G-Proteine
Die Bezeichnung G-Protein steht vereinfacht für Guaninnucleotide-bindendes Protein oder GTP-bindendes Protein. G-Proteine besetzen eine Schlüsselposition in der Signalweiterleitung (Signaltransduktion) zwischen Rezeptor und Second messenger-Systemen. Man unterscheidet zwischen membranständigen heterotrimeren G-Proteinen und cytosolischen sogenannten kleinen G-Proteinen.
G-Proteintypen
Man unterscheidet Gs-, Gi- und Gq-Proteine. Gs-Proteine sind stimulierender (erregender) Wirkung, Gi-Proteine inhibierender (hemmender). Beide besitzen als Effektor Adenylatcyclase. Der Effektor von Gq-Proteinen ist die Phospholipase C. Bei Gs/Gi-gekoppelten Vorgängen wird über den second messenger cAMP die Proteinkinase A als regulatorische bzw. katalytische Untereinheit angeregt, die ein Protein phosphoryliert. Bei Gq-gekoppelten Vorgängen spaltet der Effektor Phosphatidylinositolbisphosphat (PIP2) in Inositoltrisphosphat (IP3) und Diacylglycerin. Dieses aktiviert die Proteinkinase C, die ein Funktionsprotein phosphoryliert.
Heterotrimere G-Proteine
Heterotrimere G-Proteine sind aus drei Untereinheiten (α, β und γ) aufgebaut, wobei die α-Untereinheit eine GDP/GTP-Bindungsdomäne besitzt. Ein Heterotrimeres G-Protein kann durch einen G-Protein-gekoppelten Rezeptor, der ein GTP-Austauschfaktor (GTP exchange factor, GEF) ist, unter Zerfall in die Untereinheiten α und βγ aktiviert werden. Heterotrimere G-Proteine besetzen eine Schlüsselposition in der Signaltransduktion und sind verantwortlich für physiologische (z.B. Sehen, Riechen, Blutdruckregulation etc.) und pathophysiologische Effekte (z.B. Hypertonie, Herzinsuffizienz).
Kleine G-Proteine
Kleine G-Proteine (auch kleine GTP-asen) sind GTP-bindene Proteine mit einer Molekülmasse von 20-40 kDa. Derzeit sind über 100 verschiedene kleine G-Proteine bekannt, die auf Grund phylogenetischer Gemeinsamkeiten und Unterschiede in 5 Familien unterteilt werden: Ras, Rho, Rab, Sar1/Arf und Ran. Sie sind im Zellzyklus an der Regulation zahlreicher Zellfunktionen beteiligt, z.B. der Regulation der Genexpression (Ras und Rho), der Regulation des Zytoskeletts (Rho), der Regulation des Vesikeltransports (Rab und Sar1/Arf) sowie der Regulation des Transports zwischen Cytoplasma und Zellkern (Ran).
Literatur
- H.E. Hamm: The Many Faces of G Protein Signaling. In: J. Biol. Chem. 273/2/1998 S. 669-672
- Y. Takai, T. Sasaki & T. Matozaki: Small GTP-binding proteins. In: Physiol. Rev. 81/1/2001 S. 153-208
- I. Vetter & A. Wittinghofer: The guanine nucleotide-binding switch in three dimensions. In: Science. 294/2001 S. 1299-304