Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

6.8: G-eiwitgekoppelde receptoren
INHOUDSOPGAVE

JoVE Core
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
G-protein Coupled Receptors
 
TRANSCRIPT

6.8: G-protein Coupled Receptors

6.8: G-eiwitgekoppelde receptoren

G-protein coupled receptors are ligand binding receptors that indirectly affect changes in the cell. The actual receptor is a single polypeptide that transverses the cell membrane seven times creating intracellular and extracellular loops. The extracellular loops create a ligand specific pocket which binds to neurotransmitters or hormones. The intracellular loops holds onto the G-protein.

The G-protein or guanine nucleotide-binding protein, is a large heterotrimeric complex. Its three subunits are labeled alpha (α), beta (β), and gamma (γ). When the receptor is unbound or resting, the α-subunit binds a guanosine diphosphate molecule or GDP, and all three subunits are attached to the receptor.

When a ligand binds the receptor, the α-subunit releases the GDP and binds a molecule of guanosine triphosphate (GTP). This action releases the α-GTP complex and the β-γ complex from the receptor. The α-GTP can move along the membrane to activate second messenger pathways such as cAMP. However there are different types of α-subunits and some are inhibitory, turning off cAMP.

The β-γ complex may interact with potassium ion channels which release potassium (K+) into the extracellular space resulting in hyperpolarization of the cell membrane. This type of ligand-gated ion channel is called a G-protein coupled inwardly rectifying potassium channel or GIRK.

Ligands do not permanently bind the receptor. When the ligand leaves the receptor, it becomes available for the G-protein units to recouple and reattach. Before this though, nearby enzymes must hydrolyze the GTP attached to the α-subunit back into GDP. Once this is achieved, the β-γ complex reassembles with the GDP-α complex, and the whole G-protein reattaches to its receptor domain.

Common G-protein coupled receptors are: muscarinic acetylcholine receptors found in skeletal muscles, Beta-1 adrenergic receptors in the heart, and vasopressin receptors on smooth muscle cells. In sensory systems, like olfactory receptors and some taste receptors, the binding ligands are environmental molecules. For example, sucrose molecules bind G-protein coupled receptors resulting in the perception of sweet taste.

Alterations in G-protein coupled receptors may play a substantial role in mood disorders, like depression. Serotonin is a ligand for the 5HT1A receptor, a G-protein coupled receptor. It has been suggested that, in depression, interactions between the ligand and the receptor are changed; either the ligand does not bind long enough or the receptor does not fully respond. This results in poor serotonergic signaling which manifests as depression.

G-proteïne gekoppelde receptoren zijn ligandbindende receptoren die indirect invloed hebben op veranderingen in de cel. De eigenlijke receptor is een enkel polypeptide dat zeven keer door het celmembraan gaat en intracellulaire en extracellulaire lussen creëert. De extracellulaire lussen creëren een ligand-specifieke pocket die zich bindt aan neurotransmitters of hormonen. De intracellulaire lussen houden het G-eiwit vast.

Het G-proteïne of guanine nucleotide-bindende proteïne, is een groot heterotrimeer complex. De drie subeenheden zijn gelabeld alfa (α), beta (β) en gamma (γ). Wanneer de receptor ongebonden is of rust, bindt de α-subeenheid een guanosinedifosfaatmolecuul of GDP, en alle drie de subeenheden zijn aan de receptor gehecht.

Wanneer een ligand de receptor bindt, geeft de α-subeenheid het GDP vrij en bindt een molecuul guanosinetrifosfaat (GTP). Deze actie maakt het α-GTP-complex en het β-γ-complex los van de receptor. De α-GTP kan langs de m bewegenembrane om second messenger pathways zoals cAMP te activeren. Er zijn echter verschillende soorten α-subeenheden en sommige zijn remmend, waardoor cAMP wordt uitgeschakeld.

Het β-γ-complex kan een interactie aangaan met kaliumionkanalen die kalium (K +) afgeven in de extracellulaire ruimte, wat resulteert in hyperpolarisatie van het celmembraan. Dit type ligand-gated ionenkanaal wordt een G-proteïne genoemd, gekoppeld naar binnen gericht kaliumkanaal of GIRK.

Liganden binden de receptor niet permanent. Wanneer het ligand de receptor verlaat, komt het beschikbaar voor de G-proteïne-eenheden om zich te herkoppelen en opnieuw te bevestigen. Vóór dit echter moeten nabijgelegen enzymen het GTP dat aan de α-subeenheid is gehecht, terug hydrolyseren tot het BBP. Zodra dit is bereikt, wordt het β-γ-complex opnieuw samengevoegd met het GDP-α-complex en wordt het hele G-eiwit weer aan zijn receptordomein gehecht.

Veel voorkomende G-proteïne gekoppelde receptoren zijn: muscarine acetylcholine receptoren gevonden in skeletspieren, Beta-1 adrenergische receptoren in het hart en vasopressinereceptoren op gladde spiercellen. In sensorische systemen, zoals reukreceptoren en sommige smaakreceptoren, zijn de bindende liganden omgevingsmoleculen. Sacharosemoleculen binden bijvoorbeeld aan G-proteïne gekoppelde receptoren, wat resulteert in de perceptie van een zoete smaak.

Veranderingen in aan G-proteïne gekoppelde receptoren kunnen een substantiële rol spelen bij stemmingsstoornissen, zoals depressie. Serotonine is een ligand voor de 5HT1A-receptor, een aan G-proteïne gekoppelde receptor. Er is gesuggereerd dat bij depressie de interacties tussen de ligand en de receptor worden veranderd; ofwel de ligand bindt niet lang genoeg of de receptor reageert niet volledig. Dit resulteert in een slechte serotonerge signalering die zich manifesteert als depressie.


Aanbevolen Lectuur

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter