G-protein Coupled Receptors – Second Messenger Systems

00:00 Wir werden uns also mit den G-Protein-gekoppelten Rezeptoren als nächstes befassen. Sie sind die größte Kategorie von Rezeptoren in tierischen Zellen. Und erinnern Sie sich, sie sind an metabolischen und strukturellen Veränderungen beteiligt.

00:15 Im Gegensatz dazu sind die Rezeptor-Tyrosin-Kinasen nur an der allgemeinen täglichen Funktion beteiligt.

00:21 Bei G-Protein-gekoppelte Rezeptoren sind G-Proteine beteiligt. Was sind G-Proteine? G-Proteine sind Proteine, die durch GTP aktiviert werden.

00:39 In diesem Fall haben wir also einen Liganden, der sich an seinen Rezeptor bindet. Dies ist der first Messenger.

00:46 Und dieser Rezeptor wird ein G-Protein aktivieren. Und das G-Protein geht ganz woanders hin, um ein anderes Effektorprotein zu aktivieren. Dieses Effektorprotein ist oft in die Membran eingebettet.

01:01 Das Effektorprotein wird dann einen second Messenger aktivieren. Was wir hier nun tun, ist wieder eine Weitergabe von Phosphaten zur Aktivierung von Proteinen, immer weiter und weiter, bis hinunter in die Kaskade.

01:14 Wenn wir diesen second Messenger aktivieren, alle möglichen Kinasen aktivieren und alle möglichen zellulären Antworten bewirken. Also, ein allgemeines Beispiel dafür, wie dies funktioniert, scheint ziemlich ähnlich zu der Rezeptor-Tyrosinkinase-Kaskade zu sein, nicht wahr? Obwohl sie anders im Speziellen ist.

01:35 Jetzt sind wir bereit, einige spezifische Second Messenger zu betrachten. Zuallererst sollten wir uns merken, daß das G-Protein der Teil ist, der die Verbindung vom Rezeptor zum Effektorprotein herstellt. Beide sind in die Membran eingebettet.

01:47 Weiterhin ist wichtig, dass das Effektorprotein den second Messenger produziert, der sich dann ausbreitet und Auswirkungen auf den Rest der Zelle hat.

02:00 Also erstens haben wir ein zyklisches AMP-second Messenger system, das von der Adenylylcyclase vermittelt wird. Adenylylzyklase ist das Effektorprotein und zyklisches AMP ist der der second Messenger. Hier sehen Sie einen Rezeptor für ein Molekül. Das Molekül bindet an den Rezeptor und aktiviert ein G-Protein. In diesem Fall, hat das G-Protein drei Untereinheiten. Und es ist die α-Untereinheit, die die Adenylylzyklase aktiviert.

02:33 Die β- und γ-Untereinheiten haben die Möglichkeit eine völlig andere Proteinkaskade zu aktivieren.

02:40 Sie sehen also, dass ein Rezeptor viele andere Wirkungen und Effekte haben kann. Wir bleiben jetzt ersteinmal bei dem Adenylylzyklase-Kaskade und der α-Untereinheit. Jetzt können wir den second Messenger aktivieren, ATP eintritt, einige Phosphate abgibt und zyklisches AMP, Adenosinmonophosphat, bildet.

03:04 Adenosinmonophosphat ist der second Messenger in diesem System. Und er aktiviert Proteinkinase A. Wir kürzen das mit PKA ab. Das Protein kinase A wird aktiviert, und das führt dann zu viele weitere Proteine aktivieren, vielleicht mit etwas Signal Verstärkung und wir haben unsere zelluläre Antwort.

03:27 Die zelluläre Antwort hängt davon ab, welche anderen Proteine aktiviert werden. Sie kann also unterschiedlich sein.

03:34 Dieser Mechanismus kommt in der gesamten Biologie immer wieder vor. Es ist also ein sehr beliebtes Signalsystem. Schauen wir uns nun Phospholipase C, einen weiteren G-Protein-vermittelten Signalweg, an.

03:51 Im Fall der Phospholipase C ist dies das Effektorprotein. Dieses Effektorprotein aktiviert eine Reihe anderer second Messenger. So im Phospholipase-C-System das Signalmolekül Ligand bindet an den Rezeptor und aktiviert G-Protein, das drei Untereinheiten hat.

04:17 Wir haben α, β, γ. α kann auch die Phospholipase C aktivieren. Und PIP2 ist ein Protein.

04:28 Dies ist eine Abkürzung für ein Protein, das als Substrat das Phosphate an die Adenylylzyklase abgibt.

04:36 Und es wird Diacylglycerin sowie Inositoltriphosphat oder IP3 bilden.

04:45 Diese beiden second Messenger sind nun in der Lage eine Vielzahl von zellulären Prozessen zu aktivieren.

04:53 In diesem Fall wird IP3 die Freisetzung von Kalzium aus dem endoplasmatischen Retikulum aktivieren.

04:59 Wenn wir uns in einer Muskelzelle befinden, ist es das sarkoplasmatische Retikulum. Aber so oder so wird Kalzium freigesetzt, was zu einer Muskelkontraktion führt. Wenn dieses System jedoch in einer endokrine Zelle ist, ist diese nicht an einer Muskelkontraktion, sondern für die Freisetzung von Hormone verantwortlich. Derselbe Signalisierungsmechanismus mit IP3 wird dann die Freisetzung von Hormonen über hormonproduzierenden Zellen wie der Hypophyse oder der Nebenniere ermöglichen. Verschiedene Proteine können in verschiedenen Zelltypen unterschiedliche Auswirkungen haben. Nehmen wir also an, Sie müssen vor einem großen Tier fliehen, zB einem Berglöwe. Wahrscheinlich nicht die beste Idee, aber wenn Sie da raus müssen, werden wir das Kampf- oder Flucht-System aktivieren, nicht wahr? Epinephrin oder Adrenalin wird dann vorhanden sein. Wir brauchen dann noch etwas Zucker, um zu entkommen. Dies ist ein Beispiel dafür, dass zwei verschiedene Signalmoleküle auf denselben Signalwegen mit der gleichen Wirkung wirken. Epinephrin bindet sich an seinen Membranrezeptor und ein G-Protein aktiviert der second Messenger. Und Glucagon, das an der Zuckerfreisetzung beteiligt ist, bindet auch an seinen Rezeptor und hat dabei die gleiche Wirkung. Diese beiden Signalmoleküle binden an unterschiedliche Rezeptoren und haben dennoch die gleiche Wirkung innerhalb der Zelle. Im Gegenteil dazu, können wir sehen, dass ein Signalmolekül sehr unterschiedliche Auswirkungen haben kann. In in diesem Fall zum Beispiel Epinephrin. Wir versuchen wieder wegzulaufen.

06:39 Dabei müssen wir unsere Herzfrequenz erhöhen. Wir sind aber nicht daran interessiert, Nahrung zu verdauen.

06:45 Epinephrin landet also im Herzmuskel und erzeugt Adenylylzyklase, die die Produktion von zyklisches AMP, dem second Messenger ankurbelt. Dies zyklische AMP erhöht dann die Kontraktionskraft. Dies ist also der Effekt für die Zellen dort. Aber während wir noch vor diesem Berglöwen fliehen, müssen wir nicht wirklich viel Energie in die Verdauung von Nahrung stecken.

07:14 Ein anderes G-Protein moduliert also den Prozess, das die Andenylylzyklase hemmt.

07:22 Wir greifen uns also dieses Enzym, da es davon abhält, zyklisches AMP zu produzieren. So das wir eine Entspannung dieser Muskelzellen haben. Also, kann ein Signalmolekül also unterschiedliche Wirkungen in verschiedenen Zellen haben oder es können mehrere Signalmoleküle die gleiche Wirkung in derselben Zelle haben.

07:42 Dies System der Zellkommunikation und der Kontrolle der Zellfunktionen ist ein sehr vielschichtiges System.