第四讲-G蛋白偶联受体研究进展课件
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G蛋白偶联受体课件
2. 受体与Gs在膜上扩散导致两者结合，形成受体Gs复合体后，Gsα亚基构象改变，排斥GDP，结 合了GTP而活化
3. α亚基从而与βγ亚基解离，同时暴露出与腺苷酸 环化酶(adenylate cyclase， AC)结合位点
4. α亚基与环化酶结合而使后者活化，利用ATP生成 cAMP
【另外，于Gs的作用相反，抑制剂的信号则是与 抑制型受体（Ri）结合，引起Gi的α亚基与βγ亚基 解离从而被激活。Giα-GTP一方面直接抑制腺苷酸 环化酶，另一方面游离的βγ亚基在膜上可与Gsa结 合成非活性的Gs蛋白，从而间接的抑制环化酶， 且后者的抑制作用比前者的强】 5. cAMP产生后，与依赖cAMP的蛋白激酶（PKA） 的调节亚基结合，并使PKA的调节亚基和催化亚基 分离，活化催化亚基 6. 催化亚基将代谢途径中的一些靶蛋白中的丝氨 酸或苏氨酸残基磷酸化，将其激活或钝化。 7. 被磷酸化共价修饰的靶蛋白往往是调节酶或重 要功能蛋白，因而可以介导胞外信号，调节细胞反 应。
G蛋白活性的变化
(1)配体与受体结合
(2)受体活化G蛋白
(3)G蛋白激活或抑制细胞中的效应分子
(4)效应分子改变细胞内信使的含量与分布
(5)细胞内信使作用于相应的靶分子，从而 改变细胞的代谢过程及基因表达等功能
异质G蛋白介导的生理效应
配体
受体
肾上腺素 β-肾上腺受体
效应物
生理效应
腺苷酸环化酶 糖原水解
• 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。
• 嗅觉感受器的换能反映可表述为：
• 气味分子→与嗅觉感器神经表面的嗅觉受体结合
3. α亚基从而与βγ亚基解离，同时暴露出与腺苷酸 环化酶(adenylate cyclase， AC)结合位点
4. α亚基与环化酶结合而使后者活化，利用ATP生成 cAMP
【另外，于Gs的作用相反，抑制剂的信号则是与 抑制型受体（Ri）结合，引起Gi的α亚基与βγ亚基 解离从而被激活。Giα-GTP一方面直接抑制腺苷酸 环化酶，另一方面游离的βγ亚基在膜上可与Gsa结 合成非活性的Gs蛋白，从而间接的抑制环化酶， 且后者的抑制作用比前者的强】 5. cAMP产生后，与依赖cAMP的蛋白激酶（PKA） 的调节亚基结合，并使PKA的调节亚基和催化亚基 分离，活化催化亚基 6. 催化亚基将代谢途径中的一些靶蛋白中的丝氨 酸或苏氨酸残基磷酸化，将其激活或钝化。 7. 被磷酸化共价修饰的靶蛋白往往是调节酶或重 要功能蛋白，因而可以介导胞外信号，调节细胞反 应。
G蛋白活性的变化
(1)配体与受体结合
(2)受体活化G蛋白
(3)G蛋白激活或抑制细胞中的效应分子
(4)效应分子改变细胞内信使的含量与分布
(5)细胞内信使作用于相应的靶分子，从而 改变细胞的代谢过程及基因表达等功能
异质G蛋白介导的生理效应
配体
受体
肾上腺素 β-肾上腺受体
效应物
生理效应
腺苷酸环化酶 糖原水解
• 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。
• 嗅觉感受器的换能反映可表述为：
• 气味分子→与嗅觉感器神经表面的嗅觉受体结合
g蛋白及其受体的研究 ppt课件
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
G蛋白偶联受体介导的信号通路PPT课件
18
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
19
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
20
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
21
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。
15
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
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
19
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
20
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
21
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
G蛋白偶联受体的结构与激活 PPT
的位点。
大家好Βιβλιοθήκη 2大家好3
G蛋白（GTP binding proteins）
2017
有能与GTP（三磷酸鸟苷）结合的蛋白质 都可以称为“G蛋白”
研究信号传递时特指与细胞表面受体偶联的特 异三聚体G蛋白（heterotrimeric GTP binding
protein）
是三聚体G蛋白结合调节蛋白，位于质膜内侧，
大家好
13
• 在线虫基因组19000个基因中大约编码1000种不同的G蛋 白偶联受体。
• 尽管与这些受体相互作用的信号分子多种多样，受体的
氨基酸序列也千差万别，但对G蛋白偶联受体的研究分析
结果表明，所有真核生物从单细胞酵母到人类都具有相
同的7次跨膜结构。
大家好
9
哺乳类三聚体G蛋白的主要种类及其效应器
大家好
10
1.G蛋白偶联受体其氨基末端朝向
而羧基朝向
。
2.三聚体G蛋白结合调节蛋白，位于质膜
亚基组成，是一类重要的
蛋白。
，有 、 、 三个
3.G蛋白偶联受体的激活机制阐明了
细胞外 细胞内基质 内侧 α、β、γ 分子开关
胞外信号 胞内信号
大家好
转换为
的机制。
11
thanks！
大家好
12
2017
Bye Bye
➢推测配体与受体的结合会引 起H5和H6螺旋的彼此相互移 动，结果导致C3环构象改变 使之容许结合并激活α亚基。
大家好
8
• G蛋白偶联受体介导无数胞外信号的细胞应答，G蛋白偶 联受体家族包括多种对蛋白或肽类激素、局部介质、神
经递质和氨基酸或脂肪酸衍生物等配体识别与结合的受
G蛋白偶联受体介导的信号通路课件PPT
GPCRs通常由七个跨膜螺旋组成，这 些螺旋结构共同形成一个凹槽，可以 与G蛋白结合。
G蛋白偶联受体在细胞信号转导中的重要性
GPCRs在细胞信号转导中起着至关重 要的作用，它们能够感知并响应多种 生理和环境刺激，如激素、神经递质、 光、气味等。
GPCRs通过与G蛋白的偶联，激活一 系列下游信号通路，从而调控细胞的 生长、分化、代谢和功能。
转录后水平上，G蛋白偶联受体的合成受到多种蛋白质翻译后修饰的影响，如磷酸化、 泛素化等，这些修饰可以改变G蛋白偶联受体的稳定性、膜定位或功能活性。
G蛋白偶联受体活性的调节
G蛋白偶联受体的活性受到多种因素的影响，包括配 体结合、G蛋白的偶联与解偶联、以及受体自身磷酸
化等。
输标02入题
配体结合可以改变G蛋白偶联受体的构象，从而影响 其与G蛋白的偶联和信号转导。
1
深入研究G蛋白偶联受体与下游效应器之间的相 互作用机制，揭示信号转导的详细过程。
2
解析G蛋白偶联受体介导的信号通路的分子结构 和动态变化，为药物设计和调控提供理论依据。
3
探究不同G蛋白偶联受体亚型在信号转导中的差 异和特异性，为针对特定疾病靶点的药物研发提 供指导。
寻找G蛋白偶联受体介导的信号通路的特异性抑制剂或激动 剂
会逐渐减弱甚至消失。
此外，还存在多种蛋白质可以抑制G蛋白偶联受体的 活性或信号转导，如GRK、β-arrestin等。
G蛋白偶联受体介导的信号通路存在多种负调 节机制，这些机制可以抑制或终止信号转导， 从而维持细胞信号转导的稳态。
内吞作用也是一种重要的负调节机制，G蛋白偶 联受体可以被内吞进入细胞内，从而使其暂时失 去信号转导的能力。
开发基于G蛋白偶联受体介导的信号通路的生物标志
G蛋白偶联受体在细胞信号转导中的重要性
GPCRs在细胞信号转导中起着至关重 要的作用，它们能够感知并响应多种 生理和环境刺激，如激素、神经递质、 光、气味等。
GPCRs通过与G蛋白的偶联，激活一 系列下游信号通路，从而调控细胞的 生长、分化、代谢和功能。
转录后水平上，G蛋白偶联受体的合成受到多种蛋白质翻译后修饰的影响，如磷酸化、 泛素化等，这些修饰可以改变G蛋白偶联受体的稳定性、膜定位或功能活性。
G蛋白偶联受体活性的调节
G蛋白偶联受体的活性受到多种因素的影响，包括配 体结合、G蛋白的偶联与解偶联、以及受体自身磷酸
化等。
输标02入题
配体结合可以改变G蛋白偶联受体的构象，从而影响 其与G蛋白的偶联和信号转导。
1
深入研究G蛋白偶联受体与下游效应器之间的相 互作用机制，揭示信号转导的详细过程。
2
解析G蛋白偶联受体介导的信号通路的分子结构 和动态变化，为药物设计和调控提供理论依据。
3
探究不同G蛋白偶联受体亚型在信号转导中的差 异和特异性，为针对特定疾病靶点的药物研发提 供指导。
寻找G蛋白偶联受体介导的信号通路的特异性抑制剂或激动 剂
会逐渐减弱甚至消失。
此外，还存在多种蛋白质可以抑制G蛋白偶联受体的 活性或信号转导，如GRK、β-arrestin等。
G蛋白偶联受体介导的信号通路存在多种负调 节机制，这些机制可以抑制或终止信号转导， 从而维持细胞信号转导的稳态。
内吞作用也是一种重要的负调节机制，G蛋白偶 联受体可以被内吞进入细胞内，从而使其暂时失 去信号转导的能力。
开发基于G蛋白偶联受体介导的信号通路的生物标志
G蛋白偶联受体课件
外（有4个胞外区）而
羧基朝向细胞内基质
（有4个胞内区）。
③在氨基的末端带有一
些糖基化位点，而在细
胞内基质的第三个羧基
末端各有一个在蛋白激
酶催化下发生磷酸化的
位点。
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3
作用机理
1.受体与细胞外信息分子结合，并不是直接与细 胞膜内侧的效应酶(器)作用。
2.通过与效应酶(器)偶联的起信号转导作用的鸟苷 酸结合蛋白(G蛋白)调节效应酶(器)的活性。
cGMP浓度增加，PKG被激活→蛋白质磷酸化，引起细胞效应 （可溶性GC的活性需要NO激活，NO活化cGMP进而刺激PKG使 血管平滑肌松弛和血管舒张）
GTP与α亚基结合几秒钟后，被水解成GDP，α亚基恢复构想， αβγ结合恢复到静息状态下的G蛋白，GC失活。
学习交流PPT
16
2.抑制性G蛋白
与Gs作用相反，抑制剂信号+Ri受体→Gi的α
3.通过第二信使(胞内信使)引起细胞的各种生物效 应,包括生长分裂、代谢、游走、吞噬、分泌、收 缩和电活动等。
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4
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5
G蛋白（GTP binding proteins）
有能与GTP(三磷酸鸟苷)结合的蛋白质都可以 称为"G蛋白" 研究信号传递时特指与细胞表面受体偶联的 异三聚体G蛋白（heterotrimeric GTP binding protein）
1.胰岛素、缩宫素、催乳素，以及下丘脑调节 肽等与膜受体结合 2.经G蛋白偶联---激活膜内效应器酶——磷脂酶 C（PLC） 3.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） 4.IP3和DG作为第二信使，在细胞内发挥信息 传递作用。
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➢ C族受体的N未端(大约600个氨基酸)和C未端 都很长,在C-Ⅰ与C-Ⅱ间也由两个Cys形成二 硫键,C-Ⅲ环短并且高度保守。
配体结合域
➢ A族受体的配体结合域 ➢ 一类是小分子配体,小分子配体结合在受体跨
膜α螺旋形成的结合裂隙中。
✓ 经典的小分子配体有肾上腺素(E)、去甲肾上腺素 (NE)、多巴胺(DA)、5-羟色胺(5-HT)、组胺(His)、 乙酰胆碱(Ach)、前列腺素(PGs)、白三烯(LTs)和 嘌呤(purine)等。
➢ 另一类是大分子肽类配体, 肽类配体主要结合 在受体的胞外结构域。
✓ P物质、神经激肽A、神经激肽B、血管紧张素、 神经肽Y、白介素8,抗利尿激素等肽类配体。
➢ B族受体的配体结合域
➢ 与A族的肽类配体类似,B族受体的肽类配体 结合部位主要位于受体的胞外结构域。
➢ B族受体的N末端在大多数配体与受体的结合 中起关键作用。例如分泌素、血管肠肽、胰 高血糖素等肽类配体,它们不仅与受体的N末 端结合,而且与受体的ECL相互作用。
➢ 人类基因组测序表明,约有720个基因参与了 GPCR的合成。
➢ GPCR功能失调会导致许多疾病的产生,如阿 尔 茨 海 默 氏 症 (alzheimers) 、 帕 金 森 症 (Parkinson disease)、侏儒症(midgetism)、色 盲症(acritochronacy)以及哮喘(asthma)等。
➢ D族—真菌信息素(fungal pheromone)受体 ➢ E族—cAMP受体(cAMP receptor)
➢ 在GPCR家族中,A族受体数目最多。
➢ A族受体共有二十多个高度保守位点。
➢ A族的12个高度保守位点功能见表。
➢ B族受体的N末端较长且较保守,主要结合一 些大的配基,如胰高血糖素、分泌素等。
➢ C族受体的配体结合域
➢ C族受体的配体主要有谷氨酸、GABA和Ca2+。 这些配体虽然分子小,但是其与A族小分子配 体在受体上的结合部位不同,均位于受体胞外 的N末端。
GPCRs活化的分子机制
➢ 1. 分子内相互作用力使GPCRs处于静止构象
✓ 在没有激动剂时,分子内相互作用力使GPCRs处于 静止(非活性)构象,当受体与激动剂结合或受体发 生突变时,破坏了受体分子内相互作用力,使受体 的关键序列暴露给G蛋白,从而活化G蛋白。可以 认为,分子内相互作用力遭到破坏是GPCRs活化机 制之一。使受体易于在活性构象和非活性构象之 间转变。
脂类、核苷酸、离子和蛋白酶等。
➢ 各种光、嗅、味的信号分子也由GPCRs介导。 ➢ 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(AC)和活化磷脂酶的活性, 调节钾及钙离子通道的活性。
➢ 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。
➢ 接近50%的药物是用GPCR作为它们的靶标。
➢ 对于GPCR的研究具有极其重要的意义。
GPCR的结构
➢ GPCR的肽链
✓ N末端,7个跨膜α螺旋(TM1→TM7)。 ✓ C末端,3个胞外环(ECL1→ECL3)及3~4个胞内环
(ICL1→ICL4)组成。
➢ N端在胞外,常常被糖基化。 ➢ C端在胞内,多表现为磷酸化。 ➢ 7个跨膜的α螺旋反复穿过细胞膜的脂双层。 ➢ 不同GPCR跨膜螺旋区的氨基酸比较保守,而
➢ ②甲状旁腺激素受体;
➢ ③胰高血糖素、类胰高血糖素肽、垂体腺苷 酸环化酶活化肽、血管活性肠肽和分泌素受 体;
➢ ④Latrotoxin受体。
➢ C族,又称为神经递质/钙受体样受体族, 分为5 个亚族:
➢ ①谷氨酸受体; ➢ ②γ-氨基丁酸(GABA)受体; ➢ ③钙受体; ➢ ④鼻神经外激素受体; ➢ ⑤味觉受体。
➢ 4. GPCR与G蛋白偶联
✓ 信号从活化受体传递给G蛋白的机理还不清楚。 实验证实,GPCRs的ICL2和ICL3在与G蛋白偶联 中发挥重要作用。其中ICL3决定偶联G蛋白α亚 基的特异性,ICL2决定G蛋白的活化。
➢ ②胆囊收缩肽、内皮素、速激肽、神经肽Y 等;
➢ ③非脊椎动物的视蛋白和缓激肽受体;
➢ ④腺嘌呤、大麻类、黑皮素及嗅觉受体;
➢ ⑤趋化因子、互补因子、促性腺激素释放激 素(GnRH)等;
➢ ⑥褪黑激素受体及其它。
➢ B族,又称为胰高血糖素/血管活性肠肽/降钙素 受体样受体族, 分为4个亚族:
➢ ①降钙素和促肾上腺皮质激素释放因子受体;
C/N末端和回环区的氨基酸差异较大。
ICL 胞内侧 TM1
胞外侧
TM7 ECL
牛视紫红质结构的模式图
➢ 目 前 只 有 一 种 GPCR 蛋 白 — 牛 视 紫 红 质 (bovine rhodopsin)的晶体三维结构被构建。
✓细胞质的末端区域通常被疏水残基所环绕, 它们一同形成了G蛋白的结合位点。
G蛋白偶联受体研究进展
G protein-coupled receptor, GPCR
GPCR
➢ G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptor, GPCR), 是人体内最大的蛋白质家族,迄今已报道了近2000种 不同的GPCRs。
➢ GPCRs因能结合和调节G蛋白活性而得名。 ➢ GPCRs的配体多种多样,包括生物胺、肽类、糖蛋白、
✓牛视紫质受体在C末端有一段短的α螺旋, 并与膜平行,称之为TM8,可能对于受体的 结构稳定起着重要的作用。
✓一些亚家族受体间存在着一些相似的结构, 如几乎所有GPCR都具有二硫键等。
GPCR分类
➢ A族，又称为视紫红质(rhodopsin) 素受体族，分为6个亚族:
/β2肾上腺
➢ ①生物胺受体;
➢ 2. 质子化是GPCRs活化的关键
✓ A 族 受 体 ICL2 上 有 一 保 守 的 DRY(Glu/Asp-ArgTyr)基序,许多实验证明,当受体活化时,其Glu/Asp 发生质子化。
➢ 3. GPCRs活化中的构象变化
✓ GPCRs活化中的构象变化,研究的最多的是视紫红 质。多种光谱技术的研究结果表明,在视紫红质活 化为变视紫红质Ⅱ的过程中,发生了构象重排。
配体结合域
➢ A族受体的配体结合域 ➢ 一类是小分子配体,小分子配体结合在受体跨
膜α螺旋形成的结合裂隙中。
✓ 经典的小分子配体有肾上腺素(E)、去甲肾上腺素 (NE)、多巴胺(DA)、5-羟色胺(5-HT)、组胺(His)、 乙酰胆碱(Ach)、前列腺素(PGs)、白三烯(LTs)和 嘌呤(purine)等。
➢ 另一类是大分子肽类配体, 肽类配体主要结合 在受体的胞外结构域。
✓ P物质、神经激肽A、神经激肽B、血管紧张素、 神经肽Y、白介素8,抗利尿激素等肽类配体。
➢ B族受体的配体结合域
➢ 与A族的肽类配体类似,B族受体的肽类配体 结合部位主要位于受体的胞外结构域。
➢ B族受体的N末端在大多数配体与受体的结合 中起关键作用。例如分泌素、血管肠肽、胰 高血糖素等肽类配体,它们不仅与受体的N末 端结合,而且与受体的ECL相互作用。
➢ 人类基因组测序表明,约有720个基因参与了 GPCR的合成。
➢ GPCR功能失调会导致许多疾病的产生,如阿 尔 茨 海 默 氏 症 (alzheimers) 、 帕 金 森 症 (Parkinson disease)、侏儒症(midgetism)、色 盲症(acritochronacy)以及哮喘(asthma)等。
➢ D族—真菌信息素(fungal pheromone)受体 ➢ E族—cAMP受体(cAMP receptor)
➢ 在GPCR家族中,A族受体数目最多。
➢ A族受体共有二十多个高度保守位点。
➢ A族的12个高度保守位点功能见表。
➢ B族受体的N末端较长且较保守,主要结合一 些大的配基,如胰高血糖素、分泌素等。
➢ C族受体的配体结合域
➢ C族受体的配体主要有谷氨酸、GABA和Ca2+。 这些配体虽然分子小,但是其与A族小分子配 体在受体上的结合部位不同,均位于受体胞外 的N末端。
GPCRs活化的分子机制
➢ 1. 分子内相互作用力使GPCRs处于静止构象
✓ 在没有激动剂时,分子内相互作用力使GPCRs处于 静止(非活性)构象,当受体与激动剂结合或受体发 生突变时,破坏了受体分子内相互作用力,使受体 的关键序列暴露给G蛋白,从而活化G蛋白。可以 认为,分子内相互作用力遭到破坏是GPCRs活化机 制之一。使受体易于在活性构象和非活性构象之 间转变。
脂类、核苷酸、离子和蛋白酶等。
➢ 各种光、嗅、味的信号分子也由GPCRs介导。 ➢ 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(AC)和活化磷脂酶的活性, 调节钾及钙离子通道的活性。
➢ 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。
➢ 接近50%的药物是用GPCR作为它们的靶标。
➢ 对于GPCR的研究具有极其重要的意义。
GPCR的结构
➢ GPCR的肽链
✓ N末端,7个跨膜α螺旋(TM1→TM7)。 ✓ C末端,3个胞外环(ECL1→ECL3)及3~4个胞内环
(ICL1→ICL4)组成。
➢ N端在胞外,常常被糖基化。 ➢ C端在胞内,多表现为磷酸化。 ➢ 7个跨膜的α螺旋反复穿过细胞膜的脂双层。 ➢ 不同GPCR跨膜螺旋区的氨基酸比较保守,而
➢ ②甲状旁腺激素受体;
➢ ③胰高血糖素、类胰高血糖素肽、垂体腺苷 酸环化酶活化肽、血管活性肠肽和分泌素受 体;
➢ ④Latrotoxin受体。
➢ C族,又称为神经递质/钙受体样受体族, 分为5 个亚族:
➢ ①谷氨酸受体; ➢ ②γ-氨基丁酸(GABA)受体; ➢ ③钙受体; ➢ ④鼻神经外激素受体; ➢ ⑤味觉受体。
➢ 4. GPCR与G蛋白偶联
✓ 信号从活化受体传递给G蛋白的机理还不清楚。 实验证实,GPCRs的ICL2和ICL3在与G蛋白偶联 中发挥重要作用。其中ICL3决定偶联G蛋白α亚 基的特异性,ICL2决定G蛋白的活化。
➢ ②胆囊收缩肽、内皮素、速激肽、神经肽Y 等;
➢ ③非脊椎动物的视蛋白和缓激肽受体;
➢ ④腺嘌呤、大麻类、黑皮素及嗅觉受体;
➢ ⑤趋化因子、互补因子、促性腺激素释放激 素(GnRH)等;
➢ ⑥褪黑激素受体及其它。
➢ B族,又称为胰高血糖素/血管活性肠肽/降钙素 受体样受体族, 分为4个亚族:
➢ ①降钙素和促肾上腺皮质激素释放因子受体;
C/N末端和回环区的氨基酸差异较大。
ICL 胞内侧 TM1
胞外侧
TM7 ECL
牛视紫红质结构的模式图
➢ 目 前 只 有 一 种 GPCR 蛋 白 — 牛 视 紫 红 质 (bovine rhodopsin)的晶体三维结构被构建。
✓细胞质的末端区域通常被疏水残基所环绕, 它们一同形成了G蛋白的结合位点。
G蛋白偶联受体研究进展
G protein-coupled receptor, GPCR
GPCR
➢ G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptor, GPCR), 是人体内最大的蛋白质家族,迄今已报道了近2000种 不同的GPCRs。
➢ GPCRs因能结合和调节G蛋白活性而得名。 ➢ GPCRs的配体多种多样,包括生物胺、肽类、糖蛋白、
✓牛视紫质受体在C末端有一段短的α螺旋, 并与膜平行,称之为TM8,可能对于受体的 结构稳定起着重要的作用。
✓一些亚家族受体间存在着一些相似的结构, 如几乎所有GPCR都具有二硫键等。
GPCR分类
➢ A族，又称为视紫红质(rhodopsin) 素受体族，分为6个亚族:
/β2肾上腺
➢ ①生物胺受体;
➢ 2. 质子化是GPCRs活化的关键
✓ A 族 受 体 ICL2 上 有 一 保 守 的 DRY(Glu/Asp-ArgTyr)基序,许多实验证明,当受体活化时,其Glu/Asp 发生质子化。
➢ 3. GPCRs活化中的构象变化
✓ GPCRs活化中的构象变化,研究的最多的是视紫红 质。多种光谱技术的研究结果表明,在视紫红质活 化为变视紫红质Ⅱ的过程中,发生了构象重排。