Proteine g

Cosa sono le proteine g

Le proteine G sono trasduttori del segnale. Insieme al recettore associato a proteina G costituiscono un sistema a tre elementi formato da:
il recettore propriamente detto, costituito da sette α-eliche che legano il mediatore chimico;
la proteina g, che viene attivata dopo il legame tra recettore e ligando;
l'effettore, sul quale la proteina G agisce attivandolo o inibendolo. L'effettore può essere un enzima oppure un canale ionico.
L'attivazione del recettore da parte del ligando determina l'attivazione degli effettori e quindi l'insorgenza di una risposta biologica. Questa risposta è più lenta rispetto a quella mediata dai recettori canale.
Le proteine G prendono il nome dalla loro capacità di legare i nucleotidi guanilici gdp e gtp. Generalmente sono trimeriche, cioè costituite da tre subunità, anche se esistono forme monomeriche.

Struttura delle proteine g

Qua sono spiegate le varie proteine g.

Subunità α

La subunità α è la componente funzionalmente più importante perché:
possiede il dominio di legame con il recettore. Una sua porzione si inserisce nella tasca formata tra le α-eliche 5 e 6 del recettore dopo il legame del ligando; contiene il sito di legame per gdp e gtp;
possiede attività GTPasica, cioè è in grado di idrolizzare il GTP in GDP rimuovendo un gruppo fosfato nella fase finale del ciclo di attivazione.

Subunità β

La subunità β è in grado di attivare specifici effettori.

Subunità γ

Anche la subunità γ può attivare specifici effettori.

Ciclo di attivazione della proteina g - Stato di riposo

In condizioni di riposo la proteina G è legata al gdp. In questa conformazione può legarsi al recettore solo dopo che quest'ultimo è stato attivato dal ligando.
Sul versante intracellulare della membrana le proteine g si trovano in prossimità dei recettori, ma normalmente non sono legate ad essi.

Legame al recettore

Quando la subunità α si lega al recettore attivato, subisce un cambiamento conformazionale che riduce l'affinità per il gdp.
Di conseguenza il GDP viene rilasciato e il sito di legame diventa disponibile per il gtp, che possiede maggiore affinità nella conformazione attiva della proteina.
Questo processo prende il nome di reazione di scambio. Non si tratta di una reazione enzimatica: il gdp viene semplicemente sostituito dal gtp.

Attivazione della proteina g

Il legame del gtp provoca un ulteriore cambiamento conformazionale.
La proteina G si dissocia in:
subunità α legata al gtp; complesso βγ, che rimane unito.
Entrambe le componenti possono legarsi ai rispettivi effettori, rappresentati da enzimi o canali ionici, determinandone l'attivazione oppure l'inibizione.
La subunità α può interagire con più effettori finché mantiene legato il GTP.

Idrolisi del gtp

La subunità α possiede attività GTPasica intrinseca.
Il GTP viene idrolizzato a GDP con liberazione di un gruppo fosfato: questa è una vera reazione enzimatica.
Il GDP rimane legato alla subunità α, che recupera così la capacità di riunirsi al complesso βγ.
La proteina G ritorna quindi nello stato inattivo ed è pronta per un nuovo ciclo di attivazione quando un altro ligando si lega al recettore.

Amplificazione del segnale

L'intero ciclo dura alcuni secondi.
Durante questo intervallo sia la subunità α sia il complesso βγ possono attivare più effettori contemporaneamente, determinando un'importante amplificazione del segnale biologico.

Regolazione del ciclo

Esistono molecole endogene chiamate riattivatori del segnale mediato da proteine G, che aumentano la velocità di idrolisi del GTP potenziando l'attività GTPasica della subunità α.