异源三体G蛋白研究
G蛋白在信号转导中的作用
G蛋白在信号转导中的作用摘要：G蛋白是一种特殊的调节蛋白，它们都具有GTP结合位点，且活性受GTP的调节。
G蛋白以其特定的方式偶联许多膜受体及其效应器，其中包括腺苷酸环化酶，cGMP磷酸二酯酶（PDE），离子通道以及磷脂肌醇特异的磷脂酶C（PLC）等，是跨膜信息传递机制中的一个关键因素。
G蛋白也称GTP酶开关蛋白，属于GTP酶超大家族中的特殊亚型，可通过结合或水解GTP进行活性控制，是一类广泛分布在细胞中，并在许多生物学过程中执行重要功能的一类蛋白。
G蛋白介导的信号转导系统是细胞中最常见的信号传递方式，G蛋白参与了G蛋白偶联受体所介导的信号转导途径和酶联受体信号传导途径，在信号转导中发挥的重要的作用。
关键词：G蛋白，信号转导，G蛋白偶联受体G蛋白的种类和基本结构：G蛋白是一类能与鸟嘌呤核苷酸结合、具有GTP酶(GTPase)活性的蛋白。
G蛋白位于质膜胞质侧，是一个超级家族，包括异源三聚体G蛋白(heterotrimeric G protein ) 或称大G蛋白和小G蛋白( Small G protein)。
异源三聚G蛋白( heterotrmieric GTP binding protein )，由α，β，γ三个亚基组成。
它变动于它的GDP形式(对环化酶无活性)及它的GTP 形式(有活性) 之间。
根据不同的a亚基的功能特性可将大G蛋白分为四类：(1) Gs：其活性能被霍乱毒素抑制；(2) Gi：对腺苷酸环化酶有抑制效应；(3) Gq：百日咳毒素和霍乱毒素不能调节其活性；(4) G12：活化需通过血栓素和凝酶素的介导。
目前已经确定了23种Gα，5种Gβ，10种Gγ，这样体内就有上千种G蛋白三聚体组合的可能性，这无疑增加了信号转导的可变性和灵活性。
小分子G蛋白，它们的激活不是直接通过与激动型的G蛋白偶联受体相互作用而调节其活性，而是通过鸟嘌呤核苷交换因子（GEF）来控制这类小分子G蛋白的GTP交换，由GEF催化这类小分子单聚体G蛋白的无活性GDP结合状态向有活性的GTP结合状态转换。
g蛋白质的生物合成
03
G蛋白质的活性调节
G蛋白质的激活机制
01
配体结合
G蛋白通过与相应的配体结合，触发构象变化，暴露出与下游效应器结
合的位点，从而激活G蛋白。
02
GDP/GTP交换
在G蛋白的激活过程中，GDP会从G蛋白的GDP结合位点上被GTP取代，
促使G蛋白从失活状态转变为激活状态。
03
异构调节
某些G蛋白复合物中的调节亚基可以影响G蛋白的活性，通过改变G蛋
针对G蛋白质的治疗策略在心血管疾病治疗中具有潜在的应用价值，为心 血管疾病的治疗提供了新的思路。
G蛋白质与其他疾病的关系
G蛋白质的异常表达还与神经退行性疾病、代谢性疾病、免疫系统疾病等多种疾病的发生和发展密切相 关。
G蛋白质的信号转导通路在多种疾病中发挥重要作用，深入研究G蛋白质的功能和调控机制有助于深入 了解这些疾病的发生和发展机制。
04
G蛋白质在生物体内的生理作用
G蛋白质在信号转导中的作用
信号转导是指细胞对外界刺激做出反应的过程，G蛋白质作 为信号转导中的重要分子，能够感知外界刺激并将信号传递 给下游效应分子，进而调控细胞功能。
G蛋白质通过与受体结合，将信号传递给下游的效应分子， 如腺苷酸环化酶、磷脂酶C等，进而影响细胞内的信号转导途 径，如cAMP、磷脂酶C等。
虚拟筛选
02
利用计算机模拟技术，在庞大的化合物库中筛选出与G蛋白质结
合力较强的候选药物。
亲和力筛选
03
通过实验手段，筛选出与G蛋白质具有较高亲和力的候选药物。
THANKS
感谢观看
02
G蛋白质的生物合成过程
G蛋白质的基因表达
转录
DNA上的G蛋白质编码基因经过 转录酶的作用，将遗传信息转录 到mRNA上。
过量表达异三聚体G_蛋白γ_亚基基因RGG2_提高水稻抗旱性
中国水稻科学(Chin J Rice Sci), 2024, 38(3): 246－255 246 DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.230907过量表达异三聚体G蛋白γ亚基基因RGG2提高水稻抗旱性缪军1, 2冉金晖1徐梦彬1, 3卜柳冰1王平1梁国华1, 2, *周勇1, 2, *(1扬州大学农学院江苏省作物基因组学和分子育种重点实验室/植物功能基因组学教育部重点实验室/江苏省作物遗传生理重点实验室, 江苏扬州225009; 2扬州大学江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心, 江苏扬州 225009; 3江苏省农垦农业发展股份有限公司现代农业研究院, 南京211800; *通信联系人,email:**************.cn;****************.cn)Overexpression of RGG2, a Heterotrimeric G Protein γ Subunit-Encoding Gene, Improves Drought Tolerance in RiceMIAO Jun1, 2, RAN Jinhui1, XU Mengbin1, 3, BO Liubing1, WANG Ping1, LIANG Guohua1, 2, *, ZHOU Yong1, 2, * (1Jiangsu Key Laboratory of Crop Genomics and Molecular Breeding/Key Laboratory of Plant Functional Genomics of the Ministry of Education/ Jiangsu Key Laboratory of Crop Genetics and Physiology, Agricultural College of Yangzhou University, Yangzhou 225009, China; 2Jiangsu Co-Innovation Center for Modern Production Technology of Grain Crops, Yangzhou University, Yangzhou 225009, China; 3Institute of Modern Agriculture, Jiangsu Provincial Agricultural Reclamation and Development Co., Ltd., Nanjing 211800, China; *Correspondingauthor,email:**************.cn;****************.cn)Abstract:【Objective】To investigate the role of RGG2, a heterotrimeric G protein γsubunit, in improving drought tolerance in rice.【Methods】The interaction between RGG2 and RGB1 was characterized using the yeast two-hybrid system and split luciferase complementation assays. The expression level of RGG2 and seed germination rates of transgenic lines were examined under exogenous ABA treatment conditions to determine whether RGG2 was involved in ABA response. The role of RGG2 in rice drought tolerance was analyzed by comparing the water loss rates of detached leaves and plant survival rates between wild-type and overexpression lines of RGG2 after drought treatment.【Results】RGG2 physically interacts with RGB1. The expression level of RGG2 was significantly induced by ABA, PEG-6000, and drought treatments. Overexpression lines of RGG2 in the backgrounds of Nipponbare and Wuyunjing 7 exhibited significantly lower seed germination and root length than the wild-type under ABA treatment condition, suggesting that RGG2 positively regulates ABA response. Compared with the wild-type, overexpression lines of RGG2 showed lower water loss of detached leaves and a higher survival ratio under drought treatment. After drought treatment, the expression levels of several ABA- and drought stress-related genes in the overexpression lines of RGG2 were higher than that in the wild-type.【Conclusion】RGG2 positively regulates ABA and drought stress responses, and overexpression of RGG2 improves drought tolerance in rice.Key words: rice; heterotrimeric G protein; RGG2; ABA responses; drought stress摘 要：【目的】探究水稻异三聚体G蛋白γ亚基RGG2在提高水稻抗旱性中的作用。
G蛋白在信号转导中的作用
G蛋白在信号转导中的作用摘要：G蛋白是一种特殊的调节蛋白，它们都具有GTP结合位点，且活性受GTP的调节。
G蛋白以其特定的方式偶联许多膜受体及其效应器，其中包括腺苷酸环化酶，cGMP磷酸二酯酶（PDE），离子通道以及磷脂肌醇特异的磷脂酶C（PLC）等，是跨膜信息传递机制中的一个关键因素。
G蛋白也称GTP酶开关蛋白，属于GTP酶超大家族中的特殊亚型，可通过结合或水解GTP进行活性控制，是一类广泛分布在细胞中，并在许多生物学过程中执行重要功能的一类蛋白。
G蛋白介导的信号转导系统是细胞中最常见的信号传递方式，G蛋白参与了G蛋白偶联受体所介导的信号转导途径和酶联受体信号传导途径，在信号转导中发挥的重要的作用。
关键词：G蛋白，信号转导，G蛋白偶联受体G蛋白的种类和基本结构：G蛋白是一类能与鸟嘌呤核苷酸结合、具有GTP酶(GTPase)活性的蛋白。
G蛋白位于质膜胞质侧，是一个超级家族，包括异源三聚体G蛋白(heterotrimeric G protein ) 或称大G蛋白和小G蛋白( Small G protein)。
异源三聚G蛋白( heterotrmieric GTP binding protein )，由α，β，γ三个亚基组成。
它变动于它的GDP形式(对环化酶无活性)及它的GTP 形式(有活性) 之间。
根据不同的a亚基的功能特性可将大G蛋白分为四类：(1) Gs：其活性能被霍乱毒素抑制；(2) Gi：对腺苷酸环化酶有抑制效应；(3) Gq：百日咳毒素和霍乱毒素不能调节其活性；(4) G12：活化需通过血栓素和凝酶素的介导。
目前已经确定了23种Gα，5种Gβ，10种Gγ，这样体内就有上千种G蛋白三聚体组合的可能性，这无疑增加了信号转导的可变性和灵活性。
小分子G蛋白，它们的激活不是直接通过与激动型的G蛋白偶联受体相互作用而调节其活性，而是通过鸟嘌呤核苷交换因子（GEF）来控制这类小分子G蛋白的GTP交换，由GEF催化这类小分子单聚体G蛋白的无活性GDP结合状态向有活性的GTP结合状态转换。
异源蛋白的表达和纯化方法探讨
异源蛋白的表达和纯化方法探讨蛋白质是生命体中最基本的有机物之一，它们参与了生命体所有的基本生化反应和功能。
为了探究蛋白质的结构和功能，科学家们广泛地研究各种蛋白质，并尝试利用现代生物技术手段来大量表达和纯化蛋白质。
但是，在实验室中，有些蛋白质不能够提高其表达的产量，或者在纯化步骤中存在困难。
在这种情况下，科学家们就需要采用一些特殊的表达和纯化方法来获得高纯度的异源蛋白。
1. 异源蛋白的表达异源蛋白是指通过基因克隆技术等途径，将一种外源的蛋白质基因插入到宿主细胞中，利用宿主细胞的生物合成能力来制备此蛋白质。
在异源蛋白表达过程中，基因的突变、转录后修饰等都会带来表达量不同的影响。
因此，为了获得充足的含量，需要对表达体系和条件进行优化。
在选择表达宿主的时候，首先要考虑两个因素：表达效率和生存率。
大多数蛋白质表达宿主是细胞质中的微生物，如大肠杆菌、酵母菌等。
这是因为这些微生物具有快速繁殖和易于培养的优点，并且他们的基因调节较为简单，因此容易进行指导性的改造。
对于难表达的蛋白质来说，正确选择突变的表达条件是关键。
首先可以针对蛋白质基因的编码区域进行优化，包括了优化起始密码子、退火周边区域，融合保护性标签、组成多联重组等，呈长时间、高效性表达环境。
同时，也需要在表达培养条件和培养介质上进行优化。
2. 异源蛋白的纯化异源蛋白的纯化包括了识别、分离和精制的过程。
在出现杂质或者不同性质的蛋白质混合物的时候，可以通过选择性分离来实现蛋白质的纯化。
蛋白质的纯化方法是根据蛋白质在物理或化学性质上的特点进行选择的。
目前最常用的分离方法是亲和分离、离子交换、分子筛过滤、透析、凝胶渗析、纯化柱层析等。
其中，凝胶渗析、分子层析和离子交换色谱法是最常用的方法。
对于步骤多、成本高的纯化工艺来说，常常会降低大规模制产的效率和收益。
因此，要考虑到纯化的成本和效率的平衡，合理地进行选择和使用。
总之，异源蛋白的表达和纯化，是蛋白质科研领域内最常见的研究内容之一，其方法和手段的选择主要依赖于所研究的蛋白质的特性和需要。
G蛋白偶联受体的结构与功能_20_省略_2年诺贝尔化学奖相关研究成果简介_王珑珑
第24卷 第12期2012年12月V ol. 24, No. 12Dec., 2012生命科学Chinese Bulletin of Life Sciences文章编号：1004-0374(2012)12-1373-07G 蛋白偶联受体的结构与功能——2012年诺贝尔化学奖相关研究成果简介王珑珑，黄 旲*(中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所，上海 200031)摘 要： 2012年的诺贝尔化学奖授予了美国科学家Robert J. Lefkowitz 以及Brian K. Kobilka ，以表彰他们在“G 蛋白偶联受体”研究中作出的突出贡献。
G 蛋白偶联受体是人体中分布最广、地位最重要的膜蛋白受体，其著名的7次跨膜结构使得人人了解了其复杂性，同时，它所介导的各种信号通路也使得其有着重大的研究和临床价值。
通过简单介绍G 蛋白偶联受体的结构和功能方面的一些概况，来对其进行一些讨论。
关键词：G 蛋白偶联受体；G 蛋白；7次穿膜结构受体中图分类号：Q51 文献标志码：AStructure and function of g-protein coupled receptorWang Long-Long, Huang Ying*(Shanghai Institute of Biochemistry and Cell Biology, Shanghai Institutes of Biological Sciences, Chinese Academy ofSciences, Shanghai 200031, China)Abstract: The 2012 Nobel Prize in Chemistry has been awarded to American scientists Robert J. Lefkowitz and Brian K. Kobilka “groundbreaking discoveries that reveal the inner workings of an important family of such receptors: G-protein-coupled receptors (GPCR)”. The structure of GPCRs contains a seven-transmembrane domain, which pass through the cell membrane seven times. GPCRs are involved in a variety of physiological processes by sensing the ligand outside the cell and activating the downstream signal transduction pathway inside the cell. This review will summarize the structure and function of GPCRs and discuss their application in the treatment of human diseases and clinical medicine.Key words: G protein-coupled receptor; G protein; seven-transmembrane domain receptor; 7TM receptor收稿日期：2012-11-29基金项目：国家重大科学研究计划(“973项目”)(2011-CB966304；2012CB910502)；上海浦江人才计划(11PJ1410600)*通信作者：E-mail: huangy@2012年的诺贝尔化学奖授予了美国科学家Robert J. Lefkowitz 以及Brian K. Kobilka ，以表彰他们在“G 蛋白偶联受体”研究中作出的突出贡献。
G蛋白偶联受体
G蛋白偶联受体（GPCRs）研究新进展摘要：G 蛋白偶联受体(GPCRs)是一个超级膜蛋白家族。
该家族的结构特点为七个穿越细胞膜的α-双螺旋结构, 其中N-端在细胞外, C-端在细胞内。
他们识别并结合细胞外部环境中多种多样的信号分子，激活细胞内的异源三聚体的鸟苷酸结合蛋白（G-protein）。
活化后的G 蛋白结合GTP置换GDP, 三聚体进行解离等变化，从而将信号传递到细胞内的效应分子，引起细胞内的一系列变化。
市场上销售额前茅的药物中，有许多是作用于GPCRs的。
对GPCRs的研究将会给医疗和医药带来新进展。
其中理解GPCRs与信号分子的作用机制至关重要。
庆幸的是牛视紫红质蛋白（rhodopsin）的结构已经清楚，其构效关系为其他GPCRs的研究提供了模板。
另一个重要的G-蛋白偶联受体是血小板激活因子受体（PAFR），他与血小板激活因子的解聚与许多生理和病理变化相关。
本文首先对GPCRs的市场，研究历史，结构分类进行了介绍，然后对牛视紫红质蛋白和血小板激活因子的构效关系现状进行了综述。
关键词：膜蛋白，G-蛋白偶联受体，信号传导，牛视紫红质蛋白，血小板激活因子受体1.Ｇ蛋白偶联受体（GPCRs）简介每个细胞的活动都是信息通过细胞膜不同种类的受体，由细胞外传导到细胞内起作用的。
Ｇ蛋白偶联受体是目前大的蛋白质受体超家族之一。
作用于ＧPCRs 的物质，通过作为激动剂、或作为拮抗剂、或干涉GPCRs 的细胞传导而起作用。
ＧPCRs 家族被认为是通过相似的分子机制而起作用。
首先细胞外配体结合于ＧPCRs，引起受体蛋白的构型变化，从而改变与其相偶联的不同种类的Ｇ蛋白异源三聚体的结合状态。
这些Ｇ蛋白的α-亚基、β-、γ-亚基结合为复合物联结于细胞膜内表面。
配体和与Ｇ蛋白偶联受体的相互作用触发α亚基上GDP 与GTP 交换，从而导致Ｇ蛋白从受体上解离及α-亚基与β、γ-亚基复合物的分离。
解离了的α-GTP 亚基和β、γ-亚基与不同效应酶和离子通道作用，引起一系列生理反应。
G蛋白在暗调控气孔运动中的作用
G蛋白在暗调控气孔运动中的作用摘要：通过药理学试验和暗诱导调控的蚕豆叶片气孔运动变化分析，来证明异源三聚体gtp-结合蛋白（g蛋白）参与暗诱导的气孔关闭过程。
结果表明，百日咳毒素能够阻止暗诱导的气孔关闭，而该效应同样可被h2o2清除剂维生素c、过氧化氢酶所实现。
表明暗中活化的g蛋白水平较高，g蛋白与h2o2共同在暗诱导的气孔关闭中作为信号分子参与其中。
关键词：g蛋白；气孔运动；信号转导中图分类号：q513+.1；q945.19；q67 文献标识码：a 文章编号：0439-8114（2013）04-0840-02role of g protein in darkness-regulated stomatal movement zhang yuan-hua（college of chemistry and life sciences， weinan normal university， weinan 714000， shaanxi， china）abstract： by pharmacological approach and stomatal analysis， the role of heterotrimeric gtp binding protein （g protein） in darkness-regulated stomatal movement in vicia faba l. was explored. it was showed that ptx blocked stomatal closure in darkness， which could also be modulated by h2o2 scavenger vitamin c and catalase， indicating that activated g protein was at high level in darkness； and both g protein and h2o2 acted as signal molecular in the darkness-inducedstomatal movement. key words： g protein； stomatal movement；signal transduction异源三聚体gtp-结合蛋白（heterotrimeric gtp binding protein）简称g蛋白，由α、β及γ3个亚基构成，是真核细胞中一种参与多种信号传递的重要分子开关[1]。
G蛋白功能
5.2 G蛋白偶联受体及信号转导细胞质膜上最多，也是最重要的信号转导系统是由G-蛋白介导的信号转导。
这种信号转导系统有两个重要的特点:①系统由三个部分组成:7次跨膜的受体、G蛋白和效应物(酶); ②产生第二信使。
5.2.1 G蛋白的结构与功能G蛋白，即GTP结合蛋白(GTP binding protein)，参与细胞的多种生命活动,如细胞通讯、核糖体与内质网的结合、小泡运输、微管组装、蛋白质合成等。
异源三体G蛋白(heterotrimeric G protein)的结构组成G蛋白偶联系统中的G蛋白是由三个不同亚基组成的异源三体,三个亚基分别是α、β、γ, 总相对分子质量在100kDa左右。
G蛋白有多种调节功能, 包括Gs和Gi对腺苷酸环化酶的激活和抑制、对cGMP磷酸二酯酶的活性调节、对磷酯酶C的调节、对细胞内Ca2+浓度的调节等，此外还参与门控离子通道的调节。
G蛋白循环(G protein cycle)在G蛋白偶联信号转导系统中，G蛋白能够以两种不同的状态结合在细胞质膜上。
一种是静息状态，即三体状态; 另一种是活性状态，G蛋白由非活性状态转变成活性状态，尔后又恢复到非活性状态的过程称为G蛋白循环(G protein cycle)。
G蛋白的这种活性转变与三种蛋白相关联:● GTPase激活蛋白(GTPase-activating protein，GAPs)● 鸟苷交换因子(guanine nucleotide-exchange factors，GEFs)● 鸟苷解离抑制蛋白(guanine nucleotide-dissociation inhibitors，GDIs)G蛋白与GDP结合时是非活性状态，如果无活性的G蛋白与GDI结合，则处于被抑制状态(无活性)，如果G蛋白与GEF相互作用，将GDP换成了GTP，G蛋白则被激活，可启动下游反应。
处于活性状态的G蛋白与GTPase激活蛋白(GAP)相互作用，会激活GTPase，使GTP水解成GDP，此时的G蛋白又恢复到无活性状态。
G蛋白在植物细胞信号转导中的作用
G蛋白在植物细胞信号转导中的作用一、植物G蛋白的种类G蛋白是普遍存在于真核生物细胞中的一个GTP结合蛋白家族，根据其亚基组成及分子量大小，可将参与细胞信号转导的G蛋白分为异三聚体G蛋白，小G蛋白[15]。
异三聚体G蛋白在SDS电泳图上可看到α、β、γ 3 种亚基。
α亚基单体分子量为39 ～52KDa，β和γ亚基分子量为35 ～37KDa和6 ～10KDa，各种G蛋白亚基中，α亚基差别较大，β、γ亚基比较相似[16]。
根据植物G蛋白中α/β界面和β/γ界面的氨基酸残基与动物细胞中的相比是高度保守的，并且高度保守的氨基酸残基也存在于植物G蛋白α亚基的“开关”区和核甘酸结合基序中，所以认为，植物体中的α，β，γ 3 个亚基也可能组成异源异三聚体G蛋白[17-18]，小G蛋白是单体鸟苷酸结合蛋白，由一条多肽链构成，分子量较小，一般为20 ～30kDa。
根据在细胞中功能不同，小G蛋白可分为5个亚家族，包括Ras、Rho、Rad、Arf和RanRas家族在酵母和哺乳动物中调节细胞分化过程，Rho家族调控肌动蛋白重组过程和参与MAP激酶的细胞信号转导，Rad和Arf家族在膜转运过程中起着不同的重要作用，而Ran家族在核孔位置调节着蛋白和RNA分子的运输过程。
到目前为止，利用分子生物学技术已从植物细胞中分离出几十种小G蛋白基因[15]。
此外，植物中还有另外一类G蛋白，超大G蛋白（XLG）[19]，然而目前尚未有关于XLG能和常规G蛋白βγ发生相互作用的证据，因此，对植物XLG的功能研究有待深入。
二、G蛋白在细胞信号转导中的作用细胞信号转导是偶联各种胞外刺激信号(包括各种胞内、外源刺激信号)与其所引起的生理效应之间的一系列分子反应机理，包括三个阶段：(1)胞外刺激信号传递；(2)跨膜信号转换；(3)胞内信号转导。
在信号的跨膜转换过程中细胞表面的受体尤其是G蛋白偶联的受体起着重要的作用，是细胞跨膜转换信号的主要方式。
植物生理学教案第一章细胞信号转导
第一章细胞信号转导（signal transdution）教学时数：4学时左右。
教学目的与要求：使学生了解细胞信号转导的定义和内容；掌握受体和和跨膜信号转换的过程，植物细胞第二信使的种类及重要作用。
教学重点：细胞信号转导的定义、研究内容；受体和跨膜信号转换；细胞内的第二信使系统。
教学难点：细胞受体和跨膜信号转换。
本章主要阅读文献资料：1.翟中和编：《细胞生物学》，高等教育出版社。
2.王镜岩主编：《生物化学》（第三版），高等教育出版社。
3.宋叔文、汤章城主编：《植物生理与分子生物学》（第二版），科学出版社。
4.王宝山主编：《植物生理学》(20XX年版)，科学出版社。
本章讲授内容：生长发育是基因在一定时间、空间上顺序表达的过程，而基因表达除受遗传信息支配外，还受环境的调控。
植物在整个生长发育过程中，受到各种内外因素的影响，这就需要植物体正确地辨别各种信息并作出相应的反应，以确保正常的生长和发育。
例如植物的向光性能促使植物向光线充足的方向生长，在这个过程中，首先植物体要能感受到光线，然后把相关的信息传递到有关的靶细胞，并诱发胞内信号转导，调节基因的表达或改变酶的活性例如：光质→光受体→信号转导组分→光调节基因→向光性反应对于植物来讲，在生命活动的各个阶段都受到周围环境中各种因素的影响，例如温度、湿度、光、重力、病原微生物等等。
有来自相邻细胞的刺激、细胞壁的刺激、激素等等刺激，连接环境刺激到植物反应的分子途径就是信号转导途径，细胞接受信号并整合、放大信号，最终引起细胞反应，这种信息在胞间传递和胞内转导过程称为植物体内的信号传导。
植物细胞信号转导（signal transdution）主要研究植物感受、传导环境刺激的分子途径及其在植物发育过程中调控基因的表达和生理生化反应，即细胞耦联各种（内部或外源）刺激信号与其引起的特定的细胞生理效应之间的一系列反应机制。
植物细胞信号转导的模式生物体在不同的生长发育阶段，自身也不断产生各种信号，以调节其本身的生命进程，如激素、营养物质等。
GTP蛋白
2、 β亚基 、 亚基
• β亚基存在着 个重复序列：X6-94—[GH—X23-41— 亚基存在着7个重复序列 亚基存在着 个重复序列： WD] • β亚基通过其 端螺旋区与 亚基结合。 亚基通过其N端螺旋区与 亚基结合。 亚基通过其 端螺旋区与γ亚基结合 3、 γ亚基 、 亚基 γ亚基的分子量仅为 亚基的分子量仅为6-8kDa,比α和β亚基小得多。 亚基小得多。 亚基的分子量仅为 比 亚基小得多 蛋白超家族异三聚体的三维空间结构研究发现， 对G蛋白超家族异三聚体的三维空间结构研究发现， 蛋白超家族异三聚体的三维空间结构研究发现 γ亚基 端得脂酰基与 亚基 端脂酰基在空间上十分 亚基C端得脂酰基与 亚基N端脂酰基在空间上十分 亚基 端得脂酰基与α亚基 靠近， 靠近，这无疑为两个脂酰基协同起来与膜结合提供了 条件。 条件。
protein-GTP (active) GDP GEF GTP GAP Pi protein-GDP (inactive)
在细胞中存在可调节Ras 在细胞中存在可调节Ras 活性的蛋白因子，主要有GTP 活性的蛋白因子，主要有GTP 酶激活蛋白（GAP） 酶激活蛋白（GAP）和鸟苷酸 释放蛋白（GNRP， 释放蛋白（GNRP，或鸟苷酸交 换因子GEF 两种。GAP与RasGEF） 换因子GEF）两种。GAP与RasGTP结合而激活GTP酶活性，使 GTP结合而激活GTP酶活性， 结合而激活GTP酶活性 Ras-GTP转变成Ras转变成Ras Ras-GTP转变成Ras-GDP 而失 去活性。GNRP可释放Ras可释放Ras 去活性。GNRP可释放Ras-GDP 中的GDP 以利于与GTP GDP， 中的GDP，以利于与GTP 结合 而活化Ras蛋白。Ras调节因子 Ras蛋白 而活化Ras蛋白。Ras调节因子 通过接受上游膜受体信号来影 Ras活性 活性， 响Ras活性，使之信号下传最 终产生效应。 终产生效应。
GPCRS..
最近有资料表明7TM受体二聚体的重要 性，在GPCRs3号家族中，包括GluRs和Ca敏感 受体，是同源二聚体的二硫化合物的胞外区 域的大规模连接。 近期，与3号家族GPCR有关的GABAB受体， 被证明是异质二聚体，这一受体由2个子单位 组成，有类似的序列，当单独表达时，这些 子单位不能成为功能受体，但共表达时，全 部的子单位形成有效的GABAB受体，耦合G蛋 白。
G Protein-coupled Receptors (GPCRs)
G蛋白
三聚体GTP结合调节蛋白（trimeric GTP-binding regulatory protein）简 称G蛋白，位于质膜胞质侧，由α、β、 γ三个亚基组成.α 和γ亚基通过共价 结合的脂肪酸链尾结合在膜上，G蛋 白在信号转导过程中起着分子开关 的作用.
激活钙和肌醇磷脂代谢（ATII-R） PLC G蛋白（Gq） PIP2 IP3 + DAG 内质网 CPK Ca
G蛋白介导的离子通道 K+（M-R）、Ca 2+ （-R）、Na + （N-R）、Cl -（GABA-R）等离子 通道。 直接调节（M-R）； 间接调节（ -R ）
涉及G蛋白识别和激活的一个通用核心区域
在家族1中，GPCRs激活通过小配基比如儿茶酚胺，该配基通 过TM-Ⅲ到TM- Ⅵ结合一个凹形；在光激活受体这一例子中，视紫 红质、光子受体、视黄醛共价结合这一凹处，它在结构上改变，包 括胞外环和N端区域的相互作用。
家族2受体，是通过大型多肽如胰高血糖素或分泌素相互作用的，其 N端区域同样扮演着结合配基的角色。 家族3受体十分原始，这一受体家族包含metabotropic受体，这是一 种依赖胞外Ca2+而活动的受体（Ca敏感受体），以及信息素受体和GABAB （γ-氨基丁酸）受体，所有这些受体搜都具有一个十分大的胞外区域， 共享一个小的但重要的序列，类似于细菌周质偶联蛋白，在细菌内部， 这些蛋白涉及转运各种类型的分子，如氨基酸、离子、糖类或多肽；
Gβγ蛋白在细胞信号交互转导中的作用及其心血管病学意义.
3.调节磷脂酶C的活性 G蛋白的Gq家族(Gq、G11、G14、G15、G16)激活效应器磷脂酶C(PLC)；使磷脂酰肌醇(PI)信号系统被Байду номын сангаас活，形成两个第二信使IP3和DG，广泛影响机体各种生理功能。PLC是一个Ca2＋-敏感的磷酸肌醇酶(phosphoinositidase)。PI特异性PLC有β、γ、δ三型，除了β型可被Gq家族激活外，γ型可被PDGF及EGF受体激活，δ型的激活机制尚不清楚。Gβγ与Gq一样，能独立地激活PLCβ，但是Gqα主要激活PLCβ1，而Gβγ主要激活PLCβ3。纯化的脑Gβγ作用强度为β3＞β2＞β1，对β4亚型无作用。
4.调节G蛋白偶联受体激酶活性 脱敏(desensitization)是指在使用一种激动剂期间或之后，组织或细胞对激动剂的敏感性和反应性下降的现象。G蛋白偶联受体家族的快速脱敏主要是由于受体的磷酸化，至少有两类不同的丝/苏氨酸蛋白激酶与此有关：①第二信使激活的激酶PKA、PKC；②不依赖第二信使的G蛋白偶联受体激酶(G-protein coupled receptor kinase, GRKs)。GRKs特异性作用于激动剂占领或激活的受体。现已发现的G蛋白偶联受体激酶有GRK1、GRK2(β受体激酶1，βARK1)、GRK3(β受体激酶2，βARK2)、GRK4、GRK5和GRK6，它们使受体羧基末端的丝氨酸/苏氨酸残基磷酸化，使其失去活性。以往的研究多集中在Gα对受体激酶的作用，最近的研究发现，Gβγ对受体激酶同样有调节作用。Gβγ使βARK1活性提高10倍，同时亦激活βARK2，而GRK1和GRK5则对Gβγ无反应。
植物GTP结合蛋白的研究进展
ｍ ｌｃｌｓ ｎｃＨ ．Ｔ ｅ ｓ ｔｅｔ ｎｆ ｍ ｔ ｎ ｏ ｕ ｎ ｓ ｅｄｐ ｏ ｐ ａ Ｇ Ｐ ｏｇ ａｏｉｅｔｐ ｏｐ ａ ｏｅｕｅ ｅ ｓ ｈ ｙｕｅ ｈ ａ ｓ ｒ ａｉ ｆｇ ａｏｉ ｉ ｓｈ ｔ ｉ ｒ ｏ ｏ ｎ ｈ ｅ（ Ｄ ）ｔ ｕｎ ｓ ｒ ｈ ｓｈｔ ｎ ｉ ｅ
ｏ ｔ ｅ ｓ ｌ Ｔ ａ ｅ ｉ ｓ ｖ ｒ ｌ ｏ ｏ ｉ ａ ｆ ｃ ｏ ｓ ｕ ｈ ａ ｕ ｌ ａ ｎ ｐ ｒ ｐ ｎ ｌ ｏ ｔ ｈ ｍａｌＧ Ｐ ｓ ｓ ｗ ｔ ｅ ｅ ａ ｉｌ ｇｃ ｎ ｔ ｎ ，ｓ ｃ ｓｎ ｃｅ ｒｔａ ｓ ｏ ，ｓ ｉ ｄ ｅ ｆｒ ａｉ ｎ ｄ ｒ ｇ ｍｉ ｈ ｂ ｌ ｕ ｉ ｒ ｔ ｍ ｔ ｕ ｎ — ｏ ｉ ｔｓｓ ｏ ｉ． ｅ ｍｏｅ ｕ ａ ｉ ｌｇ ｅ ｅ ｃ ｆＲ ｄ ｏ ｅ ｐ ｏ ｅｎ ｎ ｐ ａ ｔ ｒ ｅ ｉｗｅ ｎ ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ｌ ｃ ｌ ｂ ｏｏ ｙ ｒ ｓ ａ ｈ ｏ ａ ａ ｔ ｒＧ ｒ ｔｉ ｓ ｉ ｌ ｅ ｒ ｖ ｅ ｄ ｉ ｓ ａ ｅ ． ｒ ｒ ｎ ｎ ｈ ｎ ｗｅ ｈ Ｋｅ ｒ ｓ Ｐ ａ ｔ Ｇ —ｐ ｏｅ ｎ ； ａ Ｓ ｇ ａ ａ ｓ ｕ ｔ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ｌ ｎ ； ｒ ｔ ｉ ｓ Ｒ ｎ； ｉ ｌ ｎ ｄ ｃｉ ｎ ｒ ｔ ｏ
—
ａ ｓ ｃ ａｅ ｅｅ ｏｒ ｒ ｒ ｔ ｉｓ ａ ｄ ｌｗ ｌ ｃ ｌ ｉｈ ｒ ｔ ｉ ｓ Ｒａ ｓａ ｎ ｃｅ ｒ ｔ ｉ ｅｏ ｇｎ ｓ ｏ ｉｔ ｄ ｈ ｔ ｒ ｔ ｍｅ ｉ Ｇ ｐ ｏ ｅｎ ｏ ｍｏ ｅ ｕ ａ ｗｅｇ ｔＧ ｐ ｏ ｅｎ ． ｎ ｉ ｕ ｌａ ｐ ｏ ｅｎ ｂ ｌ ｎ ｉ ｇ ｉ ｃ ｎ ｒ ｒ
（ Ｔ ）ａ ａ“ｗｔｈ ｏｒｇ ｌ ｅ ｒｎｍｅ ｂａ ｅｓ ａ ｔ ｎｄ ｃ ｏ ．Ｇ ｐｏｅ ｓ ｓａ ｙｉｃ ｄ ｅｍ ｍ ｒ ｅ Ｇ Ｐ ｓ ｓ ｉ ”ｔ ｕａ ａｓ ｍ ｒｎ ｉ ｌ ａ ｓｕ ｆ ｎ ｒｔｉ ｕ ｌ ｎｌ ｅ ｅ ｂａ ｃ ｅ ｔｔ ｎ ｒ ｇ ｉ ｎｕ ｌ ｕ ｔ ｈ ｎ
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
hybrid opt ically bi stable system. Phys . Rev . A , 1982; 26: 3720 3722 33 Hopf F. A . , Kaplan D. L. , Gibbs H. M. , et al . Bifurcations t o chaos in opt ical bi stability. Phys . Rev . A , 1982; l25: 2172 2182 34 Ikeda K. , M atsumoto K. High dimensional chaot ic behavior in systems with t ime delayed f eedback. Physical D , 1982: 223 235 35 Sharkovsky A . N. , Maisternko Y. L. Diff erence Equations And Their Ap 36 plications , The Netherlands: Klawer Academic, 1993 Celka P. Chaotic synchronizat ion and modulation of nonlinear time de layed feedback optical systems. IEEE Trans on CAS I , 1995; 42( 8) : 455 463 Kolumban G . , Dedieu H. , Schweizer J. , et al . Performance evaluation and comparison of chaos communi cation systems. Proc . 4th , Int Work shop on N onlinear Dynamics of Electronic Systems , Sevilla, 1996: 27 82, 105 110 Kis G. , Jako Z. , K ennedy M. P. , et al . Chaotic communicat ion without synchronization. Proc . 6 th IEEE Conf . Telecommunications , Edinburgh, U . K . , 1998; 1: 49 53 Kolumban G . , K is G. , Kennedy M . P. , et al . FM DCSK: A new and ro bust solut ion to chaos communications. Proc. N OLTA 97, Hawaii , 1997: 117 120 Itoh M . Spread spectrum communication via chaos. Int . J . of Bif urcation and Chaos , 1999; 9( 1) : 155 213 42
嗅觉上皮 普 遍 大脑神经元 大脑神经元 视网膜杆细胞 视网膜锤细胞 味 普 普 蕾 遍 遍
注 : - AR , - 肾上腺素能受体 ; MAChR, 毒蕈碱乙酰胆碱受体 ; AT1, 血管紧张肽 1; AC, 腺苷酰环化酶 ; PI, 磷脂酰肌醇 ; cGMPPDE, 环鸟苷酸磷酸二酯酶 ; PLC- , 磷 脂酶 C- ; cAMP, 环 腺苷酸 ; MP, 膜电位 差 ; IP3, 肌醇三 磷酸 ; DAG, 二 酰甘油 ; LPA , 溶血磷脂酸 .
二、 三维结构
G #GTP 、 G #GDP# AlF 4 和 G #GTP S 的分子结构见
[ 3]
.
# 106 #
自然杂志
亚 族 s G s olf i、 o、 t i1、i2、i3 oA、 oB z t1 t2 gust q 12、 13 q、 11、14、15、 16 12、 13 代表受体 - AR 气味受体 抑生长素受体 MAChR 未知 视紫红质 色视蛋白 口味受体 MAChR LPA AT1 受体
Ziran Zaz hi Vol. 23 No. 2
Yang T. , Chua L. O. Impulsive stabilization for control and synchroniza t ion of chaot ic systems: Theory and applicat ions in secure communica t ions. Trans on Circuits Syst . , 1997; 144( 10) : 976 988 43 Y ang T. , Chua L. O. Chaotic digit al code division mult iple access ( CD MA) communication syst ems. Int . J . Bif urcati on and Chaos , 1997; 7 ( 12) : 2789 2805 44 Matsumot o T. , Chua L. O. , Kobnyashi K. Hyper chaos: Laboratory exper iment and numerical confirmat ion. IEEE Trans . on Circuits Syst . , 1991; CAS 33( 11) : 1143 1147 Itoh M . , Y ang T. , Chua L. O. Experimental study of impulsive synchroni zat ion of chaotic and hyper chaotic circuits. Int . J . of Bif urcation and Chaos , 1999; 7: 1393 1424 Tao Yang, Chua L. O . Chaotic and Chaos , 2000; 10 ( 2 ) : 345 357
异源三体 G 蛋白研究
陈汉源
( 第一军医大学细胞生物学实验室 )
关键词 G 蛋白 信号传导
受体
异源三体 G 蛋白由 、 和 三亚单位组成. 含有结合鸟苷酸的 G 区域和螺旋区域. 为 7 组重复对称的螺旋桨 状桨片, 形成稳定二体. 受体、 G 蛋白、 效应物和辅助蛋白形成信号传导复合体于质膜内侧, 经受体激活 G 蛋白, G #GTP 和 G 分别与效应物互相作用. G 蛋白为分子开关, G 引发信号的持续时间取决于 GTP 水解速度, 终止 G - 效应物信号传导依赖 G #GDP 和 G 蛋白的调节. 受体- G 蛋白- 效应物( R- G- E) 信号传导通路沟 通细胞和环境的交流. 异源三体 G 蛋白由 、 和 三亚 单位 组成, 能与鸟苷酸结合, 具有信 号载体和分子开关 功能. 激素和神经递质等刺激结合 G 蛋白受体( GPCR) , 激活 G 蛋白. 从静止的 G #GDP# 释放 GDP, 成为 G # 过渡状态. 随即转换为活性 G #GTP# , 引发细胞内信号 传导级联. G #GTP 和 G 离解、 激活或抑制效应物酶和 离子 通道, 影响第二信使浓度和 作用, 最终发生细胞反 应. G 内在 GTPase 活性催化 GTP 水解为 GDP. 从效应物 离解的 G # GDP 和 G 三体, 终止信号传导 重组成静止的 G #GDP# . 异源 图1
有 G 蛋白中, 约有 220 残基, 组成核心. 中部有 6 个 - 板 片( 1~ 6) , 环绕着 5 个 - 螺旋( 1~ 5) . 其间有 10 个 环( ! 1~ ! 10) 连接. 此外 , 从 5 延长成 G, 约有 20aa. G 区 域内与鸟苷酸结合的高度保守基序为: G1 GXGXXGKS ( X 任何残基) 位于 ! 1. ! G2 RXXT 位于 ! 2. ∀ G3 DXXG 位于 ! 4. &G4 NKXD 位于 ! 8. ∋ G5 TCAT 位于 ! 10. GTP 结合位置在 ! 1、 ! 8 和! 10 形成的疏水区, Mg2+ 位于 ! 3. ( 2) - 螺旋区域( HD) [ 1, 4, 5] . HD 只存在异源三体 G F) , 形成稳定的独立结构, 为识别效 蛋白中, 原为 GD 的 ! 2 内插入 1( I1) . 由 117~ 132aa 组成 6 个 - 螺旋( A~ 应物区段. 此外, 在 GD 的 ! 6 中插入 2( I2) , 约有 15 aa. 在 ! 8 中插入 3( I3) . 有 24~ 48aa, 组成 G 螺旋. 在 ! 9 内插入
三、异源三体 G 蛋白三维结构
已知有 7 种 同型. 其 中 2 种 为剪 接变体 ( splice 同 结合成 稳定二体, variant) , 为 36~ 37kD, 50% ~ 90% aa 同 源. 有 12 种 型, 为 6~ 9kD, 30% ~ 80% aa 同源. 变性分离.
39
40
41 Yang T. , Chua L. O. Impulsive control and synchronization of nonl inear dynamical systems and applications to secure communications. Int . J . Bif urcation and Chaos , 1997; 7( 3) : 645 664
亚单位亚族
效应物 细胞内信息 ∃ cAMP % MP % cAMP ∃ MP % cAMP % cGMP % cGMP 未 知 ∃ IP3、 DAG 未 知 表达定位 普 遍
∃ AC 、 开放 Ca2+ 通道 ∃ 嗅觉型 AC % AC 、 开放 K + 通道 % PI 、 关闭 Ca2+ 通道 % AC ∃ cGMPPDE ∃ cGMPPDE ∃ cGMPPDE ∃ PI 、 PLC调节 Na + K+ 离子 交换、 ∃ Ca2+
45
37
46