Onder de naam G-eiwitten is een inhomogene groep eiwitten die de nucleotiden guanosinedifosfaat (GDP) en guanosinetrifosfaat (GTP) kunnen binden.
Ze spelen een cruciale rol bij de transmissie en "vertaling" van extracellulaire signalen naar en binnen de cel. Op membraan gebaseerde, heterotrimere G-eiwitten zijn de bemiddelaar tussen de extracellulaire en intracellulaire ruimte en de zogenaamde kleine G-eiwitten, die zich in het cytosol van de cellen bevinden, zorgen voor de overdracht van de signalen binnen de cel.
Wat is een G-proteïne?
G-eiwitten, ook bekend als GTPases, vertegenwoordigen een inhomogene groep eiwitten die een cruciale rol spelen bij de overdracht van extracellulaire signalen naar en binnen de cel. Alle G-eiwitten worden gekenmerkt door het feit dat ze kunnen binden aan de nucleotiden GTP en GDP.
Ze kunnen worden onderverdeeld in twee grote groepen membraangebonden heterotrimere G-eiwitten en zogenaamde kleine monomere G-eiwitten. De monomere G-eiwitten bevinden zich in het cytosol van de cellen en fungeren als tweede boodschappers voor signaaltransductie binnen de cel. De membraangebonden G-eiwitten zijn samengesteld uit de subeenheden Alfa, Beta en Gamma. In de inactieve toestand is het BBP gebonden aan de alfa-subeenheid.
Een extracellulaire stimulus (signaal) zet een proces in gang waarbij het BBP wordt vervangen door GTP en tegelijkertijd vindt er een dissociatie plaats tussen de alfa-subeenheid en de bèta-gamma-subeenheid. De twee bèta- en gamma-subeenheden blijven bij elkaar als een actieve functionele eenheid, zelfs in de daaropvolgende processen als een bèta-gamma-subeenheid. De uitwisseling van GDP door GTP komt dus overeen met het overschakelen van de inactieve “UIT-positie” naar de geactiveerde “AAN-positie”.
Functie, effect en taken
Net als dierlijke cellen worden menselijke cellen beschermd door een celmembraan dat niet gemakkelijk doorlaatbaar is voor grote moleculen of pathogene kiemen. Enerzijds biedt het celmembraan bescherming voor het interne cytosol en de celkern, anderzijds kan dit een probleem zijn voor de noodzakelijke communicatie en informatie-uitwisseling tussen cellen, binnen een cel en tussen extracellulaire en intracellulaire ruimte.
De belangrijkste functie van de membraangebonden heterotrimere G-eiwitten, waarvan ongeveer 21 verschillende alfa-subeenheden bekend zijn, bestaat uit signaaltransductie van de extracellulaire ruimte naar de binnenkant van de cel. Signaaltransducties zijn essentieel voor de overdracht van signalen en de vertaling van bepaalde "instructies" in cellulaire metabolische processen. Het gaat erom belangrijke berichten te ontvangen die van buitenaf via boodschappersubstanties, hormonen of neurotransmitters naar de cel worden gebracht en deze te vertalen als 'werkinstructies' voor de cel en deze door te geven aan tweede boodschappers in de cel, die voor verder transport binnen het cytosol zorgen. .
Het transductieproces speelt ook een belangrijke rol bij de overdracht van bepaalde gevoelige prikkels zoals zien, horen, proeven en ruiken. Signaaltransductie is net zo belangrijk voor het functioneren van bepaalde regelkringen die de lichaamstemperatuur, bloeddruk, hartfunctie en vele andere onbewuste parameters regelen. Eenvoudig gezegd belichamen de heterotrimere G-eiwitten die in het celmembraan zijn verankerd het actieve klaringspunt voor signaalstoffen, die in getransformeerde vorm worden overgedragen naar de kleine G-eiwitten in de cel, die als tweede boodschappers fungeren.
De kleine G-eiwitten, waarvan meer dan 100 verschillende vormen bekend zijn, vervullen een breed scala aan taken binnen de cel.Ze zijn bijvoorbeeld betrokken bij de regulatie van genexpressie, de organisatie van het cytoskelet, het transport van stoffen tussen de kern en het cytoplasma, evenals de uitwisseling van stoffen met de lysosomen en celproliferatie.
Opleiding, voorkomen, eigenschappen en optimale waarden
Net als bij alle andere eiwitten zijn de basisbouwstenen van G-eiwitten de zogenaamde proteïnogene aminozuren, waarvan er tot nu toe 23 bekend zijn. Hoewel het celmetabolisme de meeste aminozuren zelf kan synthetiseren, moeten de weinige aminozuren die als essentieel worden beschreven, met voedsel worden ingenomen.
De assemblage van de eiwitten vindt ofwel vanaf de grond plaats door aminozuren aan elkaar te rijgen in de genetisch gespecificeerde volgorde of door bestaande fragmenten van gedeeltelijk ontmantelde eiwitten met een lange keten te assembleren. De fragmenten kunnen ook bestaan uit peptiden of polypeptiden die volgens de definitie uit minder dan 100 aminozuren bestaan. De synthese van de G-eiwitten vindt in elke individuele cel plaats in complexe processen op basis van de gensegmenten die eerder in het mRNA zijn gekopieerd en die de aminozuursequentie van elk afzonderlijk eiwit bepalen.
Omdat G-eiwitten in hun diversiteit betrokken zijn bij praktisch alle controle- en reguleringsprocessen van elke cel en de relatie tussen geactiveerde en geïnactiveerde toestand zeer dynamisch is, is een momentopname van hun concentratie of activiteit in de cellen niet mogelijk en niet zinvol. Of alle G-eiwitten in het netwerk 'normaal' werk verrichten, kan alleen indirect via de gezondheidsstatus worden beoordeeld.
Ziekten en aandoeningen
In het geval van eiwitten die het functionele of activerende deel zijn van een enzym, hormoon of andere functionele eenheden, bestaat het risico dat een fout in hun aminozuursequentie ervoor zorgt dat ze hun functie verliezen en dat het enzym of hormoon een deel van zijn effectiviteit verliest. In de meeste gevallen van een "eiwitdefect" is er een overeenkomstig genetisch defect.
Mutatie van een gensegment leidt tot een onjuiste specificatie van de aminozuursequentie en daarmee tot een onjuiste constructie van het bijbehorende eiwit. De G-eiwitten worden niet gespaard voor dergelijke genetisch bepaalde fouten in de blauwdruk. De G-eiwitten verliezen echter ook hun functie als de fout in de aan G-eiwit gekoppelde receptoren ligt.
In beide gevallen veroorzaakt het verminderde vermogen om signalen over te dragen een bepaalde ziekte of draagt het bij aan de ontwikkeling ervan. Ziekten die worden geassocieerd met een verminderde functie van G-eiwitten zijn bijvoorbeeld pseudohypoparathyreoïdie, acromegalie, hyperfunctioneel schildklieradenoom, tumoren van de eierstokken en enkele andere.
