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Tutorial MenueIntrazelluläre Botenstoffe/SignaltransduktionLerneinheit 1 von 4

Signaltransduktion

Signalkaskaden bei G-Protein-gekoppelten Rezeptoren

G-Protein-gekoppelte Rezeptoren sind aus sieben Transmembran-Helices aufgebaut. Die Bindungsstelle für kleine und mittlere Liganden befindet sich im Membraninnern und für größere Liganden eher in den extrazellulären Bereichen des Rezeptors. Die Kopplung an G-Proteine erfolgt durch Strukturen im zweiten und dritten intrazellulären Loop und dem C-Terminus. Die G-Proteine selbst sind aus drei Untereinheiten (α, β und γ) aufgebaut.

Bindet nun ein Botenstoff, beispielsweise Adrenalin, an seinen Rezeptor, so wird durch eine Konformationsumwandlung 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 entlang der Membran, wo sie auf ein membrangebundenes Enzym stößt, das durch die aktivierte α-Untereinheit angeschaltet wird. In unserem Fall wäre dies die Adenylat-Cyclase, die die Bildung von cAMP aus ATP katalysiert.

Abb.1
Signaltransduktion bei G-Protein-gekoppelten Rezeptoren
© Wiley-VCH

Das cAMP fungiert als Second Messenger, indem es die ursprüngliche (erste) Botschaft ins Innere der Zelle weitervermittelt. Eine cAMP-abhängige Kinase (Proteinkinase A, gelb) wird aktiviert, was zur Übertragung von Phosphat-Resten auf bestimmte Empfängerproteine (Phosphorylierung) führt. In einer Muskelzelle wäre das beispielsweise 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 hemmt und zu einem Abbruch der Glycogen-Synthese führt. Die Kaskade von Wechselwirkungen führt also letztendlich zu einer vermehrten Bereitstellung von Glucose in der Zelle, der Muskel ist für verstärkte Arbeit vorbereitet.

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