9.4--9.5: GPCRs and Receptor Kinases

GPCRs and Receptor Kinases in Cell Signaling

G-Protein Coupled Receptors (GPCRs)

  • Definition:

    • GPCRs (G-protein coupled receptors) are a large family of receptors that Chúng phát hiện các phân tử bên ngoài (ligands như hormone, neurotransmitter, v.v.) và kích hoạt các đường truyền tín hiệu nội bào.

  • Structure:

    • Composed of 7 transmembrane regions—vùng xuyên màng

    • Intracellularly associates with a G protein.

    • Protein G là phức hợp 3 phần:

      • α (alpha)

      • β (beta)

      • γ (gamma)

G Protein Dynamics:

Trạng thái

Gắn với

Hoạt động

Inactive (tắt)

GDP

Không hoạt động

Active (bật)

GTP

Đang hoạt động

Activation of GPCRs

  • Mechanism:

    • Ligand—phân tử tín hiệu—gắn vào GPCR, which changes the bound G protein by replacing GDP with GTP—> kích hoạt G protein

    • α subunit tách khỏi βγ subunit → tương tác với protein mục tiêu (target proteins).

    • Kết quả: đáp ứng tế bào (cellular response).

    • Tức là: G protein = α + (βγ)

  • Diagrammatic Representation:

    • When the α subunit is bound to GDP—>G protein is inactive.

    • Once activated by GPCR, the α subunit binds GTP, leading to its activation.

Amplification via Second Messengers—quá trình khuếch tán tín hiệu — quá trình sau khi G-protein activate

  • Amplification Process:

  • 1 GPCR → kích hoạt nhiều G protein.

  • Mỗi G protein → kích hoạt adenylyl cyclase—enzyme + active site—

  • Adenylyl cyclase chuyển ATP → cAMP (cyclic AMP).

  • cAMP kích hoạt Protein Kinase A (PKA).

  • PKA phosphoryl hoá nhiều protein mục tiêu → gây ra phản ứng sinh học (như tăng nhịp tim).

  • Response

  • Negative Feedback: sau khi phản ứng hoàn tất, các enzyme phosphatase sẽ tắt tín hiệu để tránh tế bào bị kích thích quá mức.

Kinases and Phosphatases

  • Functions:

Enzyme

Chức năng

Kết quả

Kinase

Thêm nhóm phosphate (PO₄³⁻) vào phân tử

Thường kích hoạt protein

Phosphatase

Gỡ nhóm phosphate

Thường vô hiệu hoá protein

➜ Hai loại enzyme này hoạt động đối nghịch nhau, giúp điều chỉnh linh hoạt quá trình truyền tín hiệu

  • Phosphatase activity is often associated with the termination of signal transduction.

Receptor Kinases

  • Definition:

    • Receptor kinases are proteins that function both as receptors and as kinases.

  • Activation Mechanism:

  • Ligand gắn vào phần ngoài tế bào

  • Hai receptor ghép đôi lại (dimerization) → tạo thành dimer.

  • Quá trình dimer kích hoạt enzyme kinase bên trong.

  • Receptor phosphoryl hoá chính nó (autophosphorylation).

  • Tín hiệu được truyền sâu vào tế bào.

    • Key Terms:

    • Dimer: Refers to two subunits.

    • Dimerize: The process of two subunits uniting.

  • Signal Transduction Characteristics

  • Kéo dài lâu hơn so với GPCR (vì tác động đến biểu hiện gen, không chỉ là phản ứng nhanh).

  • Có thể dẫn đến thay đổi gene expression → ảnh hưởng dài hạn như phát triển tế bào, phân chia, biệt hoá,...

  • Role Similarity:

    • Receptor kinases may sometimes activate G proteins, similar to GPCRs