g蛋白及其受体的研究 ppt课件
细胞核G蛋白偶联受体研究进展
细胞核G蛋白偶联受体研究进展柯璇，洪浩(中国药科大学药学院药理系，江苏南京210009)摘要：传统观念认为，G蛋白偶联受体通过自身在细胞表面的激活启动信号转导，从而介导细胞响应外界刺激。
近年来研究发现了细胞核G蛋白偶联受体(nGPCR)的存在，有别于细胞质膜G蛋白偶联受体(mGPCR)，细胞核G蛋白偶联受体具有独特的来源、功能、信号途径和作用模式。
本文总结了目前对于细胞核G蛋白偶联受体的研究成果，以期为靶向G蛋白偶联受体的药物研发提供新的理念和思路。
关键词：细胞核G蛋白偶联受体;核定位序列；核转位中图分类号:R967文献标识码:A文章编号：2095—5375(2021)04—0247—004doi：10.13506/ki.jpr.2021.04.010Research progress on nuclear G protein-coupled receptorsKE Hao(of Pha厂macoZogy$SchooZ of,CAzna Pharmaceutical,A'an/zng2Z0009$CAiea)Abstract:In classical pharmacology,G protein-coupled receptors are characterized to initiate signal transduction through their activation on the cell surface as a cell response to extracellular stimuli.How-ever,nuclear GPCRs(nGPCRs) have been found with particular features differed from plasma membrane GPCRs(mGPCRs)such as origins,functions,signaling pathways and patterns of action.This article summarized the current research progress on nGPCRs, with a purpose to providing new ideas and strategies for drug development targeting GPCRs.Key words:Nuclear GPCRs;Nuclear localization sequence(NLS);Nuclear translocationG蛋白偶联受体(G protein-coupled receptor,GPCR)是哺乳动物基因组中最大的膜蛋白家族，有800多名成员，广泛分布于中枢神经系统、免疫系统、心血管、视网膜等器官和组织，参与机体的发育和正常的功能行使。
G蛋白及其受体的研究
1986年
A
上世纪80年代，
Lefkowitz和Kobilka很快推断出 “光受体”视紫质蛋白和b2AR可能属于 同一家族，这一家族可能编码很多重要的 激素受体。这一工作旋即被毒蕈硷乙酰胆 碱受体的克隆所证实
工作中得到的信息和技术也帮助了嗅觉受 体这一超家族的发现和克隆
2007
Kobilka研究组解析 了结合激动剂的处于 活性状态的人beta2 肾上腺素受体的结构
随后
解析Gαβγ-β2 肾上腺素受体复合物 的结构，完整解释了 GPCRs如何被配体激 活以及再激活下游G 蛋白从而传递信号的 过程。
Please GPCR Add 工作机制研究 Your Title In Here
03
GPCRs的结构 与分类
Please Add Your Title In Here GPCRs 的结构
please add your title in here
01
G蛋白偶联受体均是膜内在蛋白 每个受体内包含七个α螺旋组成 的跨膜结构域，这些结构域将受 体分割为膜外N端，膜内C端， 3个膜外环和3个膜内环。
研究GPCR,GPCRs 的新发现 Please Add Your Title In Here
please add your title in here
（或点） 突变结合融合蛋白技术解析出 了第一个人 β 肾 上腺素受体 2 的精细结 构. 他们采用突变技术。
2007 年 Vadim Cherezov 等采用缺失
01
please add your title in here
1972年
Lefkowitz使用去污剂显著提、 高了b2肾上腺素能受体蛋白 的可溶性，并在此基础上首 次制作了亲和层析柱，将琼 脂糖的侧链上人工加入一个 长度为30-A的糖链，并通过 该链将琼脂糖与去甲肾上腺 素偶联
细胞信号转导进展G蛋白
GPCR Art
mAchR—A类GPCRs
• Belongs to subfamily A18 – M1 (CHRM1, ACM1) – M2 (CHRM2, ACM2) – M3 (CHRM3, ACM3) – M4 (CHRM4, ACM4) – M5 (CHRM5, ACM5)
• 代谢型离子通道
Linda B. Buck
其他G-蛋白
2．视觉感受器中的G蛋白
• 视紫红质为7次跨膜蛋白，由视蛋白和视黄醛组成。其信号途径为： 光信号→Rh激活→Gt活化→cGMP磷酸二酯酶激活→胞内cGMP减 少→Na+离子通道关闭→离子浓度下降→膜超极化→神经递质释放 减少→视觉反应。
G蛋白介导的信号转导
➢GPCR ➢G蛋白介导的跨膜信号转导 ➢小G蛋白
1. "The Biology of Cancer" , by Robert A. Weinberg, June 2006, (Garland Science Textbooks), 864pp. 2. "One Renegade Cell" (Science Masters) by Robert A. Weinberg, October 01, 1999, 170pp. 3. "Racing to the Beginning of the Road: The Search for the Origin of Cancer" , by: Robert A. Weinberg, May 01, 1996 (Harmony Books) 270pp. 4. "Genes and the Biology of Cancer" (Scientific American Library) by: Harold Varmus, Robert A. Weinberg, October 01, 1992, 215pp. 5. "Oncogenes and the Molecular Origins of Cancer" (Monograph Ser No. 18), March 01, 1990, Cold Spring Harbor (R.A.Weinberg, Editor) 270pp.
第三讲G蛋白
它们有“丰富多彩”的作用
蛋白质合成系统必需的因子，决定蛋白 质分泌路径和分泌方向的因子
G蛋白的分类
Gs Gi Gt Go Gp
Gs
Gs: 细胞表面受体与Gs(stimulating adenylate cyclase G protein, Gs) 偶联激活 腺苷酸环化酶，产生cAMP第二信使，继而 激活cAMP依赖的蛋白激酶。
Rho与细胞骨架
包括Rho、 Rac 和 Cdc42三个亚族；
两人并由此获1994年度诺贝尔生理学 或医学奖
1994年度诺贝尔生理学或医学奖
A.G.Gilman
M.Rodbell
G-proteins and the role of these proteins in signal transduction in cells
G-蛋白又称鸟苷酸调节蛋白（guanine nucleotide regulatory protein）,是位于受体 与效应底物分子之间的偶联蛋白。
Ras与细胞增殖分化
最早发现的小G-蛋白 是ras（Rat sarcoma,首先在Harrey和
Kirfen鼠肉瘤病毒上发现，分别被称 为Ha－ ras和Ki－ ras ）基因的产物 肿瘤！！！
激活型Ras激活下游靶蛋白，之一是蛋白激酶Raf， 进一步使下游MEK磷酸化，触发一系列蛋白磷酸 化反应，调节基因 转录和细胞增殖分化
G蛋白还具有激活磷脂酶A2的功能
PLA2: 被水解后产生花生四烯酸，而这个 酸又是前列腺素、血栓恶烷和白三烯的前 体，是神经元突触前的介质
各种转运蛋白： 1. 葡萄糖转运蛋白 2. 镁转运蛋白 3. 钠/质子交换蛋白
蛋白质的结构与功能ppt课件(完整版)全文
* 两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨 基酸缩合则形成三肽……
* 由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡 肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相 连形成的肽称多肽(polypeptide)。
* 多肽链(polypeptide chain)是指许多 氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。
3）运动与支持
机体的结构蛋白：头发、骨骼、牙齿、肌肉等
4）参与运输贮存的作用
血红蛋白 ——运输氧 铜蓝蛋白 ——运输铜 铁蛋白 ——贮存铁
5）免疫保护作用
抗原抗体反应 凝血机制
6）参与细胞间信息传递
信号传导中的受体、信息分子等
7） 氧化供能Βιβλιοθήκη 第一节蛋白质的分子组成
The Molecular Component of Protein
4. 无规卷曲
无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部 分肽链结构。
（三）模体(motif)
在许多蛋白质分子 中，可发现二个或三个 具有二级结构的肽段， 在空间上相互接近，形 成一个特殊的空间构象， 被称为模体
钙结合蛋白中 结合钙离子的模体
锌指结构
螺旋－折叠－折叠 2个His和2个Cys 与Zn离子结合 螺旋区 与 DNA 结合
子，占人体干重的45％，某些组织含量更 高，例如脾、肺及横纹肌等高达80％。
大事记：
1833年 Payen和Persoz分离出淀粉酶。 1864年 Hoppe-Seyler从血液分离出血红蛋
白，并将其制成结晶。 19世纪末 Fischer证明蛋白质是由氨基酸组成
的，并将氨基酸合成了多种短肽 。 1938年 德国化学家Gerardus J. Mulder引用
G蛋白偶联受体相关分选蛋白研究进展倡
生 长 因子调 节 激酶 （ ｈ ｅ ｐ ａ ｔ ｏ ｃ ｙ ｔ ｅ ｇ ｒ ｏ ｗｔ ｈ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ — ｒ ｅ ｇ — ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｋ ｉ ｎ ａ ｓ ｅ ， ＨＲＳ ） 、 分 选微 管连 接 蛋 白 １ （ ｓ ｏ ｒ ｔ ｉ ｎ ｇ
的含 ２ ５ ０氨基 酸 残 基 的 Ｃ末 端 区。在 ＧＡＳ Ｐ 一 １和
其他 的 ＧＡＳ Ｐ ｓ 成员 之间约有 ２ Ｏ ～７ ７ 的序 列 同 源 性 。根 据 它们 的 分 子 特 点 可 以 把 ＧＡＳ Ｐ ｓ 蛋
和 下调 过 程 中 发 挥 着 重 要 的 作 用 ， 如 Ｇ — ａ ｒ ｒ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ 、 Ｎａ ／ Ｈ 交 换 调 节 因 子 ／ 埃 兹 蛋 白结 合 蛋 白 ５ ０
Ｇ 蛋 白偶 联 受 体 （ Ｇ Ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｉ ｎ — ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｅ ｄ Ｒ ｅ ｃ ｅ ｐ — ｔ ｏ ｒ ｓ ， ＧＰ Ｃ Ｒｓ ） 是 人 类 基 因 组 编 码 的 最 丰 富 的 一 类
在 ＧＰ Ｃ Ｒ 的 内 吞 后 分 选 过 程 中 发 挥 着 重 要 的 作
白家 族分 成两 个亚 家族 ， 亚 家族 Ｉ包括 ＧＡ Ｓ Ｐ 一 １到
ＧＡＳ Ｐ － ５ ， 在 Ｃ末 端 区之 外 都 含 有 由 １ ５个 氨 基 酸 组成 的重复 基 序 ， 称 为“ ＧＡＳ Ｐ基 序 ” （ 图 １ ） ； 亚 家
族 Ｉ Ｉ 包括 Ｇ ＡＳ Ｐ 一 ６到 ＧＡＳ Ｐ 一 １ Ｏ ， 都 不 含 有 这 个 基
G蛋白偶联受体在昆虫中作用机理及功能的研究进展
选题原因：我在学校SRT项目中做的课题是“吡蚜酮作用于褐飞虱5-羟色胺受体的药理研究”，而且在实验室也进行的SK和TK神经肽受体的克隆这两个神经肽受体就属于G蛋白偶联受体。
G蛋白偶联受体参与众多生理过程，如：感光（视紫红质是一大类可以感光的G蛋白偶联受体），嗅觉（可以感知气味分子和费洛蒙），行为和情绪的调节（好斗和侵略行为）等。
对G蛋白偶联受体进行生物学研究有利于了解昆虫行为，以G蛋白偶联受体受体为靶标，设计新型特异性杀虫剂提供理论基础。
从而达到控制害虫的作用。
G蛋白偶联受体在昆虫中作用机理及功能的研究进展蔡晓艺吴顺凡摘要：嗅觉受体，多巴胺受体，5- 羟色胺都属于G蛋白偶联受体，昆虫的嗅觉对昆虫的栖息地选择、觅食、群集、趋避、繁殖以及信息传递等行为具有重要的影响。
嗅觉受体(olfactory receptors, Ors)是G 蛋白偶联受体( Gprotein-coupled receptor)的一种, 是嗅觉系统的关键成分。
多巴胺调控昆虫的交配、发育、嗅觉以及运动行为等，特别对 DAＲs 的信号转导、生理以及药理学功能。
TK对于果蝇的攻击行为，求爱行为有明显的影响。
CK对于昆虫的取食有明显的促进作用。
本文主要综述了多巴胺在昆虫中的调控、分布及所参与的生理功能，如多巴胺调控昆虫的交配、发育、嗅觉以及运动行为等，特别对DA Ｒs 的信号转导、生理功能以及药理学等方面进行了详细评述。
5-HT 通过结合特异性的 G 蛋白偶联受体在昆虫体内发挥不同的神经调控作用，调节昆虫主要的行为活动，比如取食、生物钟、聚集、学习和记忆等。
不同昆虫 5-HT 受体药理学性质存在差异，将为以 5-HT 受体为靶标，设计新型特异性杀虫剂提供理论基础。
关键词：G 蛋白偶联受体，昆虫嗅觉神经，昆虫嗅觉，药理学Abstract：olfactory receptors（Ors），dopamine receptors（DAＲs），5-hydroxytryptamine（5-HT）are belong to G protein-coupled receptors,The olfaction has many important effects on insect behavior, including habitat choosing , food hunting, gathering, tropism , reproduction , signal communication , etc .Olfactory receptor ( OR), as a kind of G protein-coupled receptors , is a key component of the olfactory system . In this review,we summarized the current knowledge on the modulation of DA,its distribution in nervous and non-nervous tissues,and its physiological functions in insects，such as its involvement in modulating insect mating，development，olfaction and locomotion．Especially，the recent progress about signal transduction，physiological roles and pharmacological properties of insect dopamine receptors was reviewed in detail．5-HT plays various important physiological roles in insects through specific G protein-coupled receptors，such as feeding,circadian behavior,aggregation,learning and memory．The pharmacological differences of 5-HT receptors from different insects will provide fundamental basis for designing and developing new specific insecticides for pest management．前言：为了感知所处环境的物理化学性质, 生物体进化出了高度特异性的感觉系统。
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。
细胞生物学——G蛋白耦联受体的信号转导
信号转导 (Signal Transduction)，
功能的过程称为 其最终目的是使机体在整体上对外 ein coupled receptor
概念：一种与三聚体G蛋白偶联的细胞表面受体。
地位：迄今发现的最大的受体超家族，其成员 有1000多个。
细胞信号 转导是以 receptor为 结构基础 的，其中 receptor有 两种类型： intracellula r receptor and extracellul ar receptor. G-protein coupled receptor属 于 extracellul ar receptor
2
cAMP信号转导过程
G蛋白偶联受体中的G蛋白与GDP结合呈失 活状态。当外界激素分子与G蛋白偶联受体中 的受体蛋白结合后，偶联的三聚体G蛋白解离。 G α-GTP处于活化状态，GDP被GTP代替与G α结 合，激活腺苷酸环化酶，从而大大提高了靶细 胞内cAMP的水平。cAMP特异地与PKA结合，将 其活化。活化的PKA转移进入细胞核，与基因 调控蛋白作用，使其磷酸化，接着磷酸化的基 因调控蛋白与靶细胞的调控序列结合，靶基因 被表达。 该过程通过第二信使cAMP的介导和cell的级 联反应实现了信号的放大，增强了靶基因的表 达。
G蛋白偶联受体
由G蛋白耦联受体所介导的细胞信号通路主要 包括：cAMP信号通路和磷脂酰肌醇信号通路。
G蛋白耦联型受体 - cAMP信号途径
1
cAMP信号 的组分
Rs和Ri(激活型|抑制型激素受体) Gs和Gi(激活型|抑制型调节蛋白) Adenylate cyclase(在Mg2+或Mn2+的存在下， 腺苷酸环化酶催化ATP生成cAMP。) Protein kinase A(在没有cAMP时，以钝化复 合体形式存在;结合cAMP后PKA被活化，可 降解cAMP生成5’-AMP，起终止信号的作 用) cAMP phosphodiesterase(可降解cAMP生成 5’-AMP，起终止信号的作用)
g蛋白偶联受体活化过程
g蛋白偶联受体活化过程G 蛋白偶联受体（G Protein-Coupled Receptor，GPCR）是一类位于细胞膜上的受体，它们能够与细胞外的配体结合，并通过与 G 蛋白相互作用来传递信号到细胞内。
GPCR 的活化过程可以分为以下几个步骤：1. 配体结合：GPCR 能够结合各种不同的配体，包括激素、神经递质、趋化因子等。
当配体与受体结合时，会引起受体的构象变化。
2. 受体激活：配体结合后，受体发生构象变化，使得其与 G 蛋白结合的区域暴露出来。
3. G 蛋白结合：活化的受体与 G 蛋白结合，G 蛋白通常由三个亚基（α、β和γ）组成。
受体与 Gα亚基结合，导致 G 蛋白被激活。
4. G 蛋白激活：G 蛋白的激活导致 Gα亚基与 GDP 分离，并与 GTP 结合。
这一过程使得 Gα亚基处于活性状态。
5. 信号传递：活化的 Gα亚基与下游效应蛋白结合，引发一系列的信号传递事件。
不同的 Gα亚基可以触发不同的信号通路，如 Gs 蛋白激活腺苷酸环化酶（AC），Gi 蛋白抑制 AC 等。
6. 信号终止：G 蛋白的活化状态是暂时的。
当 Gα亚基上的 GTP 被水解为 GDP 时，G 蛋白恢复到非活性状态，从而终止信号传递。
7. 受体脱敏：为了使细胞对持续的刺激产生适应，受体在活化后会发生脱敏（desensitization）过程。
这可能涉及受体的内吞、磷酸化或与其他蛋白质的相互作用，从而减少受体对配体的敏感性。
总之，G 蛋白偶联受体的活化过程是一个复杂而精细的过程，涉及配体结合、受体激活、G 蛋白结合和信号传递等多个步骤。
这一过程对于细胞对外界信号的感知和响应至关重要。
谷氨酸受体G蛋白
谷氨酸受体：G 蛋白、致癫痫作用、麻醉药及其相互作用一、摘要谷氨酸受体可分为两种类型：离子型谷氨酸受体和G蛋白偶联受体 (GPRC) 或亲代谢型受体 (mGluRs). 我们的研究证实，激活大脑皮质神经元 mGluRs 1受体引起的兴奋作用可以导致癫痫。
近年来研究也揭示麻醉药具有可以调节G蛋白受体的功能。
例如：局麻药利多卡因可以抑制mGluR 兴奋介导的致癫痫作用。
其它研究表明麻醉药抑制GPRC 调节的呼吸道平滑肌收缩作用(Sakihara 等, 2004) 。
麻醉药与G蛋白受体间的相互作用机制尚未完全阐明。
初步研究发现，麻醉药抑制Gα或Gβγ亚单位激活的信号转导蛋白如磷脂酶C(Pabelick 等, 2001)、蛋白激酶C Kamatchi et al., 2001)及离子通道(Yamkage 1992)。
一些证据也表明对GPRC复合体直接的麻醉作用(Nietgen 等, 1998)涉及了在Gα亚单位核苷酸结合位点上对核苷酸交换的直接抑制作用 (Pentyala 等, 1999, Striff 等 2003)。
麻醉药也具有结合细胞膜上GPRC的作用，提示其对异源三聚体G蛋白偶联受体具有抑制作用，而与G蛋白内在活性无关(Ishizawa et al., 2000)。
本文阐述兴奋性GPRC特别是mGluRs引起癫痫的信号机制。
这些可为讨论麻醉药的作用提供背景资料。
二、与癫痫有关的两种主要脑电波癫痫神经冲动放电是大脑皮层神经元的大量同步发放(McCormick & Contreras, 2001)。
有两种同步放电类型：第一种是短时放电（少于500ms），在癫痫患者偶尔出现，无典型临床表现，因此称作“发作间尖峰”(Zifkin & Cracco, 1990)。
第二种是长时放电(数秒) ，与癫痫的临床发作与持续有关，也被称作“发作放电”。
在离体海马脑片，可以通过药理学实验方法来诱导出这两种类型的同步放电。
G蛋白偶联受体研究进展
G蛋白偶联受体研究进展摘要：G蛋白偶联受体(GPCRs)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。
本文主要从GPCRs的一般特性、结构、分类、激活机制和功能方面进行综述。
关键词：G蛋白偶联受体分类结构激活机制功能G蛋白偶联受体(Gprotein-coupledreceptors，GPCRs)因能结合和调节G蛋白活性而得名，迄今已报道了近2000种不同的GPCRs，GPCRs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。
1 G蛋白偶联受体的一般特性G蛋白偶联受体是一类膜蛋白受体的统称。
这类受体的共同点是其立体结构中都有七个跨膜α螺旋，且其肽链的C端和连接第5和第6个跨膜螺旋的胞内环上都有G蛋白(鸟苷酸结合蛋白)的结合位点。
到目前为止，人们只在真核生物中发现存在G蛋白偶联受体，且参与到绝大多数的信号通路之中。
在普遍情况下，G蛋白偶联受体通过结合环境中的一些化学物质，引起自身的构象的改变，然后再通过胞内的结构招募一些下游因子，如效应蛋白可引起多种多样的生物效应，从而调节生物体的各项生理活动。
大多数GPCRs通过G蛋白调节细胞内信号传递，例如，刺激或抑制腺苷酸环化酶和活化磷脂酶的活性，调节钾及钙离子通道的活性。
现在发现，有些GPCRs通过酪氨酸激酶Src、Stat3途经传递信息，与细胞增值、细胞转化有关。
目前已经知道的和G蛋白偶联受体相互作用的化学物质或者激活因子，包括气味、费洛蒙、激素、神经递质、趋化因子等等。
这些受体可以是小分子的糖类、脂质、多肽，也可以是蛋白质等生物大分子。
一些特殊的G蛋白偶联受体也可以被非化学性的刺激源激活，例如在感光细胞中的视紫红质可以被光所激活。
其配体的多样性也显示了G蛋白偶联受体参与的调控的广泛性。
分子药理学PPT课件PPT45页
第10页，共45页。
受体药理学
10
第11页，共45页。
神经递质与受体
Henry Dale
1875 - 1968
Otto Loewi
1873 - 1961
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1936
Loewi´s Experiment
11
第12页，共45页。
③ 利用酪氨酸蛋白激酶活性进而影响细胞 内信息传递体系，产生生物效应
• 效应时程一般为数小时
36
第37页，共45页。
第38页，共45页。
胰岛素的作用机制
• 胰岛素与特异性受体结合，引起一系列的信号转
导，最终引起葡萄糖转运蛋白(GLUT4)激活，将
葡萄糖携带入细胞内
38
第39页，共45页。
（四）核受体
• 分子药理学属于药理学的一个重要分支，是药 理学发展的一门前沿学科。是以分子为基本功 能单位，用分子生物学的理论和技术，从分子 水平和基因表达的角度，去研究、分析和阐明 药物与机体间相互作用的原理。
4
第5页，共45页。
分子药理学的研究技术与方法
• 分子生物学方法：研究基础
蛋白质印迹(western blot)、PCR、real-time PCR、RNA干扰、重组质粒构建、转基因动物、基因敲
40
第41页，共45页。
• 作用模式： ① 在细胞内，受体与抑制性蛋白（如Hsp90） 结合形成复合物，处于非活化状态
② 配体（如皮质醇等甾体激素）与受体结合，导 致抑制性蛋白从复合物上解离下来，从而使受
体暴露出DNA结合位点而被激活 ③ 与靶基因结合，调节其转录、表达，从而影
药理学中的G蛋白偶联受体及其功能研究
药理学中的G蛋白偶联受体及其功能研究G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptor，GPCR）是广泛分布于哺乳动物细胞膜上的一类重要的跨膜受体，其中包括钙素受体、肽类受体、激素受体、感光受体等多种类型，其在生理学和药理学中具有重要的调节作用。
早在20世纪60年代，G蛋白偶联受体的发现就引起了科学家们的广泛关注。
随着现代生物学技术的不断进步，对G蛋白偶联受体及其功能的研究也越来越深入。
1. G蛋白偶联受体的结构和分类G蛋白偶联受体的结构分为三个部分：N端外泌区、跨膜区和C端内源区。
其中，跨膜区是其最为重要的部分，它包括七个跨膜螺旋结构，跨膜区和内外源区之间通过磷脂酰肌醇二磷酸（PIP2）连接。
根据受体不同的结构特点和作用机制，G蛋白偶联受体可以分为细胞外N端和内源C端的两类。
前者是最为简单的GPCR，以β2受体为代表；后者包括多种类型，如Gq蛋白偶联受体、Gs蛋白偶联受体、Gi蛋白偶联受体等。
2. G蛋白偶联受体的功能G蛋白偶联受体具有广泛的调节功能，在人体的生理和病理过程中都起着重要的作用。
以Gq蛋白偶联受体为例，通过激活磷脂酰肌醇二磷酸（PIP2）/一磷酸二酰甘油（DAG）途径和肌醇三磷酸（IP3）途径，调节了胆碱能、肾上腺素能和组胺能神经系统的活性，从而对胃肠动力、心血管、激素分泌等产生调节作用。
Gs蛋白偶联受体则通过激活腺苷酸酸化酶（adenylyl cyclase，AC），增加细胞内环磷酸腺苷（cAMP）的产生，从而调节了乙酰胆碱能、肾上腺素能、降钙素基因相关肽（calcitonin gene-related peptide，CGRP）等多种神经递质的释放，对心血管、呼吸、代谢等产生调节作用。
Gi蛋白偶联受体则通过激活腺苷酸酸化酶（adenylyl cyclase，AC）抑制cAMP的产生，从而调节了5-羟色胺、多巴胺、γ-氨基丁酸（GABA）等多种神经递质的释放，对中枢神经系统、心血管、免疫等产生调节作用。
第12章 细胞信号转导(共63张PPT)
一条肽链糖蛋白 信息传递步骤： 激素与受体结合
受体蛋白的构象改变调节G 蛋白的活性
促进蛋白激酶活性，产生生 物学效应（细胞代谢、基因 转录的调控）
胞质内第二 信使浓度增 加
细胞膜上的酶活
化（AC 等）
❖ G蛋白偶联受体(G-protein coupled receptors, GPCR ）作为人类 基因组编码的最大类别膜蛋白超家族，有800多个家族成员，与 人体生理代谢几乎各个方面都密切关联。它们的构象高度灵活， 调控非常复杂，天然丰度很低。
成纤维细胞生长因子(FGF)
血管内皮生长因子(VEGF)
功能：
配体受体结合
受体蛋白质 构象改变
使底物磷酸化，与细胞的增殖、 分化、癌变有关。
（存在自身磷酸化位点，调节酪 氨酸激酶活性）
（二）细胞内受体结构特征
❖ 胞内受体通常为由400～1000个氨基酸组成的单体蛋白，包括四个区域：
❖ ①高度可变区：位于N末端的氨基酸序列高度可变，长度不一，具有转录激活功能。 ❖ ②DNA结合区：其DNA结合区域由66～68个氨基酸残基组成，富含半胱氨酸残基
❖ ③PKA对基因表达的调节作用
表12-2PKA对底物蛋白的磷酸化作用
底物蛋白 核中酸性蛋白质 核糖体蛋白 细胞膜蛋白
微管蛋白 心肌肌原蛋白 心肌肌质网膜蛋白 肾上腺素受体蛋白β
磷酸化的后果
生理意义
加速转录
促进蛋白质合成
加速翻译
促进蛋白质合成
膜蛋白构象及功能改变 构象及功能改变
改变膜对水及离子的通 透性
，具两个锌指结构，由此可与DNA结合。 ❖ ③铰链区：为一短序列，可能有与转录因子相互作用和触发受体向核内移动的
G蛋白偶联受体
• ②蛋白激酶/蛋白磷酸酶开关：通过蛋白激酶（protein kinase） 使靶蛋白磷酸化和通过蛋白磷酸酶（protein phosphatase）使靶 蛋白去磷酸化，从而调节靶蛋白的活化（开启）与失活（关闭）。
• 蛋白质磷酸化和去磷酸化可以改变蛋白质的电荷并改变蛋白质构 象，从而导致该蛋白质活性的增强或降低。
• 分子开关：通过“开启”和“关闭”两种 状态的转换来控制下游靶蛋白的活性。
① GTPase开关调控蛋白构成的细胞内GTPase超家 族（G蛋白超家族），主要是：三聚体GTP结合蛋 白。
这类GTP结合蛋白当结合GTP时呈活化的“开启” 状态，当结合GDP时呈失活的“关闭”状态，开 关调控蛋白通过两种状态的转换控制下游靶蛋白 的活性。
cAMP特异性地活化cAMP依赖的PKA，释放其催化亚基
G蛋白偶联受体-cAMP-PKA信号通路对真核细胞基因转录的调控
CREB, cAMP-response element binding protein
（cAMP应答原件结合蛋白）
• 许多激素刺激这些受体导致PKA的激活，但是细胞应答反应不同， 为什么？
• 霍乱病患者的症状是严重腹泻，其主要原因是霍乱毒素使得 Gsα亚基处于持续激活状态，导致小肠上皮细胞中cAMP水平 增加100倍以上，使细胞膜上的离子通道打开，导致细胞大量 Na+和水分子持续外流，产生严重腹泻而脱水。
（三）激活磷脂酶C、以IP3和DAG作为双信使的G蛋 白偶联受体介导的信号通路
• 通过其浓度变化来应答胞外信号，调节细胞内信号蛋 白的活性，从而在细胞信号转导途径中行使携带和放 大信号的功能。
4种常见的细胞内第二信使及其主要效应
cAMP，环腺苷一磷酸，是由三磷酸腺苷（ATP）脱掉两个磷酸缩合而成的。
现代分子生物学-蛋白质ppt课件
动态
与其它分子结合: 信号转导
蛋白质相互作用: 结构, 最具挑战性
分子水平：
基因组DNA：基因重排，Ig多样性 基因序列多样性（Science. 2004，305:251-254 ），抵抗 不同病原（低等动物）等作用 DNA修饰，甲基化（epigenomics），S修饰等
mRNA：启动子，ChIP，EMSA 非编码小RNA（siRNA，miRNA，piRNA）（epigenomics）
Erica Golemis et al, Protein-protein Interaction—A Molecular Cloning Manual
papers
1.蛋白质互作研究的意义(Importance)
生命活动
基因表达调控
转录
翻译
细胞活动: 基因是关键
蛋白质:修饰
单个蛋白: 较少
蛋白作用
蛋白复合体
细胞吞噬 Ran
NP
VP466
Ranmyosin actin
小分子siRNA
细胞吞噬
RNAi
overexpression
小G蛋白（Rab，Ran）与骨架 蛋白直接作用调控吞噬
病毒双功能蛋白
蛋白质复合体标记
病毒感染
Rhodamine-Phalloidin
3.细胞内蛋白质标记 （protein labeling in vivo）
解决荧光染料的缺点：构建双光子显微镜（two-photon microscope） 采用脉冲近红外线激光，发出比激发光能量高 的光
该文：采用第二次谐波产生技术 发现barium titanate (BaTiO3)晶体（纳米颗粒），30 nm 比核糖体的直径大2倍 有望代替荧光染料的材料：量子点和纳米颗粒
GTP蛋白 PPT课件
2. 小分子G 蛋白
小分子G蛋白的分子量一般为G蛋白分子量的1/4至 1/3，因此得名小G蛋白。小G蛋白为单链结构，同样 具有GTP酶活性和与GTP、GDP结合的特性。最早发 现的小G蛋白为ras（MW 21 kDa），至今已报道有50 多个小G蛋白超家族成员。根据小G蛋白成员的同源程 度，可分为Ras、Rho、Arf、Sar、Ran和Rab 等6 个 亚家族，在各自参与的信号转导过程中发挥作用。
• 从立体结构上看：α亚基由2个结构域构成：GTP酶结 构域（或Ras结构域）和螺旋结构域。GTP结合位点
是位于这两个结构域所形成的一个较深的裂隙中。
2、 β亚基
• β亚基存在着7个重复序列：X6-94—[GH—X23-41— WD]
• β亚基通过其N端螺旋区与γ亚基结合。 3、 γ亚基
γ亚基的分子量仅为6-8kDa,比α和β亚基小得多。 对G蛋白超家族异三聚体的三维空间结构研究发现， γ亚基C端得脂酰基与α亚基N端脂酰基在空间上十分 靠近，这无疑为两个脂酰基协同起来与膜结合提供了 条件。GT Nhomakorabea结合蛋白
第三小组
GTP结合蛋白
• GTP结合蛋白，简称G蛋白，位于细胞膜胞浆面，与七 跨膜受体结合，是细胞外信号通过膜受体转入胞内的 重要转导分子。
• 体内众多信号转导途径均有G蛋白参与，甚至可以说 从酵母菌到人类中这些途径共享有G蛋白转导信号的 若干共同机制。
• 而与G蛋白偶联的受体乃至由此产生的生理效应都是 于此不同，因此G蛋白及其转导途径是体内最重要的 信号转导途径。
(二）G蛋白的多样性
1、G蛋白家族结构和功能的多样性是基于发现多种α、 β和γ亚基并形成具有功能特异性的异源三聚体这一事 实之上的。 2、已鉴定的α亚基基因有17种之多，包括因mRNA 不同剪接方式共可产生23种α亚基蛋白质。 3、在哺乳动物中仅发现5种不同的β亚基基因，而且 这5种基因编码的蛋白质差异不大。 4、最小的γ亚基却有11种蛋白质形式，且其序列差 异也比较大。
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据对人基因组进行序列分析所得的结果人们预测出了近千种G蛋白耦联受体的基族因)。
这些G蛋白耦联受体可以被划分为六个类型，分属其
中G蛋白耦联受体的基因序列之间没有同源关系。
04
GPCR GPCRs研究进展
PleasGePACdRd被Y发ou现r T的itle历In史Here
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1.
G蛋白是指能与鸟嘌呤核苷酸结 合，具有GTP水解酶活性的一类信 号转导蛋白
2.
由α，β，γ三个不同亚基组成。激 素与激素受体合诱导GTP跟G蛋白结 合的GDP进行交换结果激活位于信 号传导途径中下游的腺苷酸环化酶。
3.
G蛋白将细胞外的第一信使肾上 腺素等激素和细胞内的腺苷酸环 化酶催化的腺苷酸环化生成的第二 信使cAMP联系起来。具有内源GTP 酶活性。
A
上世纪80年代，
Kobilka第一次将光能感应和激素感应的受
B
体直接联系起来
Lefkowitz 2011年第一次在 原子分辨率阐明了
C
GPCR参与信号转导的机制
1968年到1971年间，
Lefkowitz采用放射性标记的方法标 记了糖皮质激素和肾上腺素，证明 了受体独立于腺苷酸环化酶（AC） 的存在
04 随后Lefkowitz实验室克隆的GPCR
诺贝尔奖得主
Ple诺a贝s尔e 奖A得dd主Y—o罗u伯r特T·i莱tl夫e科In维H茨ere
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1
1
b2肾上腺素能受体
2
2
异丙肾上腺素
3
Lefkowitz
肾上腺素受体扩散型配体的GPCR的
P基l因ea克s隆e Add Your Title In Here
Please GAPdCdRYs的ou分r T类itle In Here
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01
A类 (视紫红质样受体)
02
B类
(分泌素 受体家族)
03 C类 (代谢型谷氨 酸受体)
04 D类 (真菌交配信 息素受体)
05 06
E 类 (环腺苷 酸受体)
（SmoFot类hened家
2、 肾上腺素受体扩散型配体 的GPCR的基因克隆
3、 GPCR工作机制研究
Pl标ea记s并e分A离d纯d 化Y扩ou散r型T配it体le的IGnPCHR ere
01 1972年
Lefkowitz使用去污剂显著提、 高了b2肾上腺素能受体蛋白 的可溶性，并在此基础上首 次制作了亲和层析柱，将琼 脂糖的侧链上人工加入一个 长度为30-A的糖链，并通过 该链将琼脂糖与去甲肾上腺 素偶联
Please AGdPdCYRo分ur T类itle In Here
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1
其中β亚单位在多数G蛋白中 都
非常类似，分子量36kDa左右。γ
亚单位分子量在8-11kDa之间，除
2
Gt外，大多数G蛋白的γ亚单位都
是相同的。ห้องสมุดไป่ตู้
3
G蛋白的种类已多达40余种， 大多数存在于细胞膜上，由α、β、 γ三个不同亚单位构成，总分子 量为100kDa左右。
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01
02
G蛋白偶联受体均是膜内在蛋白 每个受体内包含七个α螺旋组成 的跨膜结构域，这些结构域将受 体分割为膜外N端，膜内C端， 3个膜外环和3个膜内环。
受体的膜外部分经常 带有糖基化修饰。膜外 环上包含有两个高度保 守的半胱氨酸残基，它 们可以通过形成二硫键 稳定受体的空间结构。
2016.11.19
G蛋白及其 受体的研究进展
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Pl是ea细s胞e 信Ad号d传Y导ou中r 的Ti重tle要I蛋n 白He质re
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Lefkowitz和Kobilka很快推断出 “光受体”视紫质蛋白和b2AR可能属于
B
人很快成功克隆了编码人类b2肾上腺素 受体蛋白的cDNA，编码人类b1肾上腺素
2.
这类受体的共同点是其立体结 构中都有七个跨膜α螺旋，且其 肽链的C端和连接第5和第6个跨 膜螺旋的胞内环上都有G蛋白 （鸟苷酸结合蛋白）的结合位点。
3.目前为止，研究显示G蛋白
偶联受体只见于真核生物之中， 而 且参与了很多细胞信号转导 过程。
03
GPCRs的结构
与分类
Please AGdPdCYRos的ur结Ti构tle In Here
03 几年后，
他们把纯化后的可与肾上腺 素结合的细胞表面蛋白导入 不响应肾上腺素的细胞后， 发现细胞的表现与具有肾上 腺素受体的细胞一致这项实 验结果使人们真正相信了细 胞表面受体的独存在。
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02 1979年
再度改进了b2肾上腺素能受 体蛋白的纯化方法，他们使 用拮抗剂异丙肾上腺素偶联 的琼脂糖作为介质制作亲和 层析柱，建立了更加便捷有 效的纯化方法，该方法适合 大规模纯化受体蛋白
βγ两个亚单位的不同可以将蛋 白分为Gs、Gi、Go、Gq、G12 及Gt等六类。这些不同类型的G 蛋白在信号传递过程各种发挥不 同的作用
02
GPCRs的概念
Please AGdPdCYRosu的r T概itl念e In Here please add your title in here
1.
G蛋白偶联受体,是一大类膜蛋白 受体的统称。
please add your title in here
1986年
Lefkowitz实验室首次成功克隆了编码仓
A
鼠b2肾上腺素能受体蛋白的基因并进行了 测序分析对编码基因的序列的分析发现，
b2AR与牛“光受体”视紫质蛋白的氨基
酸序列具有显著相似性，二者都具有7次
跨膜的区域
上世纪80年代，
基于这一推论，Lefkowitz，Kobilka等
Lefkowitz通过同位素标记的配体结
合等实验提出配体-受体-效应器相互作 用的三级复合物模型。
Lefkowitz和Kobilka的工作从根本上改 变了人类对GPCR受体和跨膜信号传递的 认识，对现代药物设计的方式有重要影响。
3 GPCR工作机制研究
方法
1、 标记并分离纯化扩散型配体 的GPCR