Hur fungerar G-proteinkopplade receptorer

G-proteinkopplade receptorer (GPCR) är den mest varierande gruppen av membranreceptorer i eukaryoter. GPCRs huvuduppgift är att detektera ljusenergi eller näringsämnen utanför cellen och aktivera signaltransduktionsvägar inuti cellen. I slutändan utlöser GPCRs cellulära svar. Agonisterna (kemikalier som binder till en receptor för att producera ett cellulärt svar genom att aktivera receptorn) som binder till GPCR kan vara ett hormon, en neurotransmittor eller en yttre stimuli, såsom en lukt eller en feromon. Vid bindning av en agonist aktiverar GPCR det associerade G-proteinet för initiering av en särskild cellulär mekanism.

Viktiga områden som omfattas

1. Vad är G-proteinkopplad receptor
- Definition, struktur, roll
2. Hur fungerar G-proteinkopplade receptorer
- Mekanism för G-proteinaktivering

Nyckelord: Effektensym, G Protein, BNP (Guanosindiphosphat), G-Proteinkopplade Receptorer (GPCR), GTP (Guanosintrifosfat), Andra Budbärare

Vad är en G-proteinkopplad receptor

G-proteinkopplade receptorer (GPCR) är den största klassen av membranproteiner i eukaryoter, vilka medger de flesta fysiologiska reaktionerna hos hormoner, neurotransmittorer och miljöstimulanser. De är också ansvariga för syn, luktsinne och smak. En av de viktigaste egenskaperna hos GPCRs är närvaron av sju membran-spännerande a-spiraler som är sammankopplade med alternativa intracellulära och extracellulära slingregioner. En human GPCR visas i Figur 1.

Figur 1: GPCR

Huvudrollen hos en GPCR är att aktivera ett heterotrimert G-protein vid bindning av en agonist till receptorn.

Hur fungerar G-proteinkopplade receptorer

GPCR är en typ av receptorer som finns på cellmembranet. När agonisten binder till GPCR, sker en serie reaktioner för att utlösa ett cellulärt svar. Stegen involverade i att utlösa ett cellulärt svar genom aktiveringen av GPCR beskrivs nedan.

När den G-proteinkopplade receptorn inte är bunden till en agonist kvarstår den inaktiv. G-proteinet förblir också inaktivt på cellmembranet. De tre subenheterna av G-proteinet är Gsa, Gp och Gy. G-proteinets inaktiva tillstånd innehåller en bunden BNP till Gsa-domänen.
Vid bindning av en ligand / agonist, såsom hormoner eller neurotransmittorer, genomgår GPCR en konformationsförändring som aktiverar sitt GEF-domän. Förändringen i konformationen i GPCR möjliggör bindning av G-protein till GEF-domänen. BN-proteinet av G-proteinet ersätts av en GTP genom verkan av GEF-domänen, vilket aktiverar G-proteinet. GEF-domänen aktiverar monomeriskt GTPas för att ersätta BNP från en GTP.
Vid aktivering dissocierar Gsa-domänen från GPCR-G-proteinkomplexet och binder till effektorenzymet på cellmembranet för att aktivera det. Det aktiverade effektornzymet kan vara adenylylcyklas, fosfolipas C, etc. Det alstrar andra budbärare såsom cAMP, inositol 1,4,5-trifosfat, 1,2-diacylglycerol etc. Dessa andra budbärare aktiverar olika typer av proteiner i cytosolen att generera ett särskilt cellulärt svar. Andra budbärare är de initierande komponenterna i de intracellulära signaltransduktionskaskaderna, vilket aktiverar en särskild cellulär mekanism.
Hydrolysen av GTP till BNP i Gsa-domänen dissocierar från effektorenzymet, deaktiverar enzymet.

Handlingsmekanismen för GPCR visas i figur 2.

Figur 2: GPCR-handlingsmekanism

Slutsats

Den G-proteinkopplade receptorn är den vanligaste typen av receptorer på cellmembranet av eukaryoter. Det medierar cellulära funktioner vid aktiveringen genom bindning av agonister såsom hormoner, neurotransmittorer eller yttre stimuli. Aktiveringen av GPCR leder till aktiveringen av G-protein på cellmembranet. Det aktiverade G-proteinet binds till ett effektorenzym på cellmembranet för att alstra andra budbärare som utlöser cellulära reaktioner i cytosolen.

Referens:

1. "GPCR". Nature News, Nature Publishing Group, tillgänglig här.

Image Courtesy:

1. "Beta-2-adrenerg-receptor" av Opabinia regalis - eget arbete (CC BY-SA 3.0) via Wikimedia Commons
2. "G protein" Av Tpirojsi - Egent arbete (Public Domain) via Commons Wikimedia

Vetenskap