חלבון G

תחת השם חלבוני G היא קבוצה לא-הומוגנית של חלבונים שיכולים לקשור את נוקלאוטידים גואנוזין דיפוספט (תוצר) ואת גואנוזין טריפוספט (GTP).

הם ממלאים תפקיד מכריע בהעברה ו"תרגום "של אותות חוץ תאיים לתא ובתוכו. חלבוני G המבוססים על הממברנה הם המתווכים בין החלל החוץ תאי לבין התאי לבין מה שמכונה חלבוני G קטנים, הנמצאים בציטוזול של התאים, מבטיחים את העברת האותות בתא.

מהו חלבון G?

חלבוני G, המכונים גם GTPases, מייצגים קבוצה לא-הומוגנית של חלבונים הממלאים תפקיד מכריע בהעברת האותות החוץ תאיים לתא ובתוכו. כל חלבוני ה- G מאופיינים בכך שהם יכולים לקשור את נוקלאוטידים GTP ותמ"ג.

ניתן לחלק אותם לשתי קבוצות גדולות של חלבוני G heterotrimeric כבולים ומכונה חלבוני G מונומריים קטנים. חלבוני ה- G המונומרים נמצאים בציטוזול של התאים ומשמשים כשליחים שניים להולכת אות בתא. חלבוני ה- G הקשורים לממברנה מורכבים מהיחידות המשנה אלפא, בטא וגמא. במצב הלא פעיל, התוצר מחויב ליחידת האלפא.

גירוי (אות) מחוץ לתאים מפעיל תהליך בו מוחלף התמ"ג על ידי GTP ובמקביל מתרחש דיסוציאציה בין יחידת האלפא לבין יחידת המשנה בטא-גמא. שתי יחידות הבטא והגמא נשארות יחד כיחידה פונקציונאלית פעילה גם בתהליכים הבאים כיחידה תת-גמאית. החלפת התוצר על ידי GTP תואמת אפוא את המעבר מ"מצב כיבוי "לא פעיל ל"מצב ON" המופעל.

פונקציה, אפקט ומשימות

בדומה לתאים מן החי, תאים אנושיים מוגנים על ידי קרום תא שאינו חדיר בקלות למולקולות גדולות או חיידקים פתוגניים. מצד אחד, קרום התא מספק הגנה על הציטוזול הפנימי וגרעין התא, ומצד שני, זו יכולה להיות בעיה לתקשורת ולחילופי מידע נחוצים בין תאים, בתוך תא ובין שטח חוץ תאיים ותוך תאיים.

הפונקציה העיקרית של חלבוני ה- G ההטרוטרימיים הקשורים לקרום, שידועים בהם כ 21- יחידות תת אלפא שונות, מורכבת בהולכת אות מהחלל החוץ תאי אל פנים התא. הולכות איתות חיוניות להעברת אותות ולתרגום של "הוראות" מסוימות לתהליכים מטבוליים סלולריים. העניין הוא לקבל הודעות חשובות המובאות לתא מבחוץ באמצעות חומרים מסנג'ר, הורמונים או מעבירים עצביים ולתרגם אותם כ"הוראות עבודה "לתא ולהעבירם לשליחים שניים בתא, שמבטיחים הובלה נוספת בתוך הציטוזול .

תהליך ההולכה ממלא גם תפקיד חשוב בהעברת גירויים רגישים מסוימים כמו ראייה, שמיעה, טעם וריח. הולכת איתות חשובה לא פחות לתפקוד לולאות בקרה מסוימות השולטות על חום הגוף, לחץ הדם, תפקוד הלב ועוד פרמטרים לא מודעים רבים אחרים. במילים פשוטות, חלבוני ה- G ההטרוטרימיים המעוגנים בקרום התא מגלמים את נקודת הסליקה האקטיבית של חומרי האות, המועברים בצורה הטרנספורמציה לחלבוני ה- G הקטנים שבתוך התא, המשמשים כשליחים שניים.

חלבוני ה- G הקטנים, שידועים בהם יותר ממאה צורות שונות, מבצעים מגוון רחב של משימות בתוך התא.לדוגמא, הם מעורבים בוויסות ביטוי הגנים, בארגון הציטוס-שלד, בהובלת חומרים בין הגרעין לציטופלסמה, וכן בחילופי חומרים עם הליזוזומים ושגשוג התאים.

חינוך, התרחשות, תכונות וערכים מיטביים

כמו בכל שאר החלבונים, אבני הבניין הבסיסיות של חלבוני G הן חומצות האמינו הפרוטאוגניות, ש 23 מהן ידועות עד היום. בעוד שמטבוליזם התאים מסוגל לסנתז את מרבית חומצות האמינו עצמה, יש לקחת כמה חומצות אמינו המתוארות כחיוניות במזון.

הרכבת החלבונים מתבצעת מהיסוד על ידי מיתר של חומצות אמינו ברצף שנקבע מראש גנטית או על ידי הרכבת שברים קיימים של חלבונים מפורקים חלקית ושרשרת ארוכה. השברים יכולים להיות מורכבים גם מפפטידים או פוליפפטידים, שעל פי ההגדרה מורכבים פחות ממאה חומצות אמינו. הסינתזה של חלבוני ה- G מתרחשת בכל תא בודד בתהליכים מורכבים על בסיס מקטעי הגנים שהועתקו בעבר ב- mRNA, שקובעים את רצף חומצות האמינו של כל חלבון בודד.

מכיוון שחלבוני G במגוון שלהם מעורבים כמעט בכל תהליכי הבקרה והוויסות של כל תא בודד והקשר בין מצב מופעל ומופעל הוא דינאמי מאוד, תמונת מצב של ריכוזם או פעילותם בתאים אינה אפשרית ולא תהיה משמעותית. האם כל חלבוני ה- G ברשת מבצעים עבודה "רגילה" ניתן להעריך רק בעקיפין דרך המצב הבריאותי.

מחלות והפרעות

במקרה של חלבונים שהם החלק התפקודי או הפעיל של אנזים, הורמון או יחידות פונקציונליות אחרות, קיים סיכון כי שגיאה ברצף חומצות האמינו שלהם תגרום להם לאבד את תפקודם ולאנזים או להורמון לאבד חלק מיעילותו. ברוב המקרים של "מום חלבוני" יש פגם גנטי תואם.

מוטציה של פלח גנים מובילה למפרט שגוי של רצף חומצות האמינו וכך לבנייה לא נכונה של החלבון המקביל. חלבוני ה- G לא נחסכים מטעויות קבועות גנטיות כאלה בתכנית. עם זאת, חלבוני ה- G מאבדים גם הם מתפקודם אם התקלה נעוצה בקולטנים המחוברים לחלבון G.

בשני המקרים, היכולת המופחתת להעביר אותות מעוררת מחלה מסוימת או תורמת להתפתחותה. מחלות הקשורות לתפקוד לקוי של חלבוני G הן, למשל, pseudohypoparathyreoidism, אקרומגליה, אדנומה של בלוטת התריס יתר, גידולים בשחלות ועוד כמה.