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Rezeptorklassen - eine Einleitung

Signalkaskaden bei G-Protein-gekoppelte Rezeptoren

G-Protein-gekoppelte Rezeptoren sind aus sieben Transmembran-Helices aufgebaut. Die Bindungsstelle für kleine und mittlere Liganden befindet sich im Membraninnern, für größere Liganden eher in den extrazellulären Bereichen des Rezeptors.

Die Kopplung an G-Proteine erfolgt durch Strukturen in der zweiten und dritten intrazellulären Schleife (loop) und dem C-Terminus. Die G-Proteine selbst sind aus drei Untereinheiten (α, β und γ) aufgebaut. Bindet nun ein Botenstoff, in diesem Fall Adrenalin, an seinen Rezeptor, so wird durch eine Konformationsänderung die Bindungsstelle für G-Proteine freigelegt. Es kommt zur Assoziation von Ligand-Rezeptorkomplex und G-Protein, und dieses wird zum GTP/GDP-Austausch aktiviert. Der Ersatz von GDP1) durch GTP2) führt zur Dissoziation der α-GTP-Untereinheit vom Rest des G-Proteins, sie diffundiert lateral an der Membran entlang, wo sie auf ein membrangebundenes Enzym stößt, das durch die aktivierte α-Untereinheit angeschaltet wird. In unserem Fall würde die Adenylat-Cyclase aktiviert, die die Bildung von cAMP aus ATP katalysiert. Das cAMP fungiert als second messenger, indem es die ursprüngliche (erste) Botschaft des Adrenalins im Innern der Zelle weitergibt. Eine cAMP-abhängige Kinase (Proteinkinase A, gelb) wird aktiviert, was zur Übertragung von Phosphat-Resten (Phosphorylierung) auf bestimmte Empfängerproteine führt. In einer Muskelzelle wäre das in unserem Beispiel eine Phosphorylase-Kinase, die wiederum die Glycogen-Phosphorylase phosphoryliert. Dadurch werden Glucose-Reste aus Glycogen freigesetzt. Gleichzeitig wird durch die Proteinkinase A die Phosphorylierung der Glycogen-Synthase erhöht, was deren Aktivität inhibiert und zu einem Abbruch der Glycogen-Synthese führt. Die Kaskade von Wechselwirkungen, hervorgerufen durch die Bindung von Adrenalin an den Rezeptor einer Muskelzelle, führt also letztendlich zu einer vermehrten Bereitstellung von Glucose in der Zelle, der Muskel ist für verstärkte Arbeit vorbereitet.

Abb.1
Signaltransduktion bei G-Protein-gekoppelten Rezeptoren
© Wiley-VCH
Seite 6 von 12