G蛋白偶联受体的信号转导途径
细胞生物学简答题整理
1.简述G蛋白偶联受体所介导的信号通路的异同G蛋白偶联受体所介导信号通路分为三类：①激活离子通道；②激活或抑制腺苷酸环化酶，以cAMP 为第二信使；③激活磷脂酶C ，以IP3 和DAG 作为双信使激活离子通道：当受体与配体结合被激活后，通过偶联G蛋白的分子开关作用，调控跨膜离子通道的开启和关闭，进而调节靶细胞的活性。
激活或抑制腺苷酸环化酸的cAMP信号通路：细胞外信号（激素，第一信使）与相应G蛋白偶联的受体结合，导致细胞内第二信使cAMP的水平变化而引起细胞反应的信号通路。
腺苷环化酶调节胞内cAMP的水平，cAMP被环腺苷酸磷酸二酯酶降解清除。
cAMP信号通路主要是通过活化cAMP依赖性蛋白激酶A (PKA) ，激活靶酶开启基因表达，从而表现出不同的效应。
蛋白激酶A 由2个催化亚基和2个调节亚基组成，cAMP的结合可改变调节亚基的构象，释放催化亚基产生活性。
蛋白激酶A被激活后，一方面通过对底物蛋白的磷酸化，引起细胞对胞外信号的快速反应；另一方面，其催化亚基可进入细胞核，磷酸化cAMP应答元件结合蛋白 (CREB) 的丝氨酸残基。
磷酸化的CREB蛋白被激活，它作为基因转录的调节蛋白识别并结合到靶细胞的cAMP应答元件 (CRE) 启动靶基因的转录，引起细胞缓慢的应答反应。
cAMP信号通路中的缓慢反应过程：激素→G-蛋白偶联受体→G-蛋白→腺苷酸环化酶→ cAMP→ cAMP依赖的蛋白激酶A→基因调控蛋白→基因转录。
cAMP是由腺苷酸环化酶 (adenylyl cyclase，AC) 催化合成的，腺苷酸环化酶为跨膜12次的糖蛋白，在Mg2+或Mn2+存在下能催化ATP生成cAMP；细胞内的环腺苷酸磷酸二酯酶 (PDE) 可降解cAMP生成5’-AMP，导致细胞内cAMP水平下降。
因此，细胞内cAMP的浓度受控于腺苷酸环化酶和PDE的共同作用）。
cAMP信号调控系统由质膜上的5种成分组成：刺激型激素受体 (Rs)、抑制型激素受体 (Ri)、刺激型G 蛋白 (Gs)、抑制型G蛋白 (Gi)、腺苷酸环化酶 (E)。
G蛋白偶联受体信号转导机制
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G蛋白偶联受体信号转导机制
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来源：《科学中国人》2016年第01期
G蛋白偶联受体（GPCR）是药物研究的重要靶点，超过30%的临床处方药是直接作用在GPCR上的，相关的研究已经获得了10次诺贝尔奖。
GPCR主要通过G蛋白或者Arrestin信号转导行使功能，然而无论是G蛋白还是Arrestin，如何识别特异的受体产生的信号指令，并翻译成下游的功能的机制尚不清楚。
中科院生物物理所的王江云课题组和山东大学医学院的孙金鹏课题组应用最新的非天然氨基酸编码方法和19FNMR技术，发现Arrestin是通过精确识别受体特异的磷酸化密码信息，来指导下游信号转导的机制，并提出了重要的新的假说，相关文章发表在《自然通讯》上。
受体信号转导的笛子模型描述了介导受体内吞，并为设计基于GPCR 的药物提供指导。
g蛋白偶联的受体介导的信号传导途径
g蛋白偶联的受体介导的信号传导途径G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptors，GPCRs）是一类涉及多种生理过程的跨膜蛋白。
它们将外界的化学信号转化为细胞内信号，激活细胞内的信号传导途径。
G蛋白偶联受体所用到的信号传导途径被称为G蛋白偶联通路。
这条通路是一条多级联的信号传导途径，可用于调控多种细胞过程，比如代谢、细胞增殖、细胞分化、细胞凋亡等。
G蛋白偶联通路的主要组成部分包括G蛋白、酶和细胞内信号分子。
G蛋白是通路中的关键分子。
它在GPCR激活后沿着细胞膜内侧移动并激活下游效应器。
G蛋白分为Gi、Gs和Gq等各种类型。
快速型Gs会激活腺苷酸酶（adenylyl cyclase，AC），使其合成第二信使cAMP；Gi则抑制AC的活性，进而减少cAMP的产生。
而Gq则激活磷脂酰肌醇酰转移酶（phospholipase C，PLC），导致钙离子的释放和下游钙离子介导的效应。
G蛋白的不同亚型在不同的细胞类型中具有不同的表达情况和功能。
酶也是G蛋白偶联通路的重要组成部分。
经G蛋白激活后的酶能够调节下游信号转导通路的活性。
比如，AC可将ATP转化为cAMP，从而激活下游的蛋白激酶A（PKA）；PLC则可将磷脂酰肌醇二酰肽（PIP2）切割成二磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油（DAG），从而激活下游的钙离子介导信号和蛋白激酶C（PKC）。
细胞内信号分子也是G蛋白偶联通路中的重要组成部分。
在通路中，一些蛋白激酶如PKA和PKC会被激活，并磷酸化下游的靶蛋白以发挥其生理功能。
另外，这些激活的蛋白激酶还能使某些转录因子的活性发生变化，从而改变细胞内的基因表达，从而调控其生长和分化。
除此以外，G蛋白偶联通路还可以与其它信号通路互相作用。
比如，它可以与酪氨酸激酶信号传导通路相互作用来调节细胞外基质的附着和肿瘤的侵袭。
也可以与线粒体信号通路相互作用来调节细胞凋亡和代谢等生理过程。
总之，G蛋白偶联受体介导的信号传导途径是一条重要的信号通路，在调节多个细胞过程中起着关键的作用。
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。
GPCR受体活化及信号转导通路探究
GPCR受体活化及信号转导通路探究GPCR（G蛋白偶联受体）是一类重要的膜内受体，它通过与G蛋白相互作用，将外界的信号转导到细胞内，从而控制细胞的生理功能。
GPCR是一大类蛋白质，涉及各种细胞内信号途径的转导和调控，在生物学研究中具有重要的地位。
1. GPCR受体的激活机制GPCR受体的激活机制涉及瞬态结构变化和构象变化。
当外界信号物质（如药物或激素）结合到GPCR上时，会引起受体的构象变化，从而导致G蛋白的结合和激活。
这个过程中，GPCR受体起到了信号转导的关键作用。
2. G蛋白介导的信号转导通路一旦GPCR受体被激活，它与G蛋白相互作用，导致G蛋白从静止状态转变为活化状态。
激活的G蛋白进而调控下游蛋白激酶的活性，启动一系列的信号转导通路。
2.1 G蛋白α亚单位介导的通路激活的G蛋白α亚单位具有GTP酶活性，在激活后能够与GTP结合形成复合物。
GTP结合的G蛋白α亚单位能够与下游蛋白激酶或离子通道相互作用，从而介导细胞内的信号传递。
G蛋白α亚单位还具有GTP水解酶活性，这使得它能够将GTP水解为GDP，从而使G蛋白恢复到不活化状态。
2.2 G蛋白βγ亚单位介导的通路G蛋白βγ亚单位是一个复合物，它在G蛋白激活时与α亚单位分离。
βγ亚单位可以直接在细胞内相互作用，或与下游信号分子结合，参与信号转导。
βγ亚单位的活化还可以通过激活蛋白激酶C（PKC）和磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）等酶来调节多种生理功能。
3. GPCR家族及其影响的生理功能GPCR家族包括超过800种受体，它们可以感知和传递多种信号。
这些受体广泛存在于生物的各个组织和细胞中，并调节多种生理功能，如感知光线、嗅觉、化学刺激以及调节心血管、免疫和神经系统等。
3.1 视觉系统中的GPCR受体GPCR在视觉系统中起到至关重要的作用。
视觉中，光信号被巩膜上的视脊髓素（11-维生素A醛）转化为视紫红质，这是一种GPCR受体，它感受不同波长的光线。
g蛋白偶联受体介导的信号转导过程
g蛋白偶联受体介导的信号转导过程概述：g蛋白偶联受体（G protein-coupled receptors，简称GPCRs）是一类位于细胞膜上的蛋白质受体，参与调控多种生理过程。
g蛋白偶联受体通过与g蛋白结合，将外界信号转导至细胞内部，触发一系列的信号传递过程。
本文将围绕g蛋白偶联受体介导的信号转导过程展开讨论。
第一部分：g蛋白偶联受体的结构与功能g蛋白偶联受体是跨膜蛋白，由七个跨膜结构域组成。
这些受体位于细胞膜上，可以感知多种外界信号，如光、荷尔蒙、神经递质等。
每个g蛋白偶联受体都具有特异的结构和功能，与特定的信号分子结合后，能够激活特定的g蛋白。
第二部分：g蛋白的分类与激活g蛋白分为Gs蛋白、Gi/Go蛋白和Gq/11蛋白三个主要类别。
Gs 蛋白激活后，会促使腺苷酸环化酶（adenylyl cyclase）活化，导致细胞内cAMP的水平增加。
Gi/Go蛋白激活后，会抑制腺苷酸环化酶的活性，从而降低细胞内cAMP水平。
Gq/11蛋白激活后，会激活磷脂酶C（phospholipase C），引发二磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油（DAG）信号通路的激活。
第三部分：g蛋白的激活与信号传递当外界信号分子与g蛋白偶联受体结合时，会导致g蛋白的构象变化，使其从不活跃状态转变为活跃状态。
活化的g蛋白与受体松解结合，与其结合的gTP（Guanosine triphosphate）被g蛋白内部的GTP酶活性水解为gDP（Guanosine diphosphate），使g 蛋白从活化状态恢复到不活化状态。
第四部分：信号传递的下游效应g蛋白的活化状态会引发一系列下游效应。
以Gs蛋白为例，活化的Gs蛋白会激活腺苷酸环化酶，使其催化ATP转化为cAMP。
cAMP 进一步激活蛋白激酶A（protein kinase A，简称PKA），PKA磷酸化特定底物蛋白，从而调控细胞内多种生理过程。
第五部分：信号终止与调控为了确保信号的精确传递和适度调控，g蛋白偶联受体信号转导过程需要及时终止和调控。
g蛋白偶联受体介导的信号通路共同点
《G蛋白偶联受体介导的信号通路共同点》近年来，G蛋白偶联受体（GPCR）介导的信号通路在细胞生物学和药物开发领域备受关注。
GPCR是一类跨膜受体蛋白，能感知细胞外的信号分子，从而引发细胞内的信号传导，对多种生理过程发挥重要作用。
在不同的细胞类型和组织中，不同种类的GPCR可能介导不同的信号通路，但同时也存在一些共同点。
本文将深入探讨G蛋白偶联受体介导的信号通路的共同点，并分析其对细胞生物学和临床治疗的意义。
共同点一：二级信号转导通路研究表明，GPCR介导的信号通路大多通过二级信号转导分子传递信号。
当细胞外的信号分子结合GPCR时，GPCR会激活其内在的G蛋白，并进而激活腺苷酸环化酶（AC）、磷脂酶C（PLC）、或细胞内钙离子等二级信号转导分子，最终引发细胞内信号传导级联反应。
这种二级信号转导通路是大多数GPCR共有的特点，为理解和干预GPCR介导的信号通路提供了重要线索。
共同点二：调控蛋白激活另一个共同点是，许多GPCR介导的信号通路均涉及调控蛋白的激活。
其中，蛋白激酶A（PKA）和蛋白激酶C（PKC）是最为典型的调控蛋白。
当GPCR被激活后，G蛋白会激活腺苷酸环化酶，进而使细胞内的cAMP水平升高，激活PKA。
另一些GPCR激活PLC，使细胞内的钙离子浓度升高，最终激活PKC。
这些调控蛋白激酶的激活对于细胞的功能和生理过程至关重要，因此成为了GPCR信号通路共同的重要环节。
共同点三：可能的信号转导交叉一些研究还发现，不同种类的GPCR介导的信号通路可能存在交叉。
某些GPCR激活PLC产生二酰甘油（DAG）和肌醇三磷酸（IP3），而IP3则可促使细胞内钙离子升高，从而激活PKC。
这种信号转导的交叉现象使得不同种类的GPCR之间产生相互影响和相互调节的可能性，增加了GPCR信号通路的复杂性和多样性。
总结与展望G蛋白偶联受体介导的信号通路具有一些共同的特点，如二级信号转导通路、调控蛋白激活和信号转导交叉等。
G蛋白偶联受体介导的信号通路PPT课件
化学信号 Gq 磷脂酶C
IP3（+DAG）
Ca2+通道 Ca2 + Ca2+-PKC
Ca2+-DAG-
PKC 关键酶或功能蛋白
细胞效应
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G蛋白在医学方面的意义（G蛋白异常与疾病）
• GPCR介导的信号转导 途径异常可见于心血管 病、遗传病、肿瘤和传 染病
• 霍乱毒素催化G蛋白的 α 亚基失去GTP酶活性， 导致对AC(腺苷酸环化 酶)的持续激活，AC分 解ATP产生大量的 cAMP(细胞第二信使)， 使得细胞膜上的离子通 道打开，大量的离子和 水分都从细胞膜内流到 细胞外，形成了大量的 脱水症状
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糖皮质激素的作用机理：基因调控作用机制
细胞膜
皮质类固醇
皮质类固醇受体 炎症因子表达下降
抗炎分子表达增加
AP
皮质类固醇基因
基因 (DNA) 细胞核
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AP=Actived Protein激活蛋
糖皮质激素作用机理
其他学说 非基因：细胞膜表面受体或细胞膜的物理、化学相互
作用，数分钟出现效应 炎症时淋巴细胞增多及相应受体表达增多
谢过程及基因表达功能。
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cAMP与蛋白激酶A介导的信号转导
• 特征：cAMP浓度升高激活蛋白激酶A（PKA），是激素调
控细胞代谢或基因表达的主要途径。
• 基本过程：化学信号通过细胞膜受体激活Gs型G蛋白，释放 活性Gsa.GTP。Gsa.GTP激活锚定于细胞膜胞质面的腺苷酸 环化酶（AC）。腺苷酸环化酶催化ATP合成cAMP。cAMP 变构激活细胞质基质PKA。PKA催化关键酶或功能蛋白磷酸 化，产生细胞效应。
2
G蛋白分类
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G-蛋白耦联受体的信号转导途径•G-蛋白耦联受体信号转导的主要途径：已知有100多种配体可通过G蛋白耦联受体实现跨膜信号转导，包括生物胺类激素如肾上腺素、去甲肾上腺素、组胺、5-羟色胺，肽类激素如缓激肽、黄体生成素、甲状旁腺激素，以及气味分子和光量子等。
根据效应器酶以及胞内第二信使信号转导成分的不同，其主要反应途径有以下两条：
（1）受体-G蛋白-Ac途径：激素为第一信使，带着内外界环境变化的信息，作用于靶细胞膜上的相应受体，经G-蛋白耦联，激活膜内腺苷酸环化酶（Ac），在Mg2+作用下，催化ATP转变为环磷酸腺cAMP，则细胞内的cAMP作为第二信使，激活cAMP依赖的蛋白激酶（PKA），进而催化细胞内多种底物磷酸化，最后导致细胞发生生物效应，如细胞的分泌，肌细胞的收缩，细胞膜通透性改变，以及细胞内各种酶促反应等。
•2）受体-G蛋白PLC途径：胰岛素、缩宫素、催乳素，以及下丘脑调节肽等与膜受体结合使其
活化后，经G蛋白耦联作用，激活膜内效应器酶——磷脂酶C（PLC），它使磷脂酰二磷酸肌醇（PIP2）分解，生成三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油（DG）。
医学|教育网收集整理IP3和DG 作为第二信使，在细胞内发挥信息传递作用。
IP3首先与内质网外膜上的Ca2+通道结合，使内质网释放Ca2+入胞浆，导致胞浆内Ca2+浓度明显增加，Ca2+与细胞内钙调蛋白（CAM）结合，激活蛋白激酶，促进蛋白质酶磷酸化，从而调
节细胞的功能活动。
DG的作用主要是特异性激
活蛋白激酶C（PKC）。
PKC与PKA一样可使多种蛋白质或酶发生磷酸化反应，进而调节细胞
的生物效应。