コア コンセプト
この記事では、G タンパク質共役受容体、G タンパク質の構造、G タンパク質シグナル伝達の基本的なメカニズム、および G タンパク質シグナル伝達経路のいくつかの例について学びます。
G タンパク質共役受容体シグナル伝達
G タンパク質シグナル伝達経路は、生物の細胞が互いに通信する一般的な方法です。細胞間のメッセージは化学物質の形で届き、ソース細胞から放出され、ターゲット細胞の膜上の受容体に結合します。
G タンパク質シグナル伝達では、化学シグナルが受容体に結合した後、その受容体が G タンパク質と呼ばれる構造を活性化します。次に、これらの G タンパク質は、別の膜タンパク質と相互作用することによってメッセージを伝えます。次に、このタンパク質は二次メッセンジャー分子を放出し、メッセージをさらに運び、細胞の応答を開始します。
G タンパク質共役受容体シグナル伝達コンポーネント
G タンパク質シグナル伝達経路には、3 つの基本的なタンパク質成分があります:
- Gタンパク質共役受容体
- Gプロテイン
- 膜酵素
Gタンパク質共役受容体タンパク質は、細胞の内側と外側の両方に接触する部分で、原形質膜全体を横切ります。受容体の細胞内部分は G タンパク質と結合し、それ自体が細胞内部のリン脂質に固定されます。
非アクティブな場合、G タンパク質は、ATP に似たエネルギー貯蔵分子であるグアノシン二リン酸 (GDP) に結合します。ただし、GDP は、GDP を置き換えて G タンパク質を活性化するグアノシン三リン酸 (GTP) と比較して、比較的エネルギーが不足しています。したがって、G タンパク質の「G」は、GDP と GTP の間のこの重要な相互作用を指します。
この経路に関与する膜酵素は、受容体と G タンパク質の近くにあります。重要なことに、この酵素は、化学メッセージを前進させる二次メッセンジャー分子の生成を触媒します。
G タンパク質の構造
G タンパク質シグナル伝達は、多種多様な種で多数の機能に使用されているため、G タンパク質の構造はかなり異なります。ただし、各 G タンパク質は三量体を形成します。つまり、3 つのポリペプチド サブユニット (アルファ、ベータ、ガンマ サブユニット) を持っています。異なる遺伝子が各サブユニットをコードし、ポリペプチドはタンパク質の折り畳み中にのみ互いに接続されます。
他のほとんどのタンパク質と同様に、各 G タンパク質サブユニットには異なる機能と活性があります。 α サブユニットは GDP と GTP に結合し、G タンパク質の活性化を担っています。対照的に、ベータおよびガンマ サブユニットは分子のリン脂質アンカーに結合し、活性化には何の役割も果たしません。興味深いことに、代謝および神経シグナル伝達における一部の G タンパク質シグナル伝達経路には、ベータ サブユニットおよびガンマ サブユニットからのアルファ サブユニットの分離が関与しています。次に、2 つの別々のタンパク質片が両方とも、セカンダリ メッセンジャーを別々に生成する酵素を活性化します。
G タンパク質共役受容体シグナル伝達の概要
G タンパク質シグナル伝達は、各タンパク質成分間で化学シグナルを伝達する単純な手順に従います。
まず、細胞外からの化学シグナルが受容体に結合します。これにより、受容体のタンパク質構造が変化し、GTP が G タンパク質アルファ サブユニットの GDP に置き換わります。その結果、GTP の結合は、受容体から放出される G タンパク質を活性化します。
第二に、G タンパク質のリン脂質アンカーは細胞膜内を自由に拡散します。最終的に、活性化された G タンパク質は近くにある細胞酵素に結合します。
第三に、G タンパク質の結合により、酵素がセカンダリ メッセンジャー分子を生成します。最後に、これらの分子は元の化学シグナルを伝達し、最終的に目的の細胞応答を引き起こします。
G タンパク質共役受容体シグナル伝達の例
G タンパク質シグナル伝達経路は細胞通信の重要な部分であり、この経路はヒトのさまざまな身体系に存在します。実際、多くの研究者は、すべての医薬品の 3 分の 1 がこの経路を標的にして、特定の生物学的効果を誘導または遮断していると推定しています。
人体における G タンパク質シグナル伝達経路の例をいくつか見てみましょう:
- 生殖の発達
- 黄体形成ホルモン (LH) および卵胞刺激ホルモン (FSH) は、G タンパク質共役受容体を活性化することにより、ヒトの生殖器系の発達を知らせます。これらの経路は、二次メッセンジャーとして環状アデノシン一リン酸 (cAMP) を使用します。
- カルシウム規制
- 副甲状腺ホルモン (PTH) とカルシトニンは、G タンパク質シグナル伝達を介して骨組織細胞と相互作用します。具体的には、PTH は骨から血流へのカルシウムの分解と放出を知らせ、カルシトニンはカルシウムの取り込みを知らせます。これらの経路は、二次メッセンジャーとしても cAMP を利用します。
- におい（嗅覚）
- 匂い分子は、G タンパク質シグナル伝達を通じて嗅覚ニューロンを活性化します。これは、生物が匂いを嗅ぐ方法です。これらの経路は、二次メッセンジャーとしても cAMP を利用します。
- 血圧調節
- バソプレシン (抗利尿ホルモンまたは ADH としても知られています) は、G タンパク質シグナル伝達を介して血管内の細胞を収縮させ、血圧を上昇させます。この経路は、二次メッセンジャーとしてイノシトール三リン酸 (IP3) とジアシルグリセロール (DAG) を使用します。
- 心拍数の調整
- アセチルコリンは、心臓の G 共役受容体タンパク質と相互作用することにより、心拍数を低下させます。この経路には、G タンパク質のベータ サブユニットとガンマ サブユニットから分離されたアルファ サブユニットが関与し、セカンダリ メッセンジャーを生成する酵素を独立して活性化します。
