GPCRs Medizin lernen mit den Eselsbrücken von Meditricks.de

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Hier eine Vorschau,
wie wir dieses Thema behandeln und wie unsere Eselsbrücken aussehen:

GPCRs Medizin lernen mit den Eselsbrücken von Meditricks.de

GPCRs

Inhaltliche Einleitung
Die Informations-Übermittlung zwischen den Zellen unseres Körpers ist auf verschiedene Wege möglich. Einer davon ist die Bildung von Botenstoffen (Hormone, Transmitter), welche die Information von der Senderzelle an spezifische Rezeptoren der Zielzelle übermitteln. Die Bindung des Botenstoffes an seinen Rezeptor löst eine Kette von biochemischen Prozessen in der Zellmembran und auch im Zellinneren aus. Die Signalinformation des extrazellulären Botenstoffes wird über den Rezeptor also in ein intrazelluläres Signal umgewandelt - in Form einer metabolischen bzw. physiologischen Reaktion der Zielzelle. Dieser wichtige Prozess wird Signaltransduktion genannt. Diese ist essentiell dafür, dass der Körper in der Lage ist, auf Veränderungen von Umweltbedingungen mit einer gezielten Umstellungen des Stoffwechsels oder der Genexpression in einzelnen Zellen bzw. Organen zu reagieren. An der Signaltransduktion sind verschiedene Rezeptoren, Proteine, Enzyme und Botenstoffe beteiligt, deren Funktionen und Wirkungsweisen wichtig zum Verständnis vieler physiologischer Prozesse sind. G-protein coupled receptors (GPCRs) stellen mit Hunderten bekannten Genen die größte Rezeptorgruppe dar.

Basiswissen

  • GPCR Membranrezeptoren mit extrazellulärer Bindestelle für Liganden

    Fligandenangriff: Geh-Proid-Zepter-Wachtürme in Membran-Mauer warnen Bewohner der Stoffwechselstadt

    Die Stoffwechselstadt wird von fliegenden Liganden (a.k.a. Fliganden) angegriffen. An der Membran-Stadtmauer sind Zeptertürme gebaut worden, um die Stadt vor diesen Angriffen zu warnen: Die größte Familie der Membranrezeptoren bilden die G-Protein gekoppelten Rezeptoren (engl. G-protein-coupled-receptors = GPCRs), hier die Wachtürmen mit den Zeptern (Rezeptoren). Viele verschiedene Signalstoffe binden als Ligand an diese universellen Rezeptoren, um ihren gewünschten Effekt in der Zielzelle zu erzielen – hier bleiben auch Fliganden an den Zeptern der Wachtürme hängen. Ihre Wächter warnen daraufhin die Bewohner in der Stadt (im Zellinneren). Liganden können Hormone (z.B. Adrenalin), Neurotransmitter (z. B. Acetylcholin), Cytokine, aber auch Sinnesreize (z.B. Licht) sein. Hier im Meditrick gehen wir exemplarisch auf die Katecholamine und auf Acetylcholin ein.

  • GPCR: 7 transmembranäre Helices mit intrazellulärer Domäne (Bindestelle) für G-Proteine

    Zepter-Wachtürme haben 7 Pfeiler und Dom für Geh-Proide innerhalb der Stadtmauer

    GPCRs bestehen aus 7 Transmembranhelices (“heptahelical”), d.h. die 7 Proteinketten durchspannen schleifenförmig die Zellmembran und sind untereinander verbunden: hier sind die Wachtürme teil der Membranstadtmauer. Auf der zytosolischen Seite besitzen die Rezeptoren eine Domäne, an welche die G-Proteine binden – hier am Dom der Türme innerhalb der Stadtmauer gezeigt. Der GPCR nimmt extrazellulär also das Signal des Liganden auf und leitet es intrazellulär an das heterotrimere (also aus drei unterschiedlichen Untereinheiten bestehendes) G-Protein.

  • Ligandenbindung → Konformationsänderung des GPCR → Bindung G-Protein (hauptsächlich 3)

    Fliganden-Angriff → Konfirmanden öffnen Domluke schalten Geh-Proide an

    Bindet ein extrazelluläres Signalmolekül an den GPCR, ändert sich seine Konformation und das G-Protein kann intrazellulär an den Rezeptor binden: hier ist das Signal der Zepter-Türme an den Dom der Konfirmanden weitergeleitet worden. Panisch öffnen sie ihre Dom-Luken, um die Geh-Proide zu warnen (Konformationsänderung). Es gibt drei G-Proteine, die du kennen musst, weil sie wichtig für unseren Stoffwechsel sind.

  • G-Proteine sind heterotrimer: α- und βγ-Untereinheit

    Geh-Proid gehen mit α-Hund Gassi

    Die G-Proteine sind in die Membran eingelagerte Proteine, die aus 3 verschiedenen Untereinheiten bestehen (“heterotrimer”): einer α- (Gα) , β- (Gβ) und γ- (Gγ) Untereinheit. Die G-Proteine sind hier an den Geh-Proiden gezeigt, die mit ihrem α-Hund Gassi “gehen” und die Stadtmauer bewachen. G-Proteine haben drei Teile: der α-Hund steht für die α-Untereinheit und der zweifarbige Körper des Geh-Proids steht für die Beta-Gamma-Untereinheit, die sich nicht trennen. Die α- und γ-Untereinheit sind jeweils über einen Lipidanker in der Membran verankert. Hier laufen Geh-Proid und der α-Hund beide an der Stadtmauer. SEHR WICHTIG: Du musst im Kopf den GPCR vom G-Protein klar trennen, um dieses Thema gut zu verstehen!

  • 3 wichtige G-Protein-Klassen: Gs, Gi und Gq

    3 Geh-Proide: Essender Geh-Proid, Inhibierter Geh-Proid und Kuh-Geh-Proid

    Die Gα-Untereinheit kann in verschiedenen Isoformen vorliegen. Das bestimmt auch die Klasse des G-Proteins. Je nach Klasse des G-Proteins werden unterschiedliche Signalkaskaden aktiviert. 
Die drei wichtigsten G-Proteine sind: Gs (s für stimulierend), Gi (i für inhibierend) und Gq (q ist rein zufällig gewählt). Diese drei G-Proteinklassen siehst du an den drei unterschiedlichen Geh-Proiden bzw. α-Wachhunden: einer isst gerade für G(es)s-Protein. Die Beine des zweiten Geh-Proids und α-Wachhundes sind ganz verknotet und inhibiert für das Gi-Protein. Und zuletzt steht die Geh-Proid-Kuh für das Gq-Protein.

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Expertenwissen

  • GPCR sind metabotrope Rezeptoren

    Angriff auf Stoffwechselstadt – Konfirmanden mit Meterbrot

    Die GPCRs sind metabotrope Membranrezeptoren, die an eine Signalkaskade gekoppelt sind. Metabotrop bedeutet, dass sie „auf metabolische Vorgänge einwirken”. Der Angriff auf die Stoffwechselstadt soll das Metabotrope aufgreifen. Außerdem halten die Konfirmanden je ein Meterbrot in ihrer Hand, was ebenfalls für metabotrop steht. Die Liganden binden also an die GPCR, die dieses Signal intrazellulär an Second Messenger weitergeben, die dann wiederum den Metabolismus der Zelle beeinflussen. Welches G-Protein aktiviert und welche Signalkaskade losgetreten wird, ist abhängig vom jeweiligen Rezeptor und Liganden.

  • Gα besitzt intrinsische GTPase-Aktivität

    α-Wachhunde haben Hasen-Ohren

    Seine Wirkung kann das G-Protein beenden, indem es durch eine intrinsische GTPase-Aktivität der Gα-Untereinheit das gebundene GTP zu GDP und Phosphat spaltet und sich somit selbst inaktiviert. Die α-Wachhunde haben Hasenohren als kleine Merkhilfe für die GTPase-Aktivität. Nun kann sich die α-Untereinheit wieder mit dem β- und γ-Komplex verbinden und der Zyklus kann von Neuem ablaufen.

  • Unterschiedliche Liganden – gleiche Signalkaskade

    Unterschiedliche Fliganden lösen gleichen Alarm aus

    Natürlich kommen die GPCRs an sehr vielen unterschiedlichen Stellen im Körper vor und werden von ganz unterschiedlichen Liganden aktiviert. Die durch die verschiedenen G-Proteine induzierten Signalkaskaden laufen aber immer nach demselben Schema ab und setzen dieselbe Signalkaskade in Gange! Wenn man also einmal verstanden hat, in welcher Endstrecke die Aktivierung der G-Proteine endet, kann man das Prinzip auf die anderen Systeme übertragen. Merk dir das daran, dass hier jeweils unterschiedliche Fliganden auf den gleichen Wachturm fliegen.

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