G 단백질

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G 단백질

[ G Protein ]

G 단백질이란 구아닌 뉴클레오티드 결합 단백질 (guanine nucleotide-binding protein)로서 세포 밖에서 들어오는 각 종 자극에 반응하여 세포 안으로 그 신호를 전파하는 단백질이다. G 단백질의 활성은 GTP (Guanosine Tri-Phosphate)와 결합한 후 이를 GDP로 가수분해함으로써 조절된다. 따라서 G 단백질은 GTP 분해효소의 일종이다. GTP에 결합 했을 때는 활성 단계이고 GDP로 가수분해 되면 그 활성이 없어지는 일종의 분자생물학적 스위치 역할을 한다. 크게 단일체 소형 GTP 분해효소 (Monomeric small GTPase)와 삼이성체 G 단백질 복합체(heterotrimeric G protein complex)의 두 가지 종류로 나뉜다. 삼이성체 G 단백질 복합체는 알파 (α), 베타 (β), 감마 (γ) 서브유닛으로 이루어 지며, 베타 (β)와 감마 (γ) 서브유닛은 서로 결합하여 안정적인 이량체(dimeric complex)를 이루기 때문에 베타-감마 (βγ) 복합체로 불리운다 (그림 1).

그림 1. 포스듀신-트랜스듀신 G 단백질 구조. 눈의 빛신호 전달계에서 중요한 역할을 하는 포스듀신 (노랑), 트랜스듀신의 베타 서브유닛 (파랑)과 감마 서브유닛(빨강)이 보인다. https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3A1b9x_opm.png

목차

  1. 1.G 단백질의 역할
  2. 2.G 단백질 기능
  3. 3.G 단백질 종류
    1. 3.1.삼이성체 G 단백질 (Heterotrimeric G proteins)
    2. 3.2.소형 G 단백질 (Small GTPase)
  4. 4.지질화 (lipidation)
  5. 5.관련용어
  6. 6.참고 문헌

G 단백질의 역할

G 단백질은 막 단백질의 일종인 G 단백질 수용체 (G protein-coupled receptors: GPCRs)에 의하여 활성화된다. 신호를 매개하는 물질이 세포 밖에서 GPCR에 결합하면 세포 안쪽의 도메인이 G 단백질을 활성화시킨다. 활성화된 G 단백질은 그 아래 단계의 여러 신호 전달 체계를 활성화 시켜 세포의 기능을 변화 시킨다. G 단백질은 G 단백질 수용체와 함께 호르몬, 신경전달물질, 그 밖에 여러 가지의 신호 인자에 의하여 발생되는 신호를 세포내로 전달하게 된다. G 단백질은 대사 효소, 이온 통로, 운반체 단백질 등과 같은 세포내 여러 가지 다른 계체를 활성화 하여 전사, 세포 운동성, 수축성, 분비 등의 조절, 발달, 학습, 기억, 그리고 생체 항상성 유지와 같은 종합적 기능을 할 수 있도록 한다. 

G 단백질 기능

G 단백질은 세포의 신호 전달을 매개하는 생체 분자이다. 관련한 G 단백질 수용체 신호 전달 체계가 망가지면 당뇨병, 실명, 알러지, 우울증, 심장병, 암 발생을 일으키는 요인이 될 수 있다. 현재 사용되고 있는 의약품 중 약 30 % 정도가 G 단백질 수용체라는 사실이 이를 뒷받침해 준다. 약 800 여개의 G 단백질 수용체가 인간 유전체내에 존재하는 것으로 보이고, 이들은 빛, 호르몬, 성장 인자, 약제, 그 밖에 다른 생체 분자 리간드 들과 결합한다. 약 150 여개의 인간 G 단백질 수용체의 기능에 관한 연구는 아직도 진행 중에 있다.

G 단백질은 리간드가 결합된 G 단백질 수용체에 의하여 활성화 되고 G 단백질 신호 조절 인자 (Regulator of G protein signalling: RGS)에 의하여 불활성된다. G 단백질 수용체는 G 단백질의 GTP 결합을 촉진하고, RGS는 GTP 가수분해를 야기시켜 GDP로 전환, 신호를 차단하는 역할을 한다. 

G 단백질 종류

삼이성체 G 단백질 (Heterotrimeric G proteins)

대형 G 단백질이라고 불리우기도 한다. GDP가 결합된 알파 (α), 그리고 베타 (β), 감마 (γ) 서브유닛 결합체가 G 단백질 수용체의 세포내 도메인과 결합하고 있는 것이 비활성화 상태이다. G 단백질 수용체에 리간드가 결합하여 활성화 되면 알파 (α) 서브유닛에 GTP가 결합하게 되어 βγ 서브유닛 복합체로부터 분리되어 나온다. 이 활성화된 GTP 결합 알파(α) 서브유닛이 효소, 이온통로 등과 같은 작동체 (effectors)와 결합하여 그 들을 활성화 시킨다. 이 후 RGS가 결합하여 GTP가 가수 분해되어 GDP 결합 상태의 알파 (α) 서브유닛이 다시 βγ 서브유닛과 결합, 비활성화 상태의 G 단백질 수용체의 세포내 도메인과 결합하는 신호 순환 체계를 갖게 된다. (그림 2) 

그림 2. G 단백질 수용체에 의한 G 단백질 신호 전달 과정. https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AGPCR_cycle.jpg

소형 G 단백질 (Small GTPase)

소형 G 단백질은 분자량이 약 20~25 kD 정도 되는 소형 GTPase 군이다. 이들 소형 GTPase는 삼이성체 G 단백질의 알파 서브유닛과 비슷하지만 단독으로 GTP에 결합, 가수분해하는 활성을 지닐 수 있다. GTP가 결합한 GTPase는 활성화되며 작동체에 작용해 기능을 발휘한다. GTPase 활성 단백질에의하여 GTP 가수분해가 촉진되면 GDP와 결합한 상태로 남게 되면서 비활성 상태가 된다. GDP는 구아닌 핵산 교환체 (guanine nucleotide exchange factor)의 작용을 받아 GTP로 교환되면 다시 활성화 된다. (그림 3)

그림 3. 소형 G 단백질의 활성 순환도. GAP에 의하여 GTPase가 자극되어 GTP 가수분해가 일어나면 비활성화 되고, GEF에 의하여 GDP가 GTP로 교환되어 활성화 된다. https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AGTPase_Activation.png

지질화 (lipidation)

많은 G 단백질들은 세포막 안쪽에 쉽게 자리잡도록 지질이 공유결합으로 연결되는 지질화를 거친다. 미리스토일화 (myristoylation), 팔미토일화 (palmitoylation), 프레닐화 (prenylation) 등을 들 수 있다.

관련용어

G 단백질 (G proteins), G 단백질 수용체 (G protein coupled receptor), GTPase 활성 단백질 (GTPase activating protein), G 단백질 신호 조절 인자 (Regulator of G protein signalling: RGS), 지질화(lipidation), 미리스토일화 (myristoylation), 팔미토일화 (palmitoylation), 프레닐화 (prenylation), 구아닌 핵산 교환체 (guanine nucleotide exchange factor), 대사 효소 (metabolic enzymes), 이온 통로(ion channels), 운반체 단백질 (transporter proteins), 전사 (transcription), 세포 운동성(motility), 수축성 (contractility), 분비 (secretion), 생체 항상성 (homeostasis)

참고 문헌

생명과학 (Brooker저, 3판, 홍릉과학출판사), 분자생물학 (Weaver저, 5판, 라이프사이언스)