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G-Protein gekoppelte Rezeptoren

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Biologie

Wenn du dich bereits mit der chemischen Synapse auseinandergesetzt hast, weißt du schon, dass die Rezeptoren, welche an der postsynaptischen Membran sitzen, eine wichtige Rolle in der Erregungsübertragung spielen. Aber auch sonst sind Rezeptoren im gesamten Körper für diverse Aufgaben verantwortlich. Man unterscheidet allerdings in der Neurobiologie zwischen zwei Arten von Rezeptoren: ionotrope und metabotrope Rezeptoren

In diesem Artikel geht es um die G-Protein gekoppelten Rezeptoren, welche zu den metabotropen Rezeptoren gehören: Du erfährst, wie sie funktionieren und lernst verschiedene Beispiele für diesen Typ Rezeptor kennen.


Dieser Artikel gehört zum Fach Biologie und erweitert das Thema Informationsaufnahme und -verarbeitung.


Wie funktioniert ein G-Protein gekoppelter Rezeptor?

G-Protein gekoppelte Rezeptoren kommen in verschiedenen Formen und Größen im ganzen Körper vor und können durch viele unterschiedliche spezifische Moleküle (Liganden) ein breites Spektrum an Effekten auslösen. Die Rezeptoren sind bei vielen verschiedenen Prozessen beteiligt, unter anderem bei dem Transport von Stoffen durch die Zellmembran oder der Verarbeitung von Licht-, Geruchs- und Geschmacksreizen. Sie haben außerdem mehr als eine extrazelluläre Ligandenbindungsstelle.


Was ist ein Second-Messenger-System?

Das Prinzip des G-Protein gekoppelten Rezeptors basiert auf einem Second-Messenger-System. Aber was ist das überhaupt?

Allgemein sind Second Messenger chemische Botenstoffe, die an der Informationsweitergabe beteiligt sind. Sie dienen der intrazellulären Weiterleitung eines extrazellulären Signals, welches selbst nicht die Zellmembran passieren kann. Der Second Messenger ist demnach für die innere Signalweitergabe verantwortlich, während ein First Messenger (oder auch Ligand) zwischen Zellen Signale weitergibt.


Der Second Messenger nimmt also ein Signal eines First Messengers an und gibt dieses daraufhin innerhalb der Zelle weiter. Oft läuft dieses Signal allerdings noch durch viele weitere Hände, bis es zu einer Reaktion auf das Signal des First Messengers kommt.


Abbildung 1: Schema der Funktionsweise eines G-Protein gekoppelten Rezeptors; Quelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/6d/GPCR-Zyklus.png/600px-GPCR-Zyklus.png


An einem G-Protein gekoppelten Rezeptor können nun zwei Fälle auftreten.


Erster Fall:

  1. Ein Agonist, also ein Ligand, der die Konformationsänderung des Rezeptors auslöst, bindet an einer Bindungsstelle.
  2. Eine Konformationsänderung des Rezeptors wird ausgelöst.
  3. Der G-Protein gekoppelte Rezeptor interagiert mit G-Proteinen, welche aus den Einheiten Alpha, Beta und Gamma besteht. Die Alpha-Untereinheit besitzt dabei eine eigene Bindungsstelle für das Nukleotid GDP bzw. GTP.
  4. Durch die Konformationsänderung wird GDP gegen GTP ausgetauscht. Dadurch wird das G-Protein-Konstrukt instabil und es durchläuft ebenfalls eine Konformationsänderung.
  5. Das G-Protein teilt sich in Alpha-Untereinheit und Beta-Gamma-Untereinheit auf.
  6. Die aktivierten G-Proteine können nun das Signal ins Zellinnere weiterleiten, indem die verschiedenen Untereinheiten weitere Proteine aktivieren oder deaktivieren. Enzyme werden angeregt Second Messenger zu produzieren.
  7. Nach einer Zeit spaltet sich das GTP, welches an der Alpha-Untereinheit gebunden ist, wieder ab und wird unter anderem in GDP geteilt, wodurch die Untereinheiten wieder zusammen finden können und zurück zur inaktiven Ausgangsposition kehren. Somit reguliert sich der Rezeptor selbst.


Zweiter Fall:

  1. Ein Antagonist, also ein Ligand, der Bindungen mit anderen Liganden blockiert, bindet an der Bindungsstelle.
  2. Der Antagonist verhindert, dass Signale durch den Rezeptor weitergegeben werden können und schaltet ihn somit vorübergehend inaktiv.


Beispiele für G-Protein gekoppelte Rezeptoren 

Glucagonrezeptoren

Bei Glucagon handelt es sich um ein Hormon, welches vor allem in der Bauchspeicheldrüse gebildet wird. Zu seinen Aufgaben gehören unter anderem die Steigerung des Blutzuckerspiegels und die Regulation des Stoffwechsels von Aminosäuren, Lipiden und Kohlenhydraten. Das Hormon wirkt häufig über G-Protein gesteuerte Rezeptoren, indem es die Gluconeogenese (Neusynthese von Glukose) und Lipolyse (Spaltung von Neutralfetten im Fettgewebe) steigert. 

Acetylcholinrezeptoren

Auch ein bestimmter Typ Rezeptor, der mit dem Neurotransmitter Acetylcholin aktiviert wird, gehört zu den G-Protein gekoppelten Rezeptoren. Hierbei handelt es sich um die sogenannten muskarinischen Acetylcholinrezeptoren, welche in den Herzmuskelzellen sitzen. Seine Aufgabe ist es bei Bedarf den Herzschlag zu verlangsamen.


G-Protein gekoppelte Rezeptoren - Das Wichtigste auf einem Blick

  • G-Protein gekoppelte Rezeptoren haben viele verschiedene Formen und lösen unterschiedliche Prozesse im ganzen Körper aus.
  • G-Protein gekoppelte Rezeptoren basieren auf dem Prinzip des Second-Messenger-Prinzips, nach welchem ein intrazellulärer chemischer Stoff extrazelluläre Signale innerhalb der Zelle weitergibt.
  • Ein G-Protein gekoppelter Rezeptor kann durch einen Liganden entweder aktiviert oder vorübergehend blockiert werden.
  • Beispiele für G-Protein gekoppelte Rezeptoren sind Glucagonrezeptoren und muskarinische Acetylcholinrezeptoren.

Häufig gestellte Fragen zum Thema G-Protein gekoppelte Rezeptoren

Ein normaler CPR-Wert liegt etwa bei 5 mg/l. Je nachdem wie stark die Erhöhung des Wertes ist, desto schwerwiegender ist die Krankheit. Bei einem Wert bis zu 50 mg/l wird die Krankheit als leicht angesehen; Werte bis zu 100 mg/l sprechen für eine schwerere.

Ein erhöhter Wert von 50 mg/l bis 100 mg/l ist auf alle Fälle abnormal und kann unter Umständen auf eine Krebserkrankung hindeuten.  

Ein Protein ist ein Eiweißkörper, der hauptsächlich aus Aminosäuren aufgebaut ist. Sie befinden sich in jeder Zelle und sind damit sehr wichtig für unsere Gesundheit.

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