G-Protein-gekoppelter Rezeptor
Synonym
Übersicht
Physiologie
Definition
- Typ eines Rezeptors, bei dem eine
"Rezeptoreinheit" über ein mobiles
G-Protein eine Wirkung
an einem entfernten Effektorprotein bewirkt.
Aufbau
- G-Protein-gekoppelte Rezeptoren bestehen aus einer einzigen
Aminosäurekette, die sich in Form von
α-Helices
mehrfach durch die
Membran windet.
- An den extramembranalen Bereichen ist das Molekül glykosyliert.
- Die sieben Transmembrandomänen sind in Form eines Kreises angeordnet, der
zentral eine Vertiefung mit den Haftstellen für den Überträgerstoff besitzt.
Funktion
- Lagert sich der Überträgerstoff oder ein diesem ähnliches Molekül (z.B. an
diesem Rezeptor agonistisch wirkende Pharmaka)
an den Rezeptor an, so führt dies zu einer Änderung der Konformation des
Rezeptorproteins.
- Durch diese Konformationsänderung kann es nun mit einem
G-Protein Kontakt
aufnehmen.
- Der Kontakt mit dem Rezeptor aktiviert das
G-Protein, das nun
seinerseits Kontakt mit einem anderen
Protein (Effektorprotein)
aufnehmen kann.
- Dieses Effektorprotein bewirkt jedoch auch noch keine direkte Wirkung in
der Zelle, sondern aktiviert zunächst weitere, nachgeschaltete
Enzyme.
- Im Phosphoinositol-System kommt es daneben über
IP3 zu einer Ca2+-Freisetzung
als "third messenger".
- Diese mehrstufige Signalübertragung ist typisch für alle
G-Protein-gekoppelten Rezeptoren.
- Es entsteht eine Signalkaskade, während deren Ablauf es zu einer
deutlichen Verstärkung des Ausgangssignals kommt, so dass bereits geringe
auslösende Effekte große Wirkungen zeigen können.
- Dies prädestiniert G-Protein-gekoppelte Rezeptoren als Rezeptoren für
Hormone, da diese
normalerweise nur in sehr geringen Konzentrationen vorliegen.
- Die Signalkaskaden werden über verschiedene, z.T. für den genauen
Übertragungsweg spezifische, Mechanismen beendet.
- Allgemein wird das aktivierte
G-Protein wird durch
eine GTPase inaktiviert, indem diese das GTP zu GDP spaltet.
- Bei hohen Transmitterkonzentrationen kann die Auslösung der Signalkaskade
auch durch eine Phosphorylierung des Rezeptors selbst verhindert werden. Der
Rezeptor wird durch die Phosphorylierung unempfindlicher gegenüber seinem
Transmitter. Man bezeichnet dies als Desensitisierung.
Bemerkungen
- G-Protein-gekoppelte Rezeptoren sind sehr häufig (vgl.
Neurotransmitter im ZNS).
- Sie unterscheiden sich in der Art des mit ihnen reagierenden
G-Proteins, wobei sich
die verschiedenen
G-Proteine hauptsächlich durch den Aufbau der α-Untereinheit
unterscheiden.
- Gs-Proteine besitzen dementsprechend eine αs-Untereinheit, Gi-Proteine eine
αi-Untereinheit usw.
Gs-Protein-Rezeptoren
- Gs-Protein-Rezeptoren vermitteln ihre Wirkung über ein
stimulierendes Gs-Protein.
- Durch einen allosterischen Effekt kommt zu einer Aktivierung des
Enzyms
Adenylatcyclase.
- Zu einer Erhöhung der intrazellulären Konzentration des
second messenger
cAMP führen u.a.:
- Die Signalkaskade wird durch den Abbau von
cAMP zu 5'-AMP beendet.
- Die phosphorylierten Proteine werden durch Phosphatasen wieder
dephosphoryliert.
Gi-Protein-Rezeptoren
- Gi-Protein-Rezeptoren vermitteln ihre Wirkung über ein
inhibitorisches Gi-Protein.
- Durch einen allosterischen Effekt kommt es einer Hemmung des
Enzyms
Adenylatcyclase,
was die intrazelluläre Konzentration des
second messenger cAMP verringert.
- Über diesen Mechanismus wirken u.a.:
Gq-Protein-Rezeptoren
- Gq-Protein-Rezeptoren vermitteln ihre Wirkung über ein Gq-Protein.
- Sie führen zu einer Aktivierung der
Phospholipase Cβ,
die nun Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphat in die
second messenger
Inositoltrisphosphat (IP3)
und Diacylglycerol (DAG) spaltet.
- Es kommt so zur Auslösung von zwei, voneinander abhängigen,
Signalkaskaden: Eine über die Freisetzung des "third messender" Ca2+,
eine über die Aktivierung der Proteinkinase C.
- Über diese Signalwege wirken u.a.:
Beispiele
Rezeptoren
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