GTPasa - GTPase

Las GTPasas son una gran familia de enzimas hidrolasas que se unen al nucleótido guanosina trifosfato (GTP) y lo hidrolizan a guanosina difosfato (GDP) . La unión e hidrólisis de GTP tiene lugar en el "dominio G" del bucle P altamente conservado , un dominio de proteína común a muchas GTPasas.

Funciones

Las GTPasas funcionan como interruptores moleculares o temporizadores en muchos procesos celulares fundamentales.

Ejemplos de estos roles incluyen:

Las GTPasas son activas cuando están unidas a GTP e inactivas cuando están unidas a GDP. En el modelo de señalización de receptor-transductor-efector generalizado de Martin Rodbell , las GTPasas de señalización actúan como transductores para regular la actividad de las proteínas efectoras. Este cambio inactivo-activo se debe a cambios conformacionales en la proteína que distingue estas dos formas, particularmente de las regiones "conmutadas" que en el estado activo son capaces de hacer contactos proteína-proteína con proteínas asociadas que alteran la función de estos efectores.

Mecanismo

La hidrólisis de GTP unido a un dominio G (activo)-GTPasa conduce a la desactivación de la función de señalización / temporizador de la enzima. La hidrólisis de la tercera (γ) fosfato de GTP para crear guanosina difosfato (GDP) y P i , fosfato inorgánico , se produce por la S N 2 mecanismo (ver sustitución nucleófila ) a través de un estado de transición pentavalente y es dependiente de la presencia de una ion magnesio Mg 2+ .

La actividad de GTPasa sirve como mecanismo de cierre de las funciones de señalización de las GTPasas al devolver la proteína activa unida a GTP al estado inactivo unido a GDP. La mayoría de las "GTPasas" tienen actividad de GTPasa funcional, lo que les permite permanecer activas (es decir, unidas a GTP) sólo durante un corto tiempo antes de desactivarse convirtiendo GTP unido en GDP unido. Sin embargo, muchas GTPasas también utilizan proteínas accesorias denominadas proteínas activadoras de GTPasa o GAP para acelerar su actividad GTPasa. Esto limita aún más la vida activa de las GTPasas de señalización. Algunas GTPasas tienen poca o ninguna actividad GTPasa intrínseca y son completamente dependientes de las proteínas GAP para la desactivación (como el factor de ribosilación de ADP o la familia ARF de pequeñas proteínas de unión a GTP que participan en el transporte mediado por vesículas dentro de las células).

Para activarse, las GTPasas deben unirse a GTP. Dado que se desconocen los mecanismos para convertir el GDP unido directamente en GTP, se induce a las GTPasas inactivas a liberar el GDP unido por la acción de distintas proteínas reguladoras llamadas factores de intercambio de nucleótidos de guanina o GEF. La proteína GTPasa libre de nucleótidos se vuelve a unir rápidamente al GTP, que se encuentra en exceso en las células sanas con respecto al GDP, lo que permite que la GTPasa entre en el estado de conformación activa y promueva sus efectos en la célula. Para muchas GTPasas, la activación de GEF es el mecanismo de control principal en la estimulación de las funciones de señalización de GTPasa, aunque las GAP también juegan un papel importante. Para las proteínas G heterotriméricas y muchas proteínas pequeñas que se unen a GTP, la actividad de GEF es estimulada por los receptores de la superficie celular en respuesta a señales externas a la célula (para las proteínas G heterotriméricas, los receptores acoplados a la proteína G son en sí mismos GEF, mientras que para las GTPasas pequeñas activadas por receptor) sus GEF son distintos de los receptores de la superficie celular).

Algunas GTPasas también se unen a proteínas accesorias llamadas inhibidores de la disociación de nucleótidos de guanina o GDI que estabilizan el estado inactivo unido a GDP.

La cantidad de GTPasa activa se puede cambiar de varias formas:

  1. La aceleración de la disociación del PIB por parte de los FMAM acelera la acumulación de GTPasa activa.
  2. La inhibición de la disociación de GDP por inhibidores de la disociación de nucleótidos de guanina (GDI) ralentiza la acumulación de GTPasa activa.
  3. La aceleración de la hidrólisis de GTP por GAP reduce la cantidad de GTPasa activa.
  4. Los análogos de GTP artificiales como GTP-γ-S , β, γ-metilen-GTP y β, γ-imino-GTP que no se pueden hidrolizar pueden bloquear la GTPasa en su estado activo.
  5. Las mutaciones (como las que reducen la tasa de hidrólisis intrínseca de GTP) pueden bloquear la GTPasa en el estado activo, y tales mutaciones en la pequeña GTPasa Ras son particularmente comunes en algunas formas de cáncer.

GTPasas de dominio G

En la mayoría de las GTPasas, la especificidad de la base guanina frente a otros nucleótidos es impartida por el motivo de reconocimiento de bases, que tiene la secuencia consenso [N / T] KXD. La siguiente clasificación se basa en características compartidas; algunos ejemplos tienen mutaciones en el motivo de reconocimiento de bases que cambian su especificidad de sustrato, más comúnmente a ATP.

Clase TRAFAC

La clase TRAFAC de proteínas de dominio G recibe su nombre del miembro prototípico, las proteínas G del factor de traducción. Desempeñan funciones en la traducción, la transducción de señales y la motilidad celular.

Superfamilia de factor de traducción

Ver también: EF-G § Evolution y EF-Tu § Evolution

Múltiples GTPasas de la familia de factores de traducción clásicos juegan papeles importantes en el inicio , elongación y terminación de la biosíntesis de proteínas . Compartiendo un modo similar de unión al ribosoma debido al dominio β-EI que sigue a la GTPasa, los miembros más conocidos de la familia son EF-1A / EF-Tu , EF-2 / EF-G y factores de liberación de clase 2 . Otros miembros incluyen EF-4 (LepA), BipA (TypA), SelB ( paralog bacteriano selenocisteinil-tRNA EF-Tu), Tet ( resistencia a tetraciclina por protección ribosómica) y HBS1L ( proteína de rescate de ribosoma eucariota similar a los factores de liberación).

La superfamilia también incluye la familia Bms1 de levadura.

Superfamilia similar a Ras

Proteínas G heterotriméricas
Artículo principal: proteína G heterotrimérica

Proteínas G heterotriméricas complejos se componen de tres subunidades distintas proteína denominada alfa (a), beta (beta) y gamma (gamma) subunidades . Las subunidades alfa contienen el dominio de unión a GTP / GTPasa flanqueado por regiones reguladoras largas, mientras que las subunidades beta y gamma forman un complejo dimérico estable denominado complejo beta-gamma . Cuando se activa, una proteína G heterotrimérica se disocia en una subunidad alfa unida a GTP activada y una subunidad beta-gamma separada, cada una de las cuales puede realizar funciones de señalización distintas. Las subunidades α y γ se modifican mediante anclajes lipídicos para aumentar su asociación con la valva interna de la membrana plasmática.

Las proteínas G heterotriméricas actúan como transductores de receptores acoplados a proteínas G , acoplando la activación del receptor a los efectores de señalización descendentes y segundos mensajeros . En células no estimuladas, las proteínas G heterotriméricas se ensamblan como el trímero inactivo unido a GDP ( complejo G α -GDP-G βγ ). Tras la activación del receptor, el dominio intracelular del receptor activado actúa como GEF para liberar GDP del complejo de proteína G y promover la unión de GTP en su lugar. El complejo unido a GTP sufre un cambio de conformación activador que lo disocia del receptor y también rompe el complejo en sus componentes de la subunidad alfa y beta-gamma de la proteína G que lo componen. Si bien estas subunidades de proteína G activadas ahora son libres para activar sus efectores, el receptor activo también es libre de activar proteínas G adicionales, lo que permite la activación catalítica y la amplificación donde un receptor puede activar muchas proteínas G.

La señalización de la proteína G se termina mediante la hidrólisis de GTP unido a GDP unido. Esto puede ocurrir a través de la actividad GTPasa intrínseca de la subunidad α, o acelerarse mediante proteínas reguladoras independientes que actúan como proteínas activadoras de GTPasa (GAP), como los miembros de la familia Reguladora de la señalización de proteínas G (RGS). La velocidad de la reacción de hidrólisis funciona como un reloj interno que limita la duración de la señal. Una vez que G α vuelve a estar ligado al PIB, las dos partes del heterotrímero se vuelven a asociar al estado inactivo original.

Las proteínas G heterotriméricas pueden clasificarse por homología de secuencia de la unidad α y por sus dianas funcionales en cuatro familias: familia G s , familia G i , familia G q y familia G 12 . Cada una de estas familias de proteínas G α contiene múltiples miembros, de modo que los mamíferos tienen 16 genes de subunidades α distintos . Asimismo, G β y G γ están compuestos por muchos miembros, lo que aumenta la diversidad estructural y funcional del heterotrímero. Entre las moléculas diana de las proteínas G específicas se encuentran las enzimas generadoras de segundo mensajero adenilil ciclasa y fosfolipasa C , así como varios canales iónicos .

Pequeñas GTPasas
Artículo principal: Small GTPase

Las pequeñas GTPasas funcionan como monómeros y tienen un peso molecular de aproximadamente 21 kilodaltons que consiste principalmente en el dominio GTPasa. También se denominan proteínas reguladoras de unión a nucleótidos de guanina pequeñas o monoméricas, proteínas de unión a GTP pequeñas o monoméricas o proteínas G pequeñas o monoméricas, y debido a que tienen una homología significativa con la primera proteína identificada, denominada Ras , también son denominadas GTPasas de la superfamilia Ras . Las pequeñas GTPasas generalmente sirven como interruptores moleculares y transductores de señal para una amplia variedad de eventos de señalización celular, que a menudo involucran membranas, vesículas o citoesqueleto. De acuerdo con sus secuencias de aminoácidos primarios y propiedades bioquímicas, las numerosas GTPasas pequeñas de la superfamilia Ras se dividen en cinco subfamilias con funciones distintas: Ras , Rho ("homología Ras"), Rab , Arf y Ran . Si bien muchas GTPasas pequeñas son activadas por sus GEF en respuesta a señales intracelulares que emanan de los receptores de la superficie celular (particularmente los receptores del factor de crecimiento ), los GEF reguladores para muchas otras GTPasas pequeñas se activan en respuesta a señales celulares intrínsecas, no señales de la superficie celular (externas).

Superfamilia de miosina-kinesina

Esta clase se define por la pérdida de dos hebras beta y hebras N-terminales adicionales. Ambos homónimos de esta superfamilia, miosina y kinesina , han cambiado para usar ATP.

GTPasas grandes

Ver dinamina como un prototipo de grandes GTPasas monoméricas.

Clase SIMIBI

Gran parte de la clase SIMIBI de GTPasas se activa mediante dimerización. Nombrada en honor a la partícula de reconocimiento de señales (SRP), MinD y BioD, la clase está involucrada en la localización de proteínas, la partición de cromosomas y el transporte de membranas. Varios miembros de esta clase, incluidos MinD y Get3, han cambiado en la especificidad de sustrato para convertirse en ATPasas.

Factores de translocación

Para obtener más información sobre los factores de translocación y el papel de GTP, consulte la partícula de reconocimiento de señales (SRP).

Otras GTPasas

Si bien la tubulina y las proteínas estructurales relacionadas también se unen e hidrolizan GTP como parte de su función para formar túbulos intracelulares, estas proteínas utilizan un dominio de tubulina distinto que no está relacionado con el dominio G utilizado por las GTPasas de señalización.

También hay proteínas que hidrolizan GTP que utilizan un bucle P de una superclase distinta de la que contiene el dominio G. Los ejemplos incluyen las proteínas NACHT de su propia superclase y la proteína McrB de la superclase AAA + .

Ver también

Referencias

enlaces externos