G-Proteine

G-Proteine,

 

in allen Zellen vorkommende wichtige Eiweiße (Proteine), deren Funktion durch einen bestimmten molekularen »Schalter« an- und abgeschaltet wird. Er besteht aus der Bindung von Guanosintriphosphat (GTP, daher der Name G-P.) an die Proteinmoleküle, wodurch diese aktiviert werden und ihre Funktion aufnehmen. Alle G-P. besitzen die Fähigkeit, GTP zum inaktiven Guanosindiphosphat (GDP) zu spalten; diese Enzymaktivität wird als Guanosintriphosphatase (GTPase) bezeichnet. GDP wird nicht mehr gebunden, dadurch fallen die Proteine in ihren inaktiven Zustand zurück. Die intrinsische GTPase-Aktivität stellt damit sicher, dass G-P. nur kurzfristig aktiviert werden. Zu den G-P. gehören Faktoren, die an der zellulären Proteinsynthese beteiligt sind (so genannte Initiations- und Elongationsfaktoren), und zwei große Gruppen von Proteinen, die wichtige Zellfunktionen steuern.

 

Die Ras-Familie der kleinen G-P. (Ras-, Rac- und Rab-Proteine mit insgesamt mehr als 50 Mitgliedern) ist im Zellinnern an der Kontrolle von Zellwachstum, -differenzierung und -funktion beteiligt. Die Bindung von GTP, GTPase-Aktivität und Abdissoziation von GDP werden ihrerseits durch weitere Faktoren reguliert. Weil dadurch viele zelluläre Signale integriert werden können, bilden die kleinen G-P. eine zentrale Schaltstelle für die Zellregulation. Genetisch veränderte (mutierte) Ras-Proteine mit andauerndem Aktivierungszustand wirken als Onkogene, die an der Transformation zu malignen Tumorzellen beteiligt sind.

 

Heterotrimere G-P. (d. h., aus drei verschiedenen Teilen zusammengesetzte Proteine) bestehen aus mit α, β und γ bezeichneten Untereinheiten. Sie vermitteln bei sehr vielen Rezeptoren der äußeren Zellmembran die Weiterleitung extrazellulärer Signale in das Zellinnere, wodurch Zellleistungen von außen gesteuert werden. Nachdem ein Rezeptor sein Signal empfangen hat, bindet GTP an die α-Untereinheit, die sich darauf von dem βγ-Komplex löst. Der α-GTP-Komplex führt durch Änderung der Aktivität eines Enzyms oder Ionenkanals zu einer Konzentrationsänderung der so genannten sekundären Botenstoffe, die dann als Glieder von Signalketten Zellantworten auslösen. Nach Spaltung von GTP bindet die α-Kette wieder den βγ-Komplex, wodurch der Ausgangs-(Ruhe-)Zustand wieder erreicht wird. Wegen dieser kurzfristigen Aktivierung sind heterotrimere G-P. v. a. an raschen, reversiblen Funktionsänderungen von Zellen beteiligt. Sie vermitteln die Wirkung zahlreicher Hormone, Neurotransmitter sowie von Sinnesreizen. Dazu gehören auch sehr schnelle Prozesse, beispielsweise der Sehvorgang. Funktionsstörungen der G-P. können zu Krankheiten, z. B. endokrine Erkrankungen, führen. Mutierte, ungeregelt aktive G-P. sind an der Entstehung von Tumoren beteiligt.