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Eine GTPase ist ein Enzym das kann GTP (Guanosintriphosphat), wobei die endständige Phosphatgruppe abgespalten wird und BIP (Guanosindiphosphat) entsteht.

Mechanismus

Schema des GTPase-Zyklus.

Eine GTPase wirkt wie ein Schalter: Es gibt einen aktiven und einen inaktiven Zustand des Enzyms. Abhängig vom Zustand des Enzyms kann ein Signal über eine Proteinkaskade geliefert werden oder nicht.

Aktivierung

GTPasen haben einen aktiven und einen inaktiven Zustand: Wenn das BIP gebunden ist, ist es inaktiv mit dem Ergebnis, dass es keine Signaltransduktion stattfinden. Sobald ein externes Signal (über Ligandenbindung oder Membrandepolarisation) erzeugt wird, bringt ein Enzym namens GEF (Guanine Exchange Factor) die GTPase in den aktiven Zustand. Dies liegt daran, dass GEF das GDP-Molekül von der GTPase ablöst, wodurch ein freies GTP-Molekül binden und den aktiven Zustand erzeugen kann. Wenn GTPase aktiviert ist, kann es interagieren mit interact handelnd, und so ist es Zytoskelett die Zelle beeinflussen.

Inaktivierung

Die Inaktivierung erfolgt, weil ein anderes Enzym namens GAP (GTPase Activating Protein) die intrinsische GTPase-Aktivität aktiviert. Als Ergebnis GTP hydrolysiert auf GDP und die inaktive GTPase wird wiederhergestellt. Diese Inaktivierung kann unter den gleichen Einflüssen wie die Aktivierung erfolgen, z. B. durch Ligandenbindung oder Depolarisation des Zellmembran.

Kinetik

Das Enzymkinetik von GTPasen besteht aus der Aktivierung und Deaktivierung einer GTPase und wird durch die GEF- und GAP-Enzyme kontrolliert. Wie schnell dies geschieht, hängt von der folgenden Beziehung zwischen den Konzentrationen von aktivierter GTPase (GTPase*), deaktivierter GTPase (GTPase), GDP und GTP ab. Unten ist die Gleichung für die Gleichgewichtseinstellung für die Reaktion.

${displaystyle {frac {[mathrm {GTPase^{*}} ]cdot [mathrm {GDP} ]}{[mathrm {GTPase} ]cdot [mathrm {GTP} ]}}={frac {K_{mathrm {on} } }{K_{mathrm {off} }}}=K_{mathrm {a} }}$

Der Wert k_ein ist konstant und wird durch das Verhältnis zwischen der Aktivierungsrate (k_auf) und die Deaktivierungsrate (k_aus). Wenn die Konzentration von GTP zunimmt, k_aus größer werden, verursachen k_auf muss zunehmen, um das Gleichgewicht wiederzuerlangen. k_auf wird durch das Produkt der Konzentration von GDP und aktiver GTPase bestimmt. Dieses Produkt dehnt sich aus, wenn GTPase aktiviert wird, wodurch die Konzentration von sowohl GDP als auch GTPase* erhöht wird. Diese Aktivierung bleibt jedoch unter der Kontrolle des GEF-Enzyms, das bestimmt, ob die Aktivierung der GTPase erfolgt oder nicht.

Funktion

GTPas spielen eine Rolle in Signaltransduktion auf viele verschiedene Arten. Es gibt beispielsweise vier Familien von GTPasen, die an verschiedenen Zellfunktionen beteiligt sind.

• regulatorische GTPas
• rezeptor-assoziierte trimere G-Proteine
• Regulatoren des Vesikeltransports
• Proteinsynthese über die Ribosomen

Die regulatorischen GTPasen bieten verschiedene Formen der Regulierung, einschließlich der Form, Motilität und Migration von Zellen. Sie tun dies, indem sie eine Kaskade von Proteinen verwenden, um Polymerisation und Depolymerisation von handelnd in dem Zytoskelett eine Zelle beeinflussen. Die Rezeptor-assoziierte trimere G-Proteinfamilie besteht aus Proteinen, die auf die Bindung von a Ligand zu einer Rezeptor. Durch die Bindung des Liganden signalisiert der Rezeptor, dass drei Proteine ​​(trimerisch) einen Komplex bilden und dadurch eine Proteinkaskade aktivieren. Die GTPasen, die an der Regulierung des Vesikeltransports beteiligt sind, tun dies über Vesikel (mit Proteinen gefüllte Vesikel oder Neurotransmitter), um sich entlang des Zytoskeletts zu bewegen. Die Rolle von GTPasen bei der Proteinsynthese besteht in der Bindung tRNAMoleküle an den Ribosomen.Es gibt viele verschiedene GTPasen, einschließlich Rac-, Rho- und Ras-GTPase.

Abweichungen

Mutationen im Gene für GTPasen können zu Entwicklungsstörungen führen, wie z mentale Behinderung. Ein Beispiel hierfür ist die Rho-GTPase, die eine Rolle bei der Signaltransduktion von sich entwickelnden Neuronen.