G-Protein-gekoppelte Rezeptor-Signalübertragung

G-Protein-gekoppelte Rezeptoren sind die größte Familie von Zelloberflächenrezeptoren, die Signale über heterotrimere G-Proteine an intrazelluläre Effektoren weiterleiten.

Definition

Die G-Protein-gekoppelte Rezeptor-Signalübertragung ist der Prozess, bei dem ein Liganden-aktivierter Sieben-Transmembran-Rezeptor als Guanin-Nukleotid-Austauschfaktor für ein heterotrimeres G-Protein fungiert, dessen Untereinheiten dann nachgeschaltete Effektoren regulieren.

Scope

Dieses Thema behandelt die Sieben-Transmembran-Architektur von G-Protein-gekoppelten Rezeptoren, den Aktivierungszyklus heterotrimerer G-Proteine, die von ihnen regulierten Effektoren wie Adenylylcyclase und Phospholipase C sowie die Amplifikation und Beendigung dieser Signalwege.

Core questions

• Wie aktiviert ein G-Protein-gekoppelter Rezeptor sein G-Protein?
• Welche Rollen spielen die Alpha- und Beta-Gamma-Untereinheiten des G-Proteins?
• Welche Effektoren und sekundären Botenstoffe steuern diese Signalwege?
• Wie wird die G-Protein-Signalübertragung abgeschaltet?

Key theories

G-Proteine als molekulare Schalter

Ein aktivierter Rezeptor katalysiert den Austausch von GDP gegen GTP an der Alpha-Untereinheit des G-Proteins, wodurch es eingeschaltet wird, um Effektoren zu regulieren, bis seine intrinsische GTPase-Aktivität es in den Aus-Zustand zurückführt.

Mechanisms

Die Ligandenbindung verändert die Konformation eines Sieben-Transmembran-Rezeptors, sodass dieser den GDP-zu-GTP-Austausch an der Alpha-Untereinheit des G-Proteins fördert und diese vom Beta-Gamma-Dimer freisetzt. Die aktivierten Untereinheiten regulieren Effektoren wie die Adenylylcyclase, die zyklisches AMP produziert, oder die Phospholipase C, die Inositoltrisphosphat und Diacylglycerol erzeugt. Das Signal wird durch Kaskaden verstärkt und beendet, wenn die Alpha-Untereinheit GTP hydrolysiert und sich wieder assoziiert, unterstützt durch Regulatorproteine und Rezeptordesensibilisierung.

Clinical relevance

Diese Rezeptoren vermitteln Reaktionen auf eine Vielzahl von Signalen und veranschaulichen die schalterähnliche Logik von G-Proteinen, was sie zu einem zentralen Modell in der Zellsignalübertragung macht. Die hier gegebene Darstellung ist deskriptiv und nicht präskriptiv.

History

Rodbell und Gilman etablierten G-Proteine als die Transducer, die Rezeptoren mit Effektoren verbinden; Lefkowitz und Kobilka definierten später die Rezeptorstruktur und den aktivierten Rezeptor-G-Protein-Komplex und vervollständigten so das molekulare Bild dieses Signalwegs.

Key figures

• Alfred Gilman
• Martin Rodbell
• Robert Lefkowitz
• Brian Kobilka

Seminal works

• gilman1987
• alberts2014

Frequently asked questions

Was macht ein G-Protein?

Ein G-Protein fungiert als molekularer Schalter, der eingeschaltet wird, wenn es GTP bindet, und ausgeschaltet wird, wenn es dieses zu GDP hydrolysiert, wodurch es das Signal vom Rezeptor zu den Effektor-Enzymen weiterleitet, solange es aktiv ist.

Welche sekundären Botenstoffe lösen diese Rezeptoren aus?

Je nach Signalweg erhöhen sie üblicherweise zyklisches AMP über die Adenylylcyclase oder erzeugen Inositoltrisphosphat und Diacylglycerol über die Phospholipase C, was wiederum Kalzium freisetzt.