Transducin - Transducin
Transducin (G t ) je protein přirozeně exprimovaný v tyčinkách a čípcích sítnice obratlovců a je velmi důležitý při fototransdukci obratlovců . Jedná se o typ heterotrimerního G-proteinu s různými α podjednotkami v tyčových a kuželových fotoreceptorech.
Světlo vede ke konformačním změnám v rodopsinu , což zase vede k aktivaci transducinu. Transducin aktivuje fosfodiesterázu , což má za následek rozpad cGMP. Intenzita reakce blesku je přímo úměrná počtu aktivovaných transducinů.
Funkce ve fototransdukci
Transducin je aktivován metarhodopsin II , konformační změnu v rhodopsin způsobené absorpcí jednoho fotonu od rhodopsin části molekuly sítnice . Světlo způsobuje izomerizaci sítnice z 11-cis na all-trans. Izomerizace způsobuje změnu opsinu na metarhodopsin II. Když metarhodopsin aktivuje transducin, guanosin difosfát (GDP) navázaný na podjednotku α (Ta) se z cytoplazmy vymění za guanosin trifosfát (GTP). Podjednotka α se disociuje z podjednotek βγ (T βγ .) Aktivovaná a-podjednotka transducinu aktivuje cGMP fosfodiesterázu. cGMP fosfodiesteráza rozkládá cGMP, intracelulární druhý posel, který otevírá kationtové kanály řízené cGMP. Fosfodiesteráza hydrolyzuje cGMP na 5'-GMP. Snížení koncentrace cGMP vede ke sníženému otevírání kationtových kanálů a následně k hyperpolarizaci membránového potenciálu .
Transducin je deaktivován, když je GTP navázaný na a-podjednotku hydrolyzován na HDP. Tento proces je urychlen komplexem obsahujícím protein RGS ( regulátor signalizace G-proteinu ) a podjednotku gama efektoru, cyklickou GMP fosfodiesterázu.
Mechanismus aktivace
The T alfa podjednotku transducinu obsahuje tři funkční domény: jednu pro rhodopsin / t βγ interakce, jeden pro GTP vázající a poslední pro aktivaci cGMP fosfodiesterázy.
Přestože se fototransdukce zaměřuje na T α , T βγ je pro rhodopsin rozhodující pro vazbu na transducin. Rhodopsin / T βγ vazebná doména obsahuje aminokyselinovou a karboxylovou terminál na T alfa . Aminoterminál je místem interakce pro rhodopsin, zatímco karboxylový konec je místem pro vazbu Tpγ . Aminoterminál může být ukotven nebo v těsné blízkosti karboxylového konce pro aktivaci molekuly transducinu rodopsinem.
Interakce s fotolyzovaným rhodopsinem otevírá vazebné místo pro GTP, což umožňuje rychlou výměnu HDP za GTP. Vazebné místo je v uzavřené konformaci v nepřítomnosti fotolyzovaného rhodopsinu. V uzavřené konformaci je a-šroubovice umístěná poblíž vazebného místa v poloze, která brání výměně GTP/GDP. Konformační změna Ta α fotolyzovaným rhodopsinem způsobí naklonění šroubovice, čímž se otevře vazebné místo pro GTP.
Jakmile GTP došlo k výměně GDP, GTP-T alfa komplex prochází dvě hlavní změny: disociaci od fotolyzuje rhodopsin a t βγ podjednotku a vystavení fosfodiesterázy (PDE), vazebné místo pro interakci s latentním PDE. Konformační změny iniciované v transducinu vazbou GTP jsou přenášeny na vazebné místo PDE a způsobují, že je vystaven vazbě na PDE. GTP-indukované konformační změny by také mohla narušit rhodopsin / T βγ vazebné místo a vést k disociaci z GTP-T α komplexu.
The T βγ komplex
Základním předpokladem pro G-proteiny je, že podjednotky α, β a γ jsou přítomny ve stejné koncentraci. Existují však důkazy, že ve vnějších segmentech tyče (ROS) je více T β a T γ než T α . Přebytek T β a T γ byly uzavřeny, aby se plovoucí volně kolem v ROS, i když nemůže být spojena s T- alfa v daném okamžiku. Jedno možné vysvětlení pro přebytečné T βγ se zvyšuje dostupnost T alfa znovu svázat. Vzhledem k tomu, že Tpγ je rozhodující pro vazbu transducinu, opětovné získání heterotrimerní konformace by mohlo vést k rychlejší vazbě na jinou molekulu GTP, a tedy rychlejší fototransdukci.
I když T βγ již bylo zmíněno, že je rozhodující pro T α vazbu na rhodopsin, je také zřejmé, že T βγ může mít rozhodující, případně přímou roli v nukleotidové výměny, než se původně předpokládalo. Bylo zjištěno, že Rhodopsin specificky způsobuje konformační přepínač v karboxylovém terminálu podjednotky T y . Tato změna v konečném důsledku reguluje alosterické výměny nukleotidů na T alfa . Tato doména může sloužit jako hlavní prostor pro interakci s rhodopsin a rhodopsin regulovat nukleotidové výměny na T alfa . Předpokládalo se, že aktivace transducinu G proteinu rhodopsinem probíhá pákovým mechanismem. Vazba Rhodopsinu způsobuje tvorbu šroubovice na karboxylovém konci na T γ a přináší T γ karboxyl a Ta . Karboxylové terminály jsou blíže u sebe, aby se usnadnila výměna nukleotidů.
Mutace v této doméně ruší interakci rhodopsin-transducin. Tento konformační přepínač v T y může být zachován v podjednotce rodiny G proteinů y.
Interakce s cGMP fosfodiesterázou a deaktivace
Aktivace transducinu nakonec vede ke stimulaci biologické efektorové molekuly cGMP fosfodiesterázy, oligomeru s a, p a dvěma inhibičními podjednotkami y. Podjednotky a a p jsou podjednotky s větší molekulovou hmotností a tvoří katalytickou část PDE.
Ve fototransdukčním systému se G a vázaný T α váže na podjednotku y PDE. Existují dva navrhované mechanismy pro aktivaci PDE. První navrhuje, aby G a vázaný T a uvolňoval podjednotku PDE y z katalytických podjednotek za účelem aktivace hydrolýzy. Druhý pravděpodobnější mechanismus navrhuje, aby vazba způsobila poziční posun podjednotky y, což umožní lepší přístupnost katalytické podjednotky pro hydrolýzu cGMP. GTPázová aktivita T alfa hydrolyzuje GTP na GDP, a mění konformace t alfa podjednotky, což zvyšuje jeho afinitu vázat se na a a P podjednotek na PDE. Vazba T alfa na těchto větších podjednotek výsledky i pro jiné konformační změnu v PDE a inhibuje schopnost hydrolýzy katalytické podjednotky. Toto vazebné místo na větší molekulární podjednotky může být bezprostředně přiléhající k T alfa vazebné místo na gama podjednotku.
Ačkoli tradiční mechanismus zahrnuje aktivaci PDE od GTP-vázané T alfa , GDP-vázané T α bylo také prokázáno, že mají schopnost aktivovat PDE. Experimenty aktivace PDE ve tmě (bez přítomnosti GTP) ukazují malou, ale reprodukovatelnou aktivaci PDE. To lze vysvětlit aktivací PDE volným T α vázaným na HDP . PDE γ podjednotka afinitu pro GDP-vázané T alfa , avšak zdá se, že asi 100-krát menší, než na GTP-vázané T alfa . Mechanismus, kterým GDP vázaná α aktivuje PDE, zůstává neznámý, nicméně se spekulovalo, že je podobný aktivaci PDE pomocí Gα-vázaných Ta .
Aby se zabránilo aktivaci PDE ve tmě, koncentrace GDP-vázané T alfa by měly být omezeny na minimum. Zdá se, že tato práce spadá do T βγ, aby udržela vázaný Ta α vázaný na HDP ve formě holotransducinu.
Pro deaktivaci, hydrolýza vázaného GTP u T alfa je nezbytné pro t alfa deaktivaci a vrácení transducin na své bazální z. Jednoduchá hydrolýza GTP však nemusí nutně stačit k deaktivaci PDE. Zde opět vstupuje do hry T βγ s důležitou rolí při deaktivaci PDE. Přidání Tβγ usnadňuje inhibici katalytické skupiny PDE, protože se váže na komplex T a -GTP. Znovu asociovaná forma transducinu se již nemůže vázat na PDE. To uvolňuje PDE, aby se spojilo s fotolyzovaným rhodopsinem a vrátilo PDE do počátečního stavu, aby čekalo na aktivaci jiným Ta α vázaným na GTP .
Geny
Reference
externí odkazy
- Transducin v Americké národní knihovně lékařských lékařských oborových nadpisů (MeSH)
