g단백질의 구조와 기능  

g단백질은 세포막을 통한 정보전달계에 관여하는 일군의 gtp결합단백질이다. 최근 유전자의 단리와 구조해석의 결과, g단백질을 구성하는 1차구조가 해명되었고, 또한 효모에 있어서도 상동유전자의 존재가 밝혀졌다

이러한 점에서의 최근 동향을 소개한다. Ⅰ.정보전달계와 g단백질  

세포막수용체를 통한 정보전달계에 guanine nucleotide가 관여하는 것을 처음으로 시사했던 것은, 1971년 adenylate cyclase활성화에 관여하는 rodbell들의 보고이다1). 세포외부로 부터의 자극인식부위와 camp생산의 촉매부위와 동일분자상에 존재하는 것이라고 추정되고 있었던 무렵이다

그 후 1977년에 수용체와 adenylate cyclase촉매부위가 독립된 성분이라는 것이 보고되었으며, 또한 같은해 pfeuffer2)와 gilman들은3) 이 adenylate cyclase활성성분이 촉매부위와 gtp결합활성을 가진 새로운 성분의 2가지로 분리할 수 있다는 것이 증명되었다. 이것이 受容體(receptor)와 增幅體(amplifier)사이를 연결하는 轉換體(transducer)로서의 g단백질연구의 시작이다

g단백질은 이처럼 우선 adenylate cyclase의 활성화인자(gs)로서 최초로 동정되었지만, 그 후 그 제어에 작동하는 정보전달계에 관여하는 새로운 g단백질(gi)의 존재가 동정되었으며4),5), 또 망막에 있어서 빛의 수용반응에 관여하는 인자로서 일찍부터 동정되어졌던 transducin(gt)이라고 불리우는 단백질도 g단백질의 일군에 속하는 것이 밝혀졌으며6), 정보전달계의 제어인자로서 g단백질의 존재가 보다 보편적인 것이라고 생각되었다.

그림1은 이들 정보전달계에 있어서 g단백질의 기능을 모식적으로 나타낸 것이다. g단백질은 외부에서의 정보를 인식하는 수용체분자와, 세포내의 응답을 유기하기 위한 2nd massenger를 생산하는 증폭체분자와의 사이를 중재하고, 兩者의 연관을 제어하는 전환체로서 기능한다

그 기능의 양식은 단백질생합성계의 연장인자의 연구에서 제창된 “gtp를 이용한 生體energy변환계”의 제어인자로서 gtp결합단백질의 작용model7),8)에 합치된다고 생각한다. 즉 g단백질은 ligand인 nucleotide(gdp/gtp)의 energy준위의 차이를 이용하여 자신의 comformation을 가역적으로 변환시켜서 수용체분자 혹은 증폭체분자와 상호작용하는 활성이 질적으로 변화한다

여기서 수용체분자는 g단백질에 결합했던 nucleotide의 gdp에서 gtp로의 변환, 즉 g단백질의 불활성형인 gdp결합형에서 활성형인 gtp결합형으로의 구조변화를 촉진하는 인자로서 작용한다. 한편 증폭제분자는 활성화된 g단백질에 의해 그 촉매활성이 제어된다

활성형g단백질은 자신이 가진 gtpase활성에 의해 결합했던 gtp를 gdp로 水解시켜서 재차 불활성형으로 된다.
또 현재는 이와같은 형태로 g단백질이 관여하는 정보전달계는 상기의 adenylate cyclase계와 빛의 수용응답계뿐만 아니라, 인지질대사회전/ca2계에 공역한 phospholipase c9)-16)과, arachidonic acid유리에 관여하는 phospholipase a29),10),16)의 활성화, 또 k18) 혹은 ca217channel의 개폐제어등 많은 종류에 영향을 미친다.

한편 최근에 cdna cloning에 의해 g단백질을 구성하는 각 subunit의 1차구조가 잇달아 밝혀지고 있다. 또 그것과 더불어 지금까지 알려지지 않았던 g단백질의 분자다양성이 밝혀지는등 몇개의 새로운 것들이 해명되고 있다

또 최근 필자들은 s. cerevisiae에서 g단백질의 α subunit상동유전자를 단리하고, g단백질이 하등진핵세포를 포함하여 광범위한 생물종에 존재한다는 것이 밝혀졌다19)

여기서는 g단백질의 구조와 기능에 대하여 유전자의 단리와 구조해석의 결과에서 밝혀진 최근의 것들을 중심으로 논한다.
Ⅱ.g단백질의 subunit구조   
현재까지 정제되어 해석이 진행되고 있는 g단백질로서는 앞에서 논했던 gs, gi, gt이외에, gi와 유사한 단백질로서 포유동물의 대뇌에서 정제되었으며, 신경계에 있어서 정보전달에 관여한다고 추정되는 go등이 있다.이들은 모두 α,β,γ의 3종류의 subunit로 구성되어져 있으며4), 각각의 subunit의 분자량은 sds-page상, α가 39∼45kda(gsα에는 52kda의 분자량을 가진 것도 알려져 있다), β가 35∼36kda, γ가 8∼10kda이다(그림2).

이 중 α subunit에 gdp, gtp등의 guanine nucleotide를 결합하는 활성, 및 결합했던 gtp를 gdp로 수해하는 gtpase활성이 있다. 증폭제와 공역한다는 점에서 각각의 g단백질의 특이성은 이 α subunit에 의해 결정되고 있다   (이하 생략)