase、小さなGTP結合タンパク質、またはRasタンパク質スーパーファミリーとも呼ばれ、規制機能を持つGTPヒドロラーゼの大きなクラス内で別のスーパーファミリーを形成します。
これらのタンパク質は非常に多様で、複数の細胞プロセスを制御します。それらは保存されたGTP結合ドメイン、「G」ドメインによって特徴付けられます。このリン酸ヌクレオチドの結合は、小さなGタンパク質の触媒ドメインに重要な構造変化を引き起こします。
その活性は、GTPase活性化タンパク質（GAP）およびグアニンヌクレオチド交換因子（GEF）と密接に関連しています。
小さなGタンパク質の5つのクラスまたはファミリーが真核生物で説明されています。
-Ras
-ロー
-ラブ
-Sar1 / Arf
-ラン
RasおよびRhoタンパク質は遺伝子発現を制御し、Rhoタンパク質は細胞骨格の再編成も調節します。RabおよびSar1 / Arfグループのタンパク質は小胞輸送に影響を与え、Ranタンパク質は核輸送および細胞周期を調節します。
ヘテロ三量体Gタンパク質
このタイプのタンパク質は、他の2つのタンパク質因子との関連付けにも値するので、外部環境から細胞の内部へのシグナル伝達経路は、次の順序で3つの要素で構成されています。
- 共役受容体 Gタンパク質に
- Gタンパク質
- タンパク質またはチャンネルエフェクター
ヘテロ三量体Gタンパク質には非常に多様性があり、これは自然界に存在するαサブユニットの非常に多様性に関連しており、アミノ酸配列の20％のみが保存されています。
ヘテロ三量体Gタンパク質は通常、主に機能的および配列の類似性に基づいて、αサブユニットの多様性のおかげで識別されます。
αサブユニットは4つのファミリー（Gsファミリー、Gi / oファミリー、Gqファミリー、G12ファミリー）で構成されています。各ファミリーは異なる「アイソタイプ」で構成されており、合計して15を超えるさまざまな形のαサブユニットが追加されます。
Gファミリー
このファミリーには、アデニル酸シクラーゼタンパク質のアップレギュレーションにも参加する代表が含まれており、ほとんどの細胞型で発現しています。GsとGolfの2つのメンバーで構成されています。
下付き文字「s」は刺激を指し、下付き文字「olf」は「匂い」（英語の「olfaction」から）を指します。ゴルフタンパク質は、特に嗅覚の原因となる感覚ニューロンで発現されます。
Gファミリー
これは最大かつ最も多様な家族です。それらは多くの細胞型で発現され、さまざまな種類のアデニルシクラーゼの受容体依存性阻害を媒介します（下付き文字「i」は阻害を指します）。
Goグループのαサブユニットを持つタンパク質は、特に中枢神経系の細胞で発現され、AとBの2つのバリアントがあります。
Gファミリー
このαサブユニットファミリーを持つタンパク質は、ホスホリパーゼCの調節に関与します。このファミリーは、αサブユニットが異なる遺伝子によって発現される4つのメンバーで構成されます。それらは肝臓細胞、腎臓細胞、および肺に豊富です。
Gファミリー
このファミリーは、生物のいたるところに発現しており、これらのサブユニットを持つタンパク質によって調節される正確な細胞プロセスは確実にはわかっていません。
Βおよびγサブユニット
アルファ構造の多様性はヘテロ三量体タンパク質の同定に決定的ですが、他の2つのサブユニット（ベータとガンマ）に関しても多くの多様性があります。
特徴
Gタンパク質は、細胞膜上の受容体からエフェクターチャネルまたは酵素への信号の「チャネリング」に参加します。
このタイプのタンパク質の機能の最も一般的な例は、アデノシン3 '、5'-一リン酸、または単に環状AMPの合成に関与する酵素であるアデニル酸シクラーゼという酵素の調節です。多くの既知の細胞プロセス：
-特定の機能を持つタンパク質の選択的リン酸化
-遺伝子転写
-細胞骨格の再編成
-分泌
-膜の脱分極
それらはまた、走化性や可溶性因子の分泌などのカルシウム依存性プロセスの制御に関与するイノシトール（ホスファチジルイノシトールおよびそのリン酸化誘導体）のシグナル伝達カスケードの調節に間接的に参加します。
多くのイオンチャネルと輸送タンパク質はGタンパク質ファミリーのタンパク質によって直接制御されており、同様にこれらのタンパク質は視覚、嗅覚などの多くの感覚プロセスに関与しています。
それらはどのように機能しますか？
Gタンパク質とエフェクタータンパク質の相互作用のモードは、タンパク質の各クラスまたはファミリーに固有です。
膜受容体と結合したGタンパク質（ヘテロ三量体Gタンパク質）の場合、GDPやグアノシン二リン酸などのグアニンヌクレオチドがαサブユニットに結合すると、3つのサブユニットが会合し、GαβγまたはG-GDPと呼ばれる複合体を形成します。膜に付着しています。
その後GDP分子がGTP分子と交換されると、GTPに結合したαサブユニットがβおよびγサブユニットから分離し、Gα-GTPと呼ばれる別の複合体を形成します。標的タンパク質。
このサブユニットの加水分解活性により、活性化が完了し、GTPが新しいGDPに交換され、不活性な構造になります。
Gタンパク質に関連する励起された受容体がない場合、GDPからGTPへの交換のこのプロセスは非常に遅くなります。つまり、ヘテロ三量体Gタンパク質は、それらが興奮した受容体。
参考文献
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