G-蛋白偶联受体

G蛋白偶联受体的研究

生物工程1002班1012071078 王盼

摘要

G蛋白偶联受体是一个超级膜蛋白家族，该家族的结构特点为7个穿越细胞膜的双螺旋结构。其中N-端在细胞外，C-端在细胞内。它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，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信号分子，引起细胞内的一系列变化。牛视紫红质蛋白已经清楚，其效应关系为其他的G蛋白偶联受体的研究提供了模板。另一个重要的G蛋白偶联受体是血小板激活因子受体（PAFR）,它与血小板激活因子的解聚与许多生理和病理变化有关。

关键词

膜蛋白G蛋白偶联受体信号转导牛视紫红质蛋白血小板激活因子受体

G蛋白偶联受体（G Protein-Coupled Receptors，GPCRs）,是一大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的结合位点。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。在这

些过程中，G蛋白偶联受体能结合细胞周围环境中的化学物质并激活细胞内的一

系列信号通路，最终引起细胞状态的改变。已知的与G蛋白偶联受体结合的配体

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。与G蛋白偶联受体相关的疾病为数众多，并且大约40%的现代药物都以G

蛋白偶联受体作为靶点。[1]

G蛋白偶联受体的下游信号通路有多种。与配体结合的G蛋白偶联受体会发生构象变化，从而表现出鸟苷酸交换因子(GEF)的特性，通过以三磷酸鸟苷(GTP)交换G蛋

白上本来结合着的二磷酸鸟苷(GDP)使G蛋白的α亚基与β、γ亚基分离。这一过

程使得G蛋白(特别地，指其与GTP结合着的α亚基)变为激活状态，并参与下一

步的信号传递过程。具体的传递通路取决于α亚基的种类.其中两个主要的通路分

别涉及第二信使环腺苷酸和磷脂酰肌醇。

AC系统（腺苷酸环化酶系统）。

G蛋白偶联受体中的七个跨膜α螺旋

A 类(或第一类) (视紫红质样受体)

B 类(或第二类) (分泌素受体家族)

C 类(或第三类) (代谢型谷氨酸受体)

D 类(或第四类) (真菌交配信息素受体)

E 类(或第五类) (环腺苷酸受体)

F 类(或第六类) (Frizzled/Smoothened家族)

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。有些光敏感通道蛋白和G蛋白偶联受体有着相似的结构，也包含有七个跨膜螺旋，但同时也包含有一个跨膜的通道可供离子通过。

与G蛋白偶联受体相似，脂联素受体也包含七个跨膜域，但是它们以相反的方向跨于膜上，并且它们也不与G蛋白相互作用。

一些激活的即结合了配体的G蛋白偶联受体的结构也已经被研究清楚。这些结构显示了G蛋白偶联受体的膜外部分与配体结合了之后会导致膜内部分发生构象变化。其中最显著的变化是第五和第六跨膜螺旋之间的膜内环会向外移动，而激活的β2肾上腺素能受体与G蛋白形成的复合体的结构显示了G蛋白α亚基正是结合在了上述运动所产生的一个空穴处。

G蛋白偶联受体参与众多生理过程。包括但不限于以下例子：

感光:视紫红质是一大类可以感光的G蛋白偶联受体。它们可以将电磁辐射信号转化成细胞内的化学信号，引导这一过程的反应称为光致异构化。具体细节为：由视蛋白和辅因子视黄醛共价连接所构成的视紫红质在光源的刺激下，分子内的视黄醛会发生异构化，从“11-顺式”变成“全反式”，这个变化进一步引起视蛋白的构象变化从而激活与之偶联的G蛋白，引发下游的信号传递过程。

嗅觉：鼻腔内的嗅上皮和犁鼻器上分布有很多嗅觉受体，可以感知气味分子和费洛蒙。

行为和情绪的调节：哺乳动物的脑内有很多掌控行为和情绪的神经递质对应的受体是G蛋白偶联受体，包括血清素，多巴胺，γ-氨基丁酸和谷氨酸等。

免疫系统的调节：很多趋化因子通过G蛋白偶联受体发挥作用，这些受体被统称为趋化因子受体。其它属于此类的G蛋白偶联受体包括白介素受体和参与炎症与过敏反应的组胺受体等。

G蛋白耦联型受体为7次跨膜蛋白，因此亦有人将此类受体称为七次跨膜受体。受体本身不具备通道结构，也无酶活性，它是通过与脂质双层中以及膜内侧存在的包括G 蛋白等一系列信号蛋白质分子之间级联式的复杂的相互作用来完成信号跨膜转导的，因此也称促代谢型受体。[1]

G蛋白耦联型受体包括多种神经递质、肽类激素和趋化因子的受体，在味觉、视觉和嗅觉中接受外源理化因素的受体亦属G蛋白耦联型受体。[2]

受体

受体在结构上均为单体蛋白，由约300～400个氨基酸残基组成，有一个由30-50个氨基酸组成的细胞外N-末端，接着在肽链中出现7个α螺旋的跨膜结构，每个疏水跨膜区段由20～25个氨基酸组成，但各区段之间由数目不等的氨基酸组成的环状结构连接，其中1-2，3-4，5-6环在胞内侧，2-3，4-5，6-7环在胞外侧,第7个跨膜螺旋是能够识别、即能结合某种特定外来化学信号的部位。C端氨基酸残基相差很大，位于胞内侧。比较大的5-6胞内侧环与C端都具有亲水性，它们是与G蛋白相互作用的区域。小分子配体是结合在受体跨膜部的疏水区域，多肽配体结合区既与跨膜部分有关也与胞外亲水环有关。[3]

G蛋白

三聚体GTP结合调节蛋白简称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，当α亚基与GDP结合时处于关闭状态，与GTP结合时处于开启状态，α亚基具有GTP酶活性，能催化所结合的ATP水解，恢复无活性的三聚体