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Kompaktlexikon der Biologie: G-Proteine

G-Proteine, Guaninnucleotid bindende Proteine, GTP bindende Proteine, GTPasen, eine große Superfam. an Proteinen, die die Fähigkeit besitzen, GTP zu binden und dessen Hydrolyse in GDP und einen Phosphatrest (Pi) zu katalysieren. Durch diesen Vorgang wird ein „Ein-Aus-Schalt“-Mechanismus für jeweils bestimmte Zellaktivitäten in Gang gesetzt. Die Superfam. kann in folgende verschiedene Fam. unterteilt werden: 1) Translationsfaktoren, die an der ribosomalen Proteinsynthese beteiligt sind (z.B. EF-Tu; Elongationsfaktoren). 2) Die heterotrimeren G-Proteine, die das transmembrane Signal von Hormonen und Licht übertragen. 3) Die Ras-Proteine, die bei der Regulation der Zellproliferation und der Zelldifferenzierung eine Rolle spielen. 4) Andere kleine GTPasen, die vermutlich in der Regulation des intrazellulären Transports von Vesikeln sowie bei der Aktivierung von Bewegungsvorgängen und der Organisation des Cytoskeletts einbezogen sind. 5) Solche G-P., die an der Bindung der neu entstehenden Polypeptidkette an das endoplasmatische Reticulum beteiligt sind.

Alle G-P. durchlaufen den gleichen „Ein-Aus-Schalt“-Zyklus, der zwei verschiedene Konformationszustände beinhaltet, abhängig davon, ob GTP oder GDP an das Enzym (E) gebunden ist: E-GTP oder E-GDP. Die aktive Konformation, die der „Ein“-Position des Schalters entspricht, ist E-GTP. Sie signalisiert, dass der Prozess, der durch den Schalter reguliert wird, ablaufen kann. E-GDP ist die inaktive Konformation, die der „Aus“-Position des Schalters entspricht und die signalisiert, dass der Prozess beendet ist. Die Umwandlung von E-GDP in E-GTP vollzieht sich durch Austausch von GDP durch GTP und wird durch ein Guaninnucleotid-Austauschprotein (GEP) stimuliert. Dieses löst durch seine Bindung an E-GDP eine Konformationsänderung am Enzym (E) aus, wodurch die Affinität der Nucleotidbindungsstelle für GDP erniedrigt und für GTP erhöht wird. GTP, dessen intrazelluläre Konzentration höher ist als die von GDP, bindet an E, sobald GDP abdissoziiert. Die Überführung von E-GTP ind E-GDP vollzieht sich aufgrund der dem Enzym innewohnenden GTPase-Aktivität, die durch die Bindung eines GTPase-aktivierenden Proteins (GAP) an E-GTP sehr stark angeregt wird. Die Natur von GEP und GAP hängt von der GTPase ab. Im Fall des Elongationsfaktors EF-Tu von Escherichia coli übernimmt EF-Tu die Rolle des GEP und das Ribosom diejenige des GAP, während bei den heterodimeren G-Proteinen beide Parts durch den Liganden-Rezeptor-Komplex und eine Domäne der α-Untereinheit des G-P. übernommen werden. Die Liganden sind in diesem Fall Hormone (z.B. Adrenalin, Glucagon).

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Dipl.-Biol. Elke Brechner (Projektleitung)
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Professor Dr. Siegbert Melzer, Institut für Pflanzenwissenschaften, ETH Zürich
Professor Dr. Walter Sudhaus, Institut für Zoologie, Freie Universität Berlin
Professor Dr. Wilfried Wichard, Institut für Biologie und ihre Didaktik, Universität zu Köln

Essayautoren:
Thomas Birus, Kulmbach (Der globale Mensch und seine Ernährung)
Dr. Daniel Dreesmann, Köln (Grün ist die Hoffnung - durch oder für Gentechpflanzen?)
Inke Drossé, Neubiberg (Tierquälerei in der Landwirtschaft)
Professor Manfred Dzieyk, Karlsruhe (Reproduktionsmedizin - Glück bringende Fortschritte oder unzulässige Eingriffe?)
Professor Dr. Gerhard Eisenbeis, Mainz (Lichtverschmutzung und ihre fatalen Folgen für Tiere)
Dr. Oliver Larbolette, Freiburg (Allergien auf dem Vormarsch)
Dr. Theres Lüthi, Zürich (Die Forschung an embryonalen Stammzellen)
Professor Dr. Wilfried Wichard, Köln (Bernsteinforschung)

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