GTPazlar olarak da bilinen guanin nükleotid bağlayıcı proteinler (G-proteinleri), hücre sinyali, veziküler taşıma ve hücre şekli ve hareketliliğinin düzenlenmesi gibi birçok hücresel işlemi düzenleyen bir protein süperfamilyasıdır. Bu proteinlerin mutasyonu veya disfonksiyonu hastalıklara yol açabilir. Bilinen yaklaşık 40.000 G-proteini vardır ve genel olarak iki gruba ayrılabilirler: tek bir alandan oluşan küçük G-proteinleri ve büyük çok alanlı G-proteinleri.

Heterotrimerik G-proteinleri olarak da bilinen büyük G-proteinleri üç alt birimden oluşur- α, β ve γ. α alt birimi transmembran sinyalleri yönetmek üzere G-protein aracılı reseptörler ile etkileşime giren korunmuş bir alana sahiptir.

Küçük G-proteinleri tek bir alt birimdir ve hücre boyunca çeşitli yollarda sinyal iletir. Dizi ve fonksiyona dayalı olarak beş alt aileye ayrılırlar- Ras, Rho, Rab, Ran ve Arf. Ras alt ailesindeki mutasyonlar akciğerlerde, kolonda ve pankreasta kanseröz tümörlerin oluşumuna yol açar. Rho alt ailesi aktin reorganizasyonunu ve mikrotübül hücre iskeleti dinamiklerini düzenler. En büyük küçük G-protein ailesi olan Rab alt ailesi, salgı ve endositik yollarda vezikül taşınmasını ve membran trafiğini düzenler. Ran alt ailesi, RNA ve proteinlerin nükleer gözenek ve mitotik iğ düzeneği ve fonksiyonu yoluyla nükleositoplazmik taşınımını düzenler. Arf alt ailesi vezikül taşımacılığı ve membran trafiğinde rol oynar.

G-proteinleri GTP/GDP bağlanması ile düzenlenir ve içsel GTPaz aktivitesine sahiptir, bu da GTP'yi GDP'ye hidrolize edebilecekleri anlamına gelir. GTP bağlandığında, G-proteini "açık" durumdadır yani protein hücrede sinyal kaskadlarını teşvik edecektir. GDP bağlandığında sinyalin durmasına neden olan "kapalı" durumdadır. G-protein aktivasyonunun düzenlenmesi GDP ayrışmasına yardımcı olan guanin nükleotid değişim faktörleri (GEF'ler) ve GTP hidrolizini uyaran GTPaz aktive edici proteinler (GAP'lar) tarafından da düzenlenir. Ek olarak guanin ayrışma inhibitörleri (GDI'ler) küçük GTPazlara bağlanabilir ve zar veya sitoplazmadaki yerlerini düzenleyebilir.