结构生物化学/G蛋白机制
G蛋白于1994年首次被Alfred Gilman和Martin Rodbell发现，他们后来获得了诺贝尔生理学或医学奖。G蛋白代表“鸟嘌呤核苷酸结合蛋白”。Martin Rodbell和Alfred Gilman使用遗传和生化技术来鉴定和纯化G蛋白。他们发现，一个转导器提供了激素受体和放大器之间的联系。他们使用淋巴瘤细胞，这些细胞通常可以通过受体激活来形成环状AMP。发现突变的淋巴瘤细胞通常含有正常的受体和正常的环状AMP生成酶，但仍无法响应，因为它缺少转导器。这是一个很好的系统来分析纯化的G蛋白。可以从正常的脑组织中分离出G蛋白并插入突变的细胞中，从而恢复其功能。此外，G蛋白是化学开关的关键。它们结合鸟嘌呤核苷酸GDP和GTP。此外，它们是与质膜内表面相关的异三聚体。
一些G蛋白家族包括
- 7-TM受体信号传导中的异三聚体G蛋白
- 蛋白质合成的起始、延伸、终止因子（IF1、EF-Tu、EF-TS）
- 信号识别颗粒及其受体，内质网中新生多肽链的转运
- Ras样GTPase（Ras、Rap、Rho、Ran、Rab、Arf、Arl、Sar），信号转导中的分子开关
- 动力蛋白超家族的GTPase，膜重塑等。动力蛋白相关GTPase家族是经典的动力蛋白：Dyn1、Dyn2和Dyn3。
动力蛋白相关蛋白是Mx和线粒体融合蛋白；GBP相关蛋白：GBPs和连接蛋白以及细菌动力学。共同特征是
- 对核苷酸的亲和力低
- 模板诱导的自寡聚化
- GTP水解促进组装。
Ras样G蛋白：分子开关
效应器：与GTP结合形式稳定相互作用
GEF：鸟嘌呤核苷酸交换因子
GAP：GTPase激活蛋白
两种形式的开关区域
- GTP形式
- GDP形式
GTPase反应的内在GTPase速率在10^(-2)到10^(-3) min^(-1)的范围内很慢。然后，反应进行Sn2亲核进攻，具有三角双锥过渡态。磷酸水解反应在热力学上非常有利，但在动力学上非常缓慢。
主要有两种酶促策略用于GTP水解
- 用精氨酸作为催化剂来抵消磷酸上的负电荷
- 用谷氨酰胺作为催化剂定位进攻性亲核试剂。
不可水解的GTP类似物
- GTP-y-S
- GMPPCP
- GMPPNP
GTPase激活蛋白将内在GTPase加速10^5到10^6倍。Ras、Rap、Rho、Rab、Ran具有完全无关的GAPs。与GTP结合形式的高亲和力结合，与GDP结合形式的低亲和力相互作用。
- 1）多次周转测定
监测GAP催化的G蛋白水解的几个循环。G蛋白作为底物，GAP以催化量存在。改变G蛋白的浓度以确定米氏常数。
- 2）单次周转测定
单次GTP水解循环的分析，通常通过一个细胞中荧光标记的G蛋白，另一个细胞中过量的GAP来监测。改变GAP的浓度是多参数拟合，首先允许确定K1、K2、KD等。生化特征是与腺嘌呤结合而不是与鸟嘌呤核苷酸结合，亲和力在低微摩尔范围内，与带负电荷的脂质体结合，刺激ATP水解。
- 参与膜重塑/去稳定化的膜重塑因子的意义：在脂质模板周围形成寡聚体环；疏水残基插入外膜双层；与高度弯曲的膜相互作用位点垂直于脂质管的弯曲；ATP水解后构象变化。
- Alfred Wittinghofer
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http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/G/G_Proteins.html
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