세포막 수용체 중에서 GPCR의 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 친수성 신호 분자의 경우에는 세포막에 존재하는 GPCR이라고 하는 수용체 결합하여서 신호 전달이 일어난다고 하는데 어떠한 방식으로 내부로 신호를 전달할 수 있는지 궁금합니다.
안녕하세요.
네, 말씀해주신 것처럼 신호 전달과정에서 쓰이는 수용체 중에 세포막에 존재하는 대다수의 수용체는 GPCR인데요, 세포막 수용체 중에서 GPCR(G-protein coupled receptor, G 단백질 연결 수용체)는 세포 신호 전달에서 굉장히 중요한 역할을 하는 단백질입니다. GPCR은 세포막을 7번 관통(7-transmembrane helix)하는 막 단백질이며, 세포막 바깥쪽에는 리간드(신호 분자) 결합 부위, 세포 안쪽에는 G 단백질과 상호작용하는 부분이 있고, GPCR에 연결되는 G 단백질은 α, β, γ 세 소단위체로 구성됩니다. 아드레날린, 세로토닌 같은 친수성 신호 분자가 GPCR의 세포 외부 도메인에 결합하면, GPCR의 구조가 변하면서 세포 내쪽 도메인(꼬리 부분)도 변하는데요, G 단백질(αβγ 삼량체)이 GPCR에 결합하는데요, 원래 α 소단위에는 GDP가 결합되어 비활성 상태입니다. 이후 GPCR이 리간드에 의해 활성화되면 GDP가 GTP로 교환되면서 α 소단위가 활성화되며, GTP 결합된 α 소단위는 βγ 소단위와 분리되어 효과기 단백질(effectors)에 결합합니다. 이로 인하여 효과기 단백질이 작동하면 세포 내부에 cAMP, IP₃, DAG, Ca²⁺ 같은 이차 신호 분자가 만들어지며, α 소단위의 GTP가 곧 GDP로 가수분해되어 원래 상태로 복귀하게 됩니다. 감사합니다.
1명 평가안녕하세요. 이상현 전문가입니다.
GPCR(유도체 G단백질 결합 수용체)는 세포막에 위치해서 외부 친수성 신호분자를 인식하고,
수용체 구조 변화가 G 단백질을 활성화 시키는 방식으로 신호를 내부로 전달한다고합니다.이렇게 활성화된 G단백질은 효소를 조절해서 2차 신호분자를 생성하고,
이를 활용해서 다양한 세포 반응을 유도합니다.
감사합니다.
GPCR(G protein-coupled receptor)은 친수성 신호 분자가 세포막 밖에서 결합하면 내부의 G 단백질을 활성화하여 신호를 전달하는 세포막 수용체입니다. 작동 원리는 리간드라고 불리는 신호 분자가 GPCR에 결합하면 GPCR의 모양이 변형되고, 이로 인해 비활성 상태의 G 단백질과 결합하게 됩니다. 이 과정에서 G 단백질에 있던 GDP가 GTP로 교체되면서 G 단백질이 활성화되고, 활성화된 G 단백질의 서브유닛이 분리되어 하위 신호 전달 물질을 활성화하는 방식으로 세포 내 신호를 전달합니다.
친수성 신호 분자가 GPCR(G-단백질 연결 수용체)을 통해 세포 내부로 신호를 전달하는 과정은 일종의 2차 신호 전달 체계를 거치기 때문에 가능한 것입니다.
친수성 분자는 지질 이중층인 세포막을 직접 통과할 수 없으므로, 세포막에 위치한 GPCR이라는 수용체에 결합하여 세포 내 신호 전달을 개시하는데, 이 과정은 크게 세 단계로 이루어집니다.
먼저, 세포막 외부에 있는 친수성 신호 분자가 세포막에 박혀 있는 GPCR의 특정 부위에 결합합니다. 이 결합은 GPCR의 구조에 입체적 변화를 일으켜, 세포막 내부에 위치한 G-단백질과의 상호작용을 가능하게 합니다.
그리고 GPCR이 활성화되면, 이전에 비활성 상태였던 G-단백질에 접근하여 G-단백질의 알파 소단위에 결합되어 있던 GDP를 GTP로 교환하도록 촉진합니다. G-단백질은 세 개의 소단위로 구성된 삼량체인데, GTP가 결합되면 알파 소단위가 베타감마 복합체로부터 떨어져 나가면서 G-단백질이 활성화되죠.
활성화된 G-단백질의 알파 소단위는 세포 내에서 2차 신호 전달자를 생성하거나 활성화하는 효소에 결합합니다. 반대로 Gi단백질은 아데닐산 고리화효소를 억제합니다. 이렇게 만들어진 2차 신호 전달자들은 세포 내에서 확산되어 하위 신호 전달 경로를 활성화하며, 최종적으로 세포의 반응을 유도하는 것입니다.