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.
Heterotrimere G-Proteine
Heterotrimere G-Proteine sind aus drei Untereinheiten (α, β und γ) bestehende G-Proteine, die nach Aktivierung eines G-Protein-gekoppelten Rezeptors einerseits in eine α-Untereinheit und andererseits in eine βγ-Untereinheit unter Austausch von GDP gegen GTP zerfallen.
Für die Signaltransduktion ist insbesondere die α-Untereinheit von Bedeutung, von der über 20 Isoformen bekannt sind. Anhand ihrer Eigenschaften werden diese Isoformen im wesentlichen in 4 Familien zusammengefasst (αs, αi, αq und α12/13), nach denen auch die G-Proteine entsprechend benannt werden (Gs, Gi, Gq und G12/13). Auch die βγ-Untereinheit kann bei der Aktivierung von Second messengern von Bedeutung sein. Über die Veränderung der Second-messenger-Konzentration wird unmittelbar oder mittelbar ein Effekt ausgelöst.
| G-Protein-Familie | α-Untereinheiten | Signaltransduktion | Vorkommen / Rezeptoren | Effekte (Beispiele) |
| Gi-Familie | ||||
| Gi/o | αi, αo | Hemmung der Adenylylcyclase, Hemmung der Bildung von cAMP, Öffnung von Kaliumkanälen, Hemmung von Calciumkanälen | heptahelikale Hormon- und Neurotransmitterrezeptoren | Kontraktion glatter Muskulatur |
| Gt | αt (Transducin) | Aktivierung der Phosphodiesterase 6, Abbau von cGMP | Rhodopsin | Sehen |
| Ggust | αgust (Gustducin) | Aktivierung der Phosphodiesterase 6, Abbau von cGMP | Geschmacksrezeptoren | Geschmack |
| Gz | αz | Hemmung der Adenylylcyclase | ? | ? |
| Gs-Familie | ||||
| Gs | αs | Aktivierung der Adenylylcyclase, Bildung von cAMP | heptahelikale Hormon- und Neurotransmitterrezeptoren | Steigerung der Herzfrequenz, Relaxation glatter Muskulatur, Erregungsweiterleitung |
| Golf | αolf | Aktivierung der Adenylylcyclase, Bildung von cAMP | olfaktorische Rezeptoren | Riechen |
| Gq-Familie | ||||
| Gq | αq, α11, α14, α15, α16 | Aktivierung der Phospholipase C, Bildung von IP3 und DAG | heptahelikale Hormon- und Neurotransmitterrezeptoren | Kontraktion glatter Muskulatur, Erregungsweiterleitung |
| G12/13-Familie | ||||
| G12/13 | α12, α13 | Aktivierung der Rho-Kinase | ? | Cytoskelett |
Heterotrimere G-Proteine besetzen somit eine Schlüsselposition in der Signaltransduktion und sind verantwortlich für physiologische (z.B. Sehen, Riechen, Blutdruckregulation etc.) und pathophysiologische Effekte (z.B. Hypertonie, Herzinsuffizienz, etc.).
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-Protein 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