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Lexikon der Biochemie: G-Protein-gekoppelte Rezeptoren

G-Protein-gekoppelte Rezeptoren, Sieben-Helix-Rezeptoren, Serpentin-Rezeptoren, Sieben Transmembran-Domänen-Rezeptoren, eine Familie von Rezeptoren, deren Mitglieder durch eine Sieben-Helix-Transmembranstruktur gekennzeichnet sind. Diese Rezeptoren und die G-Proteine (GTP-bindende Proteine) erfüllen Schlüsselfunktionen bei sensorischen und hormonellen Signalübertragungsprozessen. Sie sind bei allen Eukaryonten essenziell für die Signaltransduktion (Adenylat-Cyclase-Kaskade, Phosphoinosid-Kaskade, Sehvorgang). Die Wirkung wird stets über G-Proteine vermittelt, wobei umgekehrt die Aktivierung der G-Proteine auch nur über diesen Rezeptortyp erfolgt.
Jede Helix (H1-H7) setzt sich aus 20-25 großenteils hydrophoben Aminosäuren zusammen, die sowohl auf der cytosolischen Seite der Membran durch Polypeptidloops [C1 (H1-H2), C2 (H3-H4) und C3 (H5-H6); C für cytosolisch] als auch auf der äußeren Seite durch Loops [E2 (H2-H3), E3 (H4-H5) und E4 (H6-H7); E für extrazellulär] miteinander verknüpft sind (Abb.). Zusätzlich erstreckt sich 1) E1 als äußere Polypeptidkette von H1 bis zum N-Terminus und 2) C4 als cytosolische Kette von H7 bis zum C-Terminus. Wahrscheinlich sind die Kette C4 und die Schleife C3, die viel länger ist als die anderen cytosolischen Schleifen, Bestandteil der G-Protein-Bindungsstelle. Die Lage der Ligandenbindungsstelle, die von der äußeren Seite des Rezeptors zugänglich sein muss, hängt von der Identität des Liganden ab. Große Proteinhormone, wie das luteinisierende Hormon (LH, 26kDa) binden wahrscheinlich an die Polypeptidkette E1. Diese ist im Fall von Rezeptoren, die Proteine binden, viel länger (333 Aminosäuren für LH) als im Fall von Rezeptoren, die kleine Liganden (Catecholamin, Peptidhormone) binden. Aufgrund dieses Unterschieds werden die G. R. in zwei Unterklassen eingeteilt: 1) solche mit einer kurzen Polypeptidkette E1; hierzu zählen die Rezeptoren für Adrenalin (α1, α2, β1, β2), Serotonin, Acetylcholin (Muscarin), Angiotensin, Bradykinin sowie Bombesin und 2) solche mit einer langen E1- Kette; hierzu gehören die Rezeptoren für LH und möglicherweise für das follikelstimulierende Hormon sowie das thyroidstimulierende Hormon. Chemokine.
Die Ligandenbindungstasche befindet sich in der Nähe des Zentrums der Doppelschicht. Bei der Bindung eines Liganden wird eine Konformationsänderung induziert, die an Schleifen im cytosolischen Membranbereich, speziell an die dritte cytosolische Schleife weitergeleitet wird, wodurch G-Proteine angeschaltet werden. Durch Öffnung der Guanylnucleotid-Bindungsstelle des G-Proteins erfolgt der Austausch von GTP gegen gebundenes GDP. Dieser Prozess wird durch den aktivierten Rezeptor signifikant beschleunigt. Zu den G. gehören beispielsweise die Adrenorezeptoren für Adrenalin und Noradrenalin, die Muscarinrezeptoren für Acetylcholin, die Dopaminrezeptoren, die Histaminrezeptoren, viele Serotoninrezeptoren, der GABAB-Rezeptor (GABA-Rezeptoren), die Adenosinrezeptoren, die Angiotensinrezeptoren und die Opiatrezeptoren. In der Tabelle sind ausgewählte G. und die von G-Proteinen vermittelten biochemischen Vorgänge zusammengestellt.



Abb. G-Protein-gekoppelte Rezeptoren. Schematische Darstellung. E1-E4 = extrazelluläre Schleifen; H1-H7 = Transmembran-Helices; C1-C4 = cytosolische Schleifen.

Tab. G-Protein-gekoppelte Rezeptoren. Ausgewählte G-Protein-gekoppelte Rezeptoren.

Rezeptor G-Protein Ligand Effektor Effekt
β-Adrenorezeptor GS Adrenalin Adenylat-Cyclase Glycogenabbau
muscarinischer Rezeptor GI Acetylcholin Kaliumkanal Verminderung der Schrittmachertätigkeit
Serotoninrezeptor GS Serotonin Adenylat-Cyclase Verhaltenssenssibilisierung und Lernen bei Aplysia
Rhodopsin Transducin Licht cGMP-Phosphodiesterase Sehempfindung
Geruchsrezeptoren Golf Riechstoffe Adenylat-Cyclase Geruchsempfindung
Chemotaxisrezeptor Gq For-Met-Phe-Leu Phospholipase C Chemotaxis
Geschmacksrezeptoren Ggα (Gusducin) Nahrung Adenylat-Cyclase Geschmack

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