miniatura|A rodopsina II sensorial (nas cores do arco da vella) incrustada nunha bicapa lipídica (cabezas en vermello e colas en azul) coa transducina baixo ela. Gtα en vermello, Gtβ en azul e Gtγ en amarelo. Hai unha molécula unida de GDP na subunidade Gtα e un retinal unido (en negro) na rodopsina. O N-terminal da rodopsina está en vermello e o C-terminal en azul. A ancoraxe da transducina á membrana debuxouse en negro.
A transducina (Gt) é unha proteína natural expresada nos conos e bastóns da retina de vertebrados que é moi importante na fototransdución en vertebrados. É un tipo de proteína G heterotrimérica con diferentes subunidades α nos fotorreceptores de bastóns e conos. As tres subunidades das que consta a transducina denomínanse Tα, Tβ e Tγ (ou tamén Gtα, Gtβ e Gtγ).
A luz causa cambios conformacionais na rodopsina, o cal á súa vez leva á activación da transducina. A transducina activa a fosfodiesterase, o cal ten como resultado a degradación do guanosín monofosfato cíclico (GMPc). A intensidade da resposta flash é directamente proporcional ao número de moléculas de transducina activadas.
Función na fototransdución
A transducina é activada pola metarrodopsina II, orixinada por un cambio conformaional na rodopsina causado pola absorción dun fotón polo residuo retinal da rodopsina. A luz causa a isomerización do retinal de 11-cis a todo-trans. A isomerización causa un cambio na opsina que se converte en metarrodopsina II. Cando a metarrodopsina activa a transducina, o guanosín difosfato (GDP) unido á subunidade α (Tα) intercámbiase por guanosín trifosfato (GTP) do citoplasma. A subunidade α disóciase das subunidades βγ (Tβγ). A subunidade α da transducina activada activa o encima GMPc fosfodiesterase. A GMPc fosfodiesterase degrada o GMPc, un segundo mensaxeiro intracelular, que abre canles catiónicas reguladas por GMPc. A fosfodiesterase hidroliza o GMPc a 5’-GMP. A diminución na concentración de GMPc orixina unha diminución na apertura das canles catiónicas e, en consecuencia, hiperpolarización do potencial de membrana.
A transducina é desactivada cando o GTP unido á subunidade α se hidroliza a GDP. Este proceso é acelerado por un complexo que contén unha proteína RGS (Regulator of G-protein signaling, regulador da sinalización da proteína G) e a subunidade gamma do efector, a GMPc fosfodiesterase.
Mecanismo de activación
A subunidade Tα contén tres dominios funcionais: un para a interacción rodopsina/Tβγ, outro para a unión do GTP e o último para a activación da GMPc fosfodiesterase.
Aínda que o foco da fototransdución é Tα, tamén Tβγ é crucial para que a rodopsina se una á transducina. O dominio de unión rodopsina/Tβγ contén os extremos N-terminal e C-terminal da Tα. O amino terminal é o sitio de interacción para a rodopsina, mentres que o carboxilo terminal o é para a unión da Tβγ. O amino terminal podería estar ancorado ou en estreita proximidade ao carboxilo terminal para a activación da molécla de tansducina pola rodopsina.
A interacción coa rodopsina fotolizada abre o sitio de unión do GTP para permitir un rápido intercambio de GDP por GTP. O sitio de unión está na conformación pechada en ausencia de rodopsina fotolizada. Normalmente na conformación pechada unha hélice α localizada preto do sitio de unión está nunha posición que dificulta o intercambio GTP/GDP. Un cambio conformacional da Tα pola rodopsina fotolizada causa a inclinación da hélice, abrindo o sitio de unión do GTP.
Unha vez que o GTP se intercambiou por GDP, o complexo GTP-Tα sofre dous cambios principais: a disociación da rodopsina fotolizada e a subunidade Tβγ e a exposición do sitio de unión da fosfodiesterase (PDE) para a interacción coa fosfodiesterase latente. Os cambios conformacionais iniciados na transducina pola unión do GTP son transmitidos ao sitio de unión da fosfodiesterase e causan que quede exposta para unirse á fosfodiesterase. Os cambios conformacionais inducidos polo GTP poderían tamén distorsionar o sitio de unión rodopsina/Tβγ e levar á disociación do complexo GTP-Tα.
O complexo Tβγ
Unha idea subxacente que se asume para as proteínas G é que as subunidades α, β e γ están presentes na mesma concentración. Porén, hai evidencias de que hai máis Tβ e Tγ que Tα nos segmentos externos dos bastóns. O exceso de Tβ e Tγ parece estar flotando libremente arredor do segmento externo do bastón, aínda que estas subunidades non poden asociarse coa Tα nun momento dado. Unha posible explicación para lo exceso de Tβγ é o incremento da dispoñibilidade de Tα para que se volva a unir. Como Tβγ é fundamental para a unión da transducina, a readquisición da conformación heterotrímera podería causar unha unión máis rápida a outra molécula de GTP e así a unha fototransdución máis rápida.
Aínda que se dixo que Tβγ é crucial para a unión de Tα á rodopsina, hai tamén probas de que Tβγ pode ter un papel máis esencial e posiblemente directo no intercambio de nucleótidos do que previamente se pensaba. A rodopsina causa especificamente un cambio conformacional no carboxilo terminal da subunidade Tγ. Este cambio finalmente regula o intercambio de nucleótidos alostérico en Tα. Este dominio podería servir como unha área principal para as interaccións coa rodopsina e para que a rodopsina regule o intercambio de nucleótidos en Tα. A activación da proteína G transducina pola rodopsina pensábase que procedía por un mecanismo de panca. A unión da rodopsina causa a formación da hélice no carboxilo terminal de Tγ e xunta os carboxilo de Tγ e Tα para que queden próximos e iso facilite o intercambio de nucleótidos.
As mutacións neste dominio impiden a interacción rodopsina-transducina. Este cambio conformacional en Tγ pode ser preservado na familia da subunidade γ da proteína G.
Interacción coa GMPc fosfodiesterase e desactivación
A activación da transducina finalmente ten como resultado a estimulación da molécula efectora biolóxica GMPc fosfodiesterase, un oligómero con subunidades α, β e dúas subunidades inhibitorias γ. As subunidades α e β son as subunidades de maior peso molecular e constitúen o residuo catalítico da fosfodiesterase.
No sistema de fototransdución, a Tα unida a GTP da transducina únese á subunidade γ da fosfodiesterase. Propuxéronse dous mecanismos para a activación da fosfodiesterase. O primeiro propón que a Tα unida a GTP provoca a liberación da subunidade γ da fosfodiesterase das subinidades catalíticas para activar a hidrólise. O segundo mecanismo máis probable propón que a unión causa un cambio posicional da subunidade γ, permitindo unha mellor accesibilidade da subunidade catalítica para a hidrólise do GMPc. A actividade de GTPase da Tα hidroliza o GTP a GDP e cambia a conformación da subunidade Tα, incrementando a súa afinidade de unión ás subunidades α e β da fosfodiesterase. A unión de Tα a estas subunidades máis grandes ten como resultado outro cambio conformacional na fosfodiesterase e inhibe a capacidade de hidrólise da subunidade catalítica. Este sitio de unión da subunidade molecular máis grande pode producirse inmediatamente ao lado do sitio de unión de Tα na subunidade γ.
Aínda que o mecanismo tradicional consiste na activación da fosfodiesterase pola Tα unida a GTP, demostrouse que a Tα unida a GDP tamén ten a capacidade de activar a fosfodiesterase. Experimentos de activación da fosfodiesterase na escuridade (e sen a presenza de GTP) mostran unha pequena pero reproducible activación da fosfodiesterase. Isto pode explicarse pola activación da fosfodiesterase por moléculas libres de Tα unida a GDP. Porén, a afinidade da subunidade γ da fosfodiesterase pola Tα con GDP unido parece ser unhas 100 veces menor que para a Tα unida a GTP. O mecanismo polo cal a Tα unida a GDP activa a fosfodiesterase segue sendo descoñecido, mais especúlase que é similar á activación da fosfodiesterase pola Tα unida a GTP.
Para impedir a activación da fosfodiesterase na escuridade, a concentración de Tα unida a GDP debería manterse a un mínimo. Este traballo parece ser responsabilidade da Tβγ que mantén a Tα unida a GDP en forma de holotransducina.
Para a desactivación, debe producirse a hidrólise do GTP unido feita pola Tα para a desactivación de Tα e devolver a transducina á súa forma basal. Porén, a simple hidrolise do GTP pode non ser necesariamente dabondo para desactivar a fosfodiesterase. A Tβγ volve actuar aquí outra vez cun importante papel na desactivación da fosfodiesterase. A adición de Tβγ facilita a inhibición do residuo catalítico da fosfodiesterase porque se une co complexo Tα-GTP. A forma reasociada da transducina xa non pode unirse á fosfodiesterase. Isto libera a fosfodiesterase para reacoplarse e fotolizar rodopsina e fai que a fosfodiesterase volva ao seu estado inicial para esperar a activación por outra Tα unida a GTP.
Xenes , ,
Notas
Véxase tamén Ligazóns externas
Categoría:Proteínas G