קולטן המצומד לחלבון G

שבעת סלילי האלפא חוצי הממברנה, שמאפיינים את המבנה של קולטן המצומד לחלבון G

קולטנים מצומדים לחלבון G הם קולטנים השייכים למשפחת חלבונים טרנסממברנליים (חלבונים עבר-ממברנליים) גדולה, המגורים על ידי מולקולות מחוץ לתא. הגירוי גורם לשרשרת תגובות כימיות בתוך התא שמופעלות על ידי הקולטן. בסופו של דבר, התהליך גורם לתגובה תאית הקרויה מסלול מעבר אותות.

קולטנים המצומדים לחלבון G נמצאים אך ורק בתאים אאוקריוטים, הכוללים שמרים, צמחים ובעלי חיים. הליגנדים הנקשרים לקולטנים ומפעילים אותם יכולים להיות מרכיבים רגישים לאור, ריחות, פרומונים, הורמונים, נוירוטרנסמיטרים וכו'. הליגנדים יכולים להיות שונים בגודלם – ממולקולות קטנות מאוד ועד פוליפפטידים גדולים. קולטנים המצומדים לחלבון G הם מטרה של תרופות מודרניות רבות בשל מעורבותם במחלות רבות.

קולטנים מסוג זה, כאשר הם מפעילים תעלות יונים, מכונים גם קולטנים מטאבוטרופיים, בהנגדה לקולטנים יונוטרופיים, שהם תעלות יונים המופעלות ישירות על ידי קולטנים. קיימות שתי קבוצות עיקריות של מסלולים בהם קולטנים מצומדים לחלבון G קשורים, מסלול העברת האותות מ-cAMP ומסלול העברת האותות של פוספטידילינוזיטול (Phosphatidylinositol).

סיווג

קיימות חמש קבוצות בסיסיות של קולטנים המצומדים לחלבון G:

1. קבוצה A – קולטנים דמויי רודופסין. הגדולה שבקבוצות. קבוצה זו מתאפיינת ברצפים שמורים וכן מבנה דומה.
2. קבוצה B – משפחת קולטני סקרטין.
3. קבוצה C – קולטני גלוטמט מטבוטרופי/פרומונים.
4. קבוצה D – קולטני cAMP‏.
5. קבוצה E

תפקידים פזיולוגיים

דוגמאות לתהליכים פיזיולוגיים שקולטנים המצומדים לחלבון G לוקחים בהם חלק:

1. חוש ראייה: אופסינים משתמשים בתגובת פוטואיזומריזציה על מנת לתרגם רדיאציה אלקטרומגנטית לסיגנלים תאיים.
2. חוש הריח: קולטנים של אפיתל ההרחה קושרים אודורנטים ופרומונים.
3. בקרת התנהגות ומצב הרוח: קולטני מוח של היונקים קושרים מספר נוירוטרנסמיטרים שונים, ביניהם: סרוטונין, דופמין וגלוטומט.
4. בקרה על פעילות המערכת החיסונית: קולטני כימוקין קושרים ליגנדים שמסייעים לתקשורת בין התאים של המערכת החיסונית.
5. בקרת מערכת העצבים האוטונומית: שתי מערכות העצבים – סימפתטית ופאראסימפתטית מבוקרות על ידי מסלולי קולטנים המצומדים לחלבון G שאחראים על הרבה מהתהליכים האוטומטיים בגוף, כמו לחץ הדם, דופק הלב ותהליכי עיכול.

מבנה הקולטן

קולטן המצומד לחלבון G הוא חלבון ממברנה אינטגרלי החוצה את הממברנה שבע פעמים (7TM). החלק החוץ תאי של החלבון יכול לעבור גליקוזילציה (הוספת קבוצת סוכר). האזור החוץ תאי מכילים גם שני שיירי של ציסטאין שמורים אשר מייצבים קשר דו-גופריתי שמחזק את מבנה הקולטן.
מצדו התוך תאי קשור לקולטן קומפלקס הטרוטרימרי של חלבוני G.

מנגנון

מחזור פעילות של חלבוני G. בתכלת: קולטן מצומד לחלבון G.

הקולטן נמצא בשיווי משקל בין שני מצבים ביופיזיים: פעיל ולא פעיל. קשירת הלינגנד לקולטן יכול להטות את שיווי המשקל. כאשר נקשר הליגנד, שהוא אות חיצוני, לקולטן המצומד לחלבון G, הוא גורם לשינוי קונפורמציה בו. שינוי זה מאפשר קישור לחלבון G ומפעיל אותו. נוצר שינוי מבני בחלבון ה-G, וכך משוחררת מולקולת GDP, ומתפנה אתר הקישור למולקולת GTP. החלבון G מגביר את האות על ידי שינוי הפעילות של חלבונים תאיים אחרים. סוג החלבונים שיושפע תלוי בסוג חלבון G שהקולטן משפעל.

כאשר יש גירוי ארוך על ידי ליגנדים, הקולטן המצומד לחלבון G עובר השתקה (inactivation). הפעולה נעשית באמצעות קישור של חלבון GRK, אשר מזרחן, תוך פירוק מולקולות ATP את הקולטן. בשלב זה, הקולטן קושר באפיניות גבוהה חלבון ארסטין (arrestin), אשר מפריע באופן ישיר על קישור לחלבון G.

בקרת הקולטן

קולטן המצומד לחלבון G הופך להיות פחות רגיש לגירוי הליגנד כאשר הוא חשוף אליו במשך זמן רב (תהליך הקרוי דהסנסיטיזציה). ישנם שני סוגים של דהסנסיטיזציה: הומולוגית – כאשר קולטן המצומד לחלבון G אקטיבי מוריד פעילות, והטרולוגית – כאשר קולטן המצומד לחלבון G אקטיבי מוריד פעילות של קולטן המצומד לחלבון G אחר. דהסנטיזציה מתרחשת באמצעות זרחון של קולטן ציטופלסמטי על ידי פרוטאין קינאז.

אוליגומריזציה של קולטנים

ידוע כי קולטנים המצומדים לחלבון G יכולים ליצור הומודימרים ו/או הטרודימרים וייתכן אף צורות אוליגומריות מורכבות יותר. אכן, הטרודימריזציה הוכחה כחיונית לפעילות של קולטנים כגון קולטני GABA מטבוטרופיים.

פרס נובל

פרס נובל בכימיה לשנת 2012 הוענק לשני חוקרים, על גילוי הקולטנים המצומדים לחלבוני G, רוברט לפקוביץ' ובריאן קובילקה.

קישורים חיצוניים

• ‫אבי בליזובסקי, ‏זריקת אדרנלין למדע: שני חוקרים בתחום התקשורת הבין תאית זכו בפרס נובל לכימיה לשנת 2012, אתר הידען, 10 באוקטובר 2012‬
• ‫דר. משה נחמני, ‏איך התא חש את סביבתו?, אתר הידען, 10 באוקטובר 2012‬
• דוידסון אונליין - מאגר מדע: מירוץ השליחים של חלבוני ה-G סרטון עם הסברים על מסלול העברת האותות של חלבוני G.
• Daniel M. Rosenbaum, Søren G. F. Rasmussen & Brian K. Kobilka The structure and function of G-protein-coupled receptors, Nature, מאי 2009.