GTPase

I biokjemi brukes begrepet GTPase , guanosintrifosfatase eller guanosintrifosfataser [ 1 ] ( EC 3.6.5 ) om en superfamilie av enzymer med mer enn 100 strukturelt beslektede proteiner som regulerer ulike biologiske funksjoner. De er hydrolase- type enzymer som kan binde og hydrolysere guanosintrifosfat ( GTP) molekylet. Bindingen av GTPase med dets substrat, GTP, skjer i en svært konservert region av enzymet kalt G-domenet og er en region som er felles for alle GTPaser. GTPase er aktiv når den er bundet til GTP og inaktiv når den er bundet til GDP . [ 2 ]

Klassifisering

GTPaser er en stor superfamilie av enzymer som, basert på deres funksjon, kan deles inn i to generelle klasser: [ 3 ]

TRAFAC -klassen ( TRA nslasjonsfaktorer ) er GTPasene som deltar i translasjon (initiering, forlengelse, etc.) og signaltransduksjon, cellemotilitet og intracellulær transport.
SIMIBI-klassen (akronymer for engelsk, SI gnal recognition particle, Mi nD og Bi oD ), er GTPaser for gjenkjenning av signaler relatert til proteintransport, sammenstillingen av MinD - type ATPase -enzymer — derav navnet i akronymet —, protein lokalisering, kromosomfordeling , plasmamembrantransport og en gruppe med kinase- eller fosfattransferaseaktivitet .

Disse to klassene kan sammen inneholde rundt 20 særegne enzymfamilier som kan deles inn i 57 underfamilier basert på de strukturelle motivene de deler med hverandre, så vel som arkitekturen til visse regioner eller domener. [ 3 ]

Ras GTPase

Ras GTPase-superfamilien er en stor gruppe små monomere proteiner som er homologe med Ras -proteinet . De kalles også små GTPaser med en molekylvekt på ca. 21 KDa og fungerer generelt som molekylære brytere for en lang rekke cellulære signalveier . Basert på deres primære aminosyresekvenser og deres biokjemiske egenskaper, er Ras-superfamilien delt inn i fem underfamilier: Ras , Rho , Rab , Arf og Ran .

Familie av oversettelsesfaktorer

Familien av translasjonsfaktorer er GTPaser som har funksjoner i initiering, forlengelse og avslutning av proteinsyntese , slik som Tu-forlengelsesfaktoren (EF-Tu).

Translokasjonsfaktorer

De er proteinkomplekser, inkludert signalgjenkjenningspartikkelen , som gjenkjenner og transporterer spesifikke proteiner til det endoplasmatiske retikulumet og andre destinasjoner, spesielt i prokaryoter , og som har GTPase-aktivitet.

Funksjoner

GTPaser har viktige roller i:

Signaloverføring på nivået av intracellulære transmembrane reseptorsegmenter som medierer gjenkjenning av signaler, for eksempel smak , lukt og syn .
Proteinsyntese , det vil si translasjon på nivået av ribosomer .
Kontroll av celledifferensiering under celledeling .
Translokasjon av proteiner over cellemembraner.
Transport av vesikler i cellen , spesielt vesikkelbelegg.

Mekanisme

Hydrolysen av GTP -fosfat til guanosindifosfat (GDP) og uorganisk fosfat ( Pi ), skjer ved mekanismen for nukleofil substitusjon (S N 2 ) via et femverdig mellomprodukt og er avhengig av magnesiumionet Mg 2+ .

Gjenkjennelse

I de fleste GTPaser skyldes spesifisiteten for den nitrogenholdige guaninbasen en region av molekylet generelt kalt motivet , som har en konsensussekvens ( [N/T]KXD ) tilstede i alle proteiner som gjenkjenner og binder nukleotider . [ 4 ] I de GTPasene med lavere affinitet for guanin, bemerkes det at [N/T]KXD-motivet er fraværende eller er substituert med andre nukleotider, som i tilfellet med gruppen av GTPaser indusert av interferon-γ som er i substitusjon har et like bevart motiv sammensatt av aminosyrene arginin - asparaginsyre ( " RD " ), og binder dermed guanin med lav affinitet. [ 5 ]

Regulatoriske GTPaser

De regulatoriske GTPasene, også kalt GTPase-superfamilien , er enzymer som regulerer andre biokjemiske prosesser, blant dem, og de mest beryktede er G-proteinene .

Brytere

Alle regulatoriske GTPaser har en felles mekanisme som lar dem slå signaloverføring på eller av. Bytting skjer via den ensrettede endringen av GTPase fra "aktiv: GTP-bundet" form til "inaktiv: GDP-bundet" form . Denne endringen utføres med en enkel hydrolyse av GTP ved hjelp av den iboende aktiviteten til den samme GTPase, og klarer å sende bryteren til av -tilstand . Denne reaksjonen initieres av spesifikke proteiner kalt GTPase-aktiverende proteiner (GAPs) som kommer fra en separat signaloverføring. GTPase-inaktivering kan reverseres til dens tilstand av et annet protein kalt guanin-nukleotidutvekslingsfaktor (GEF), som får GDP til å dissosiere fra GTPase, noe som fører til assosiasjon til en ny GTP. Dette lukker syklusen til den GTPase-aktiverte tilstanden, som er den eneste tilstanden der GTPase kan transdusere et signal til en nedstrøms kjedereaksjon.

Forskrift

Effektiviteten til signaloverføring via GTPaser avhenger av forholdet mellom de aktive og inaktive tilstandene til enzymet. Likevektsligningen er gitt:

{\frac {{\text{GTPase}}*{\text{GTP}}}{{\text{GTPase}}*{\text{GDP}}}}={\frac {k_{\text {diss.GDP}}}{k_{\text{cat.GTP}}}}

hvori k diss. BNP er dissosiasjonskonstanten for BNP og k cat. GTP GTP-hydrolysekonstanten for den spesifikke GTPase. Begge konstantene kan reguleres av individuelle regulatoriske proteiner. Mengden aktiv GTPase kan endres på flere måter:

Akselerasjon i BNP-dissosiasjon av GEF-er øker mengden aktiv GTPase.
Hemming av GDP -dissosiasjon av guanin-nukleotid-dissosiasjonshemmere (GDI) reduserer akkumuleringen av aktiv GTPase.
Akselerasjon i hydrolysen av GTP av GAPs reduserer mengden aktiv GTPase.
GTP-analoger som γ-S-GTP , β,γ-methylen-GTP og β,γ-imino-GTP kan ikke hydrolyseres, så de binder GTPase i sin aktive tilstand.

Se også

Referanser

↑ Harrison's Principles of Internal Medicine 16. utgave. "Forkortelser (G)" . McGraw-Hill-selskapene . Hentet 22. mars 2008 .
↑ Jorge Jalil, Sergio Lavandero, Mario Chiong og María Paz Ocaranza. Rho/Rho-kinase-signalveien i kardiovaskulær sykdom og ombygging. (på spansk). Spanish Journal of Cardiology (online). Bind 58, nummer 08, august 2005. Sist åpnet 22. mars 2008.
^ a b Detlef D. Leipe, Yuri I. Wolf, Eugene V. Koonin og L. Aravind. Klassifisering og utvikling av P-loop GTPaser og relaterte ATPaser . Journal of Molecular Biology; Bind 317, utgave 1, 15. mars 2002, side 41-72. Sist åpnet 22. mars 2008.
↑ Leipe DD, Wolf YI, Koonin EV og Aravind, L. (2002). "Klassifisering og utvikling av P-loop GTPaser og relaterte ATPaser". J Mol Bio 317 (1): 41-72.
↑ Elisabeth Naschberger, Clara Lubeseder-Martellato, Nadine Meyer, Ruth Gessner, Elisabeth Kremmer, Andre Gessner og Michael Stürzl. Humant guanylatbindende protein-1 er en utskilt GTPase tilstede i økte konsentrasjoner i cerebrospinalvæsken hos pasienter med bakteriell meningitt . The American Journal of Pathology, bind 169, nr. 3, september 2006. DOI: 10.2353/ajpath.2006.060244. Sist åpnet 22. mars 2008.