GTPázy jsou velká skupina enzymů, které se mohou vázat a hydrolyzovat GTP. GTP vázání a hydrolýza probíhá ve vysoce konzervované G doméně společné všem GTPázám. GTPázy hrají důležitou roli v:
Hydrolýza γ fosfátu GTP údajně probíhá mechanismem SN2 (viz nukleofilní substituce) přes pentavalentní mezistav v závislosti na Mg2+.
Regulační GTPázy, nazývané také superrodina GTPázy, jsou GTPázy používané pro regulaci dalších biochemických procesů. Nejvýznamnější mezi regulačními GTPázami jsou G proteiny.
Všechny regulační GTPázy mají společný mechanismus, který jim umožňuje zapínat a vypínat signálový transdukční řetězec. Vhození spínače se provádí jednosměrnou změnou GTPázy z aktivní, GTP vázané formy na neaktivní, GDP vázanou formu hydrolýzou GTP prostřednictvím vnitřní aktivity GTPázy, čímž se GTPáza efektivně vypíná. Tato reakce je iniciována GTPázou aktivujícími proteiny (GAPs), přicházejícími z jiné signálové transdukční dráhy. Může být revertována (opětovným zapnutím GTPázy) Guaninovými nukleotidovými výměnnými faktory (GEF), které způsobují, že se GDP odděluje od GTPázy, což vede k jeho spojení s novým GTP. Tím se cyklus uzavírá do aktivního stavu GTPázy; nevratná hydrolýza GTP na GDP nutí cyklus běžet pouze jedním směrem. Pouze aktivní stav GTPázy může přenášet signál do reakčního řetězce.
Účinnost přenosu signálu přes GTPázu závisí na poměru aktivní a neaktivní GTPázy. To se rovná:
kde kdiss.GDP je disociační konstanta HDP a kcat.GTP je hydrolyzační konstanta GTP pro specifickou GTPázu. Obě konstanty mohou být modifikovány speciálními regulačními proteiny.
Množství aktivní GTPázy může být změněno několika způsoby :
Kombinací různých α, β a γ podjednotek lze produkovat velké množství (>1000) G proteinů.
Pro GTP není nutné HDP.
Aktivační cyklus heterotrimerických G proteinů
V základním stavu jsou komplex Gα-GDP-Gβγ a receptor, který jej může aktivovat, odděleně spojeny s membránou. Při aktivaci receptoru se receptor stává vysoce afinní ke komplexu G proteinu. Při vazbě s komplexem se GDP odděluje od komplexu; volný komplex má vysokou afinitu k GTP. Při vazbě GTP se Gα-GTP i Gβγ oddělují jak od receptoru, tak od sebe navzájem. V závislosti na životnosti aktivního stavu receptoru může tímto způsobem aktivovat více G proteinů.
Gα-GTP i Gβγ nyní mohou aktivovat oddělené efektorové molekuly a aktivovat je, a tak vysílat signál dále v řetězci signální reakce. Jakmile vnitřní aktivita GTPázy α jednotky hydrolyzuje GTP na GDP, obě části se mohou znovu spojit do původního, neaktivního stavu. Rychlost hydrolyzační reakce funguje jako vnitřní hodiny pro délku signálu.
Superrodina Ras GTPase
Tyto GTPázy hrají důležitou roli při iniciaci, elongaci a ukončení proteinové biosyntézy.
Viz částice pro rozpoznávání signálu (SRP).