Gタンパク質共役受容体はどのように機能しますか|生き物

G タンパク質共役受容体 (GPCR ) は、真核生物の膜受容体の最も多様なグループです。 GPCR の主な機能は、細胞外の光エネルギーや栄養素を検出し、細胞内のシグナル伝達経路を活性化することです。最終的に、GPCR は細胞応答を引き起こします。 GPCR に結合するアゴニスト (受容体に結合して、受容体を活性化することにより細胞応答を生成する化学物質) は、ホルモン、神経伝達物質、または匂いやフェロモンなどの外部刺激である可能性があります。 アゴニストに結合すると、GPCR は関連する G タンパク質を活性化し、特定の細胞メカニズムを開始します .

対象となる主な分野

1. Gタンパク質共役受容体とは
– 定義、構造、役割
2. G タンパク質共役受容体のしくみ
– G タンパク質活性化のメカニズム

重要な用語:エフェクター酵素、G タンパク質、GDP (グアノシン二リン酸)、G タンパク質共役受容体 (GPCR)、GTP (グアノシン三リン酸)、セカンドメッセンジャー

G タンパク質共役受容体とは

G タンパク質共役受容体 (GPCR) は、真核生物の膜タンパク質の最大のクラスであり、ホルモン、神経伝達物質、および環境刺激物質の生理学的反応のほとんどを媒介します。また、視覚、嗅覚、味覚にも関与しています。 GPCR の重要な特徴の 1 つは、7 つの膜貫通型 α ヘリックスの存在です。代替の細胞内および細胞外ループ領域によって相互接続されています。ヒト GPCR を 図 1 に示します .

図 1:GPCR

GPCR の主な役割は、受容体へのアゴニストの結合時にヘテロ三量体 G タンパク質を活性化することです。

G タンパク質共役受容体の仕組み

GPCR は、細胞膜にある受容体の一種です。アゴニストが GPCR に結合すると、一連の反応が起こり、細胞応答が引き起こされます。 GPCR の活性化による細胞応答のトリガーに含まれる手順を以下に説明します。

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G タンパク質共役受容体がアゴニストに結合していない場合、不活性のままです。 Gタンパク質も細胞膜上で不活性のままです。 Gタンパク質の3つのサブユニットは、Gsα、Gβ、およびGγです。 G タンパク質の不活性状態には、Gsα ドメインに結合した GDP が含まれています。

ホルモンや神経伝達物質などのリガンド/アゴニストが結合すると、GPCR は構造変化を起こし、その GEF ドメインを活性化します。 GPCR の立体構造の変化により、G タンパク質が GEF ドメインに結合できるようになります。 Gタンパク質のGDPは、GEFドメインの作用によりGTPに置き換えられ、Gタンパク質が活性化されます。 GEF ドメインは単量体 GTPase を活性化して、GDP を GTP から置き換えます。

活性化されると、Gsα ドメインは GPCR-G タンパク質複合体から解離し、細胞膜上のエフェクター酵素に結合して活性化します。 活性化されたエフェクター酵素は、アデニル酸シクラーゼ、ホスホリパーゼ C などです。cAMP、イノシトール 1,4,5-三リン酸、1,2-ジアシルグリセロールなどのセカンドメッセンジャーを生成します。これらのセカンドメッセンジャーは、サイトゾル内のさまざまな種類のタンパク質を活性化します。特定の細胞応答を生成します。セカンドメッセンジャーは、特定の細胞メカニズムを活性化する細胞内シグナル伝達カスケードの開始コンポーネントです。

Gsα ドメインでの GTP の GDP への加水分解は、エフェクター酵素から解離し、酵素を不活性化します。

GPCR の作用機序は 図 2 に示されています .

図 2:GPCR の作用メカニズム

結論

G タンパク質共役受容体は、真核生物の細胞膜に最も多く存在するタイプの受容体です。ホルモン、神経伝達物質、外部刺激などのアゴニストの結合による活性化により、細胞機能を仲介します。 GPCRの活性化は、細胞膜上のGタンパク質の活性化につながります。活性化された G タンパク質は、細胞膜上のエフェクター酵素に結合して、サイトゾルで細胞応答を引き起こすセカンドメッセンジャーを生成します。

参照:

1.「GPCR」。 ネイチャーニュース 、Nature Publishing Group、こちらから入手できます。

画像提供:

1.「ベータ-2-アドレナリン受容体」オパビニア・レガリス著 - Commons Wikimedia経由の自作(CC BY-SA 3.0)
2. Tpirojsi著「Gタンパク質」 - Commons Wikimedia経由の自作(パブリックドメイン) /P>