G-Protein gekoppelte Rezeptoren

Es gibt verschiedene G-Proteine, welche alle einem grundlegend ähnlichen Aufbau folgen. Sie besitzen eine alpha-, beta- und gamma-Untereinheit. Beim g-Protein handelt es sich also um ein Trimer (drei Untereinheiten). An der alpha-Untereinheit befindet sich eine GTP-Bindungsstelle.

Die G-Proteine sitzen im inaktiven Zustand an Rezeptoren und werden durch sie aktiviert. Das G-Protein mit passendem Rezeptor bezeichnet man in der Gesamtheit als G-Protein gekoppelte Rezeptoren.

G-Protein gekoppelte Rezeptoren – Ablauf Reaktion

Die Reaktion der G-Protein gekoppelten Rezeptoren folgt grundsätzlich einem identischen Schema:

1. Der Rezeptor liegt unbesetzt vor und das G-Protein ist inaktiv an ihn gebunden. Das bedeutet, dass die alpha Untereinheit des GPCRs ein energiearmes GDP gebunden hat.
2. Es bindet ein Ligand an den Rezeptor. Dadurch geschieht am Rezeptor eine räumliche Änderung (Konformationsänderung). Diese überträgt sich auf das G-Protein. Dies bildet die Kopplung der GPCRs.
3. Durch die Aktivierung aufgrund des Rezeptors wird an der alpha-Untereinheit GDP mit energiereichem GTP ausgetauscht. Dieses geschieht durch Austauschfaktoren, sogenannte GEFs (= GTP-exchange factor bzw. GTP Austauschfaktor). Das G-Protein liegt nun im aktivierten Zustand vor.
4. Die alpha-Untereinheit mit dem energiereichen GTP löst sich von den anderen beiden Untereinheiten und damit vom Rezeptor und kann spezifische intrazelluläre Signale auslösen.
5. Nach kurzer Zeit wird das GTP durch sogenannte GAPs (= GTPase activating proteins bzw. GTPase aktivierende Proteine) gespalten und die alpha Untereinheit liegt inaktiv vor. Der Ligand löst sich vom Rezeptor.
6. Wenn die alpha Untereinheit wieder an die anderen Untereinheiten bindet und der Ligand vom Rezeptor gelöst ist, gilt die Reaktion als abgeschlossen. Es kann ein neues Signal eines weiteren Liganden am Rezeptor erfolgen.

Funktion der Adenylatcyclase

Die alpha-Untereinheit kann unter anderem in ihrer aktivierten Form die Adenylatcyclase aktivieren, welche den intrazellulären Botenstoff cAMP herstellt. cAMP ist als sogenannter second-messenger verantwortlich für die Aktivierung verschiedener Prozesse in der Zelle. Den first-messenger stellt der Ligand dar, der an den Rezeptor bindet. Dadurch wird die gewünschte Signaltransduktion gewährleistet. Die GPCRs haben als eine der wichtigsten Aufgaben die Regulation der cAMP Konzentration in der Zelle.

Die G-Protein gekoppelten Rezeptoren lösen in der Regel keine direkten Reaktionen in der Zelle aus. Die GPCRs sind dafür zuständig, andere Signalmoleküle zu aktivieren. Dadurch kann ein Hormonsignal, welches im Blut nur einige nmol ausmacht, durch die G-Proteine und deren Wirkmechanismus zu einem starken intrazellulären Signal führen. Diese Aktivierung und Erhöhung der Signalstärke durch GPCRs bezeichnet man als Signalkaskade.

Hemmung der Signalkaskade

Die meisten Liganden sind Agonisten. Das beutetet, dass sie eine Konformationsänderung am Rezeptor hervorrufen und damit intrazellulär eine Reaktion stattfinden kann. Manche Antagonisten können aber auch an den GPCR binden. Dadurch wird dieser vorübergehend blockiert. Es kann in diesem Zustand kein Signal in der Zelle durch die Wirkung des Rezeptors erfolgen. Das wiederum kann beispielsweise die zelluläre Konzentration von cAMP senken.

G-Protein gekoppelte Rezeptoren – Arten

Es gibt verschiedene Arten G-Protein gekoppelter Rezeptoren. Die Einteilung erfolgt hierbei aufgrund ihrer unterschiedlichen Wirkung.

Gs-gekoppelte Rezeptoren

Eine Klasse der G-Protein gekoppelten Rezeptoren sind die Gs-gekoppelten Rezeptoren. Der Buchstabe S steht hierbei für stimulierend, sie sind also an stimulierenden Signalprozessen beteiligt. Sogenannte Gi-gekoppelten Rezeptoren stehen den Gs-gekoppelten Rezeptoren gegenüber.

Gi-gekoppelte Rezeptoren

Die Gi-gekoppelten Rezeptoren sorgen für eine hemmende Wirkung. Das I steht für Inhibition, was so viel wie Hemmung bedeutet. Die Gi-Rezeptoren wirken hemmend auf die Adenylatcyclase, dämmen also die Produktion des second-messengers cAMP ein.