蛋白偶聯(lián)受體及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)
細(xì)胞質(zhì)膜上最多，也是最重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)是由G-蛋白介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。這種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)有兩個重要的特點：①系統(tǒng)由三個部分組成：7次跨膜的受體、G蛋白和效應(yīng)物（酶）； ②產(chǎn)生第二信使。
5.2.1 G蛋白的結(jié)構(gòu)與功能
G蛋白，即GTP結(jié)合蛋白（GTP binding protein），參與細(xì)胞的多種生命活動，如細(xì)胞通訊、核糖體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的結(jié)合、小泡運輸、微管組裝、蛋白質(zhì)合成等。
■ 異源三體G蛋白（heterotrimeric G protein）的結(jié)構(gòu)組成
G蛋白偶聯(lián)系統(tǒng)中的G蛋白是由三個不同亞基組成的異源三體，三個亞基分別是α、β、γ， 總相對分子質(zhì)量在100kDa左右。G蛋白有多種調(diào)節(jié)功能， 包括Gs和Gi對腺苷酸環(huán)化酶的激活和抑制、對cGMP磷酸二酯酶的活性調(diào)節(jié)、對磷酯酶C的調(diào)節(jié)、對細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度的調(diào)節(jié)等， 此外還參與門控離子通道的調(diào)節(jié)（表5-2）。
表5-2 某些G蛋白的功能
效應(yīng)物 G蛋白 作用
腺苷酸環(huán)化酶 Gs 激活酶活性
Gi 抑制酶活性
K+離子通道 Gi 打開離子通道
磷脂酶C Gp 激活酶活性
cGMP磷酸二脂酶 Gt 激活酶活性
● G蛋白循環(huán)（G protein cycle）
在G蛋白偶聯(lián)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)中， G蛋白能夠以兩種不同的狀態(tài)結(jié)合在細(xì)胞質(zhì)膜上。一種是靜息狀態(tài)，即三體狀態(tài)； 另一種是活性狀態(tài)， G蛋白由非活性狀態(tài)轉(zhuǎn)變成活性狀態(tài)，爾后又恢復(fù)到非活性狀態(tài)的過程稱為G蛋白循環(huán)（G protein cycle，圖5-23）。G蛋白的這種活性轉(zhuǎn)變與三種蛋白相關(guān)聯(lián)：
● GTPase激活蛋白（GTPase-activating protein，GAPs）
● 鳥苷交換因子（guanine nucleotide-exchange factors，GEFs）
● 鳥苷解離抑制蛋白（guanine nucleotide-dissociation inhibitors，GDIs）
圖5-23 G蛋白循環(huán)
G蛋白與GDP結(jié)合時是非活性狀態(tài)，如果無活性的G蛋白與GDI結(jié)合，則處于被抑制狀態(tài)（無活性），如果G蛋白與GEF相互作用，將GDP換成了GTP，G蛋白則被激活，可啟動下游反應(yīng)。處于活性狀態(tài)的G蛋白與GTPase激活蛋白（GAP）相互作用，會激活GTPase，使GTP水解成GDP， 此時的G蛋白又恢復(fù)到無活性狀態(tài)。
■ G蛋白的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用
在G蛋白偶聯(lián)受體的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中G蛋白起重要作用， 它能夠?qū)⑹荏w接受的信號傳遞給效應(yīng)物， 產(chǎn)生第二信使，進(jìn)行信號轉(zhuǎn)導(dǎo)， 某些G蛋白可直接控制離子通道的通透性（圖（圖5-24）。一個典型的例子是通過神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿調(diào)節(jié)心肌收縮。
圖5-24 G蛋白偶聯(lián)受體能夠激活心肌質(zhì)膜的K+離子通道打開
（a）神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿與心肌細(xì)胞的膜受體結(jié)合，使得G蛋白的α亞基與β、γ亞基分開；（b）激活的β、γ亞基復(fù)合物同K+離子通道結(jié)合并將K+離子通道打開；（c）α亞基中的GTP水解，導(dǎo)致α亞基與β、γ亞基重新結(jié)合，使G蛋白處于非活性狀態(tài)，使K離子通道關(guān)閉。
細(xì)胞質(zhì)膜上最多，也是最重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)是由G-蛋白介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。這種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)有兩個重要的特點：①系統(tǒng)由三個部分組成：7次跨膜的受體、G蛋白和效應(yīng)物（酶）； ②產(chǎn)生第二信使。
5.2.1 G蛋白的結(jié)構(gòu)與功能
G蛋白，即GTP結(jié)合蛋白（GTP binding protein），參與細(xì)胞的多種生命活動，如細(xì)胞通訊、核糖體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的結(jié)合、小泡運輸、微管組裝、蛋白質(zhì)合成等。
■ 異源三體G蛋白（heterotrimeric G protein）的結(jié)構(gòu)組成
G蛋白偶聯(lián)系統(tǒng)中的G蛋白是由三個不同亞基組成的異源三體，三個亞基分別是α、β、γ， 總相對分子質(zhì)量在100kDa左右。G蛋白有多種調(diào)節(jié)功能， 包括Gs和Gi對腺苷酸環(huán)化酶的激活和抑制、對cGMP磷酸二酯酶的活性調(diào)節(jié)、對磷酯酶C的調(diào)節(jié)、對細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度的調(diào)節(jié)等， 此外還參與門控離子通道的調(diào)節(jié)（表5-2）。
表5-2 某些G蛋白的功能
效應(yīng)物 G蛋白 作用
腺苷酸環(huán)化酶 Gs 激活酶活性
Gi 抑制酶活性
K+離子通道 Gi 打開離子通道
磷脂酶C Gp 激活酶活性
cGMP磷酸二脂酶 Gt 激活酶活性
● G蛋白循環(huán)（G protein cycle）
在G蛋白偶聯(lián)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)中， G蛋白能夠以兩種不同的狀態(tài)結(jié)合在細(xì)胞質(zhì)膜上。一種是靜息狀態(tài)，即三體狀態(tài)； 另一種是活性狀態(tài)， G蛋白由非活性狀態(tài)轉(zhuǎn)變成活性狀態(tài)，爾后又恢復(fù)到非活性狀態(tài)的過程稱為G蛋白循環(huán)（G protein cycle，圖5-23）。G蛋白的這種活性轉(zhuǎn)變與三種蛋白相關(guān)聯(lián)：
● GTPase激活蛋白（GTPase-activating protein，GAPs）
● 鳥苷交換因子（guanine nucleotide-exchange factors，GEFs）
● 鳥苷解離抑制蛋白（guanine nucleotide-dissociation inhibitors，GDIs）
圖5-23 G蛋白循環(huán)
G蛋白與GDP結(jié)合時是非活性狀態(tài)，如果無活性的G蛋白與GDI結(jié)合，則處于被抑制狀態(tài)（無活性），如果G蛋白與GEF相互作用，將GDP換成了GTP，G蛋白則被激活，可啟動下游反應(yīng)。處于活性狀態(tài)的G蛋白與GTPase激活蛋白（GAP）相互作用，會激活GTPase，使GTP水解成GDP， 此時的G蛋白又恢復(fù)到無活性狀態(tài)。
■ G蛋白的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用
在G蛋白偶聯(lián)受體的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中G蛋白起重要作用， 它能夠?qū)⑹荏w接受的信號傳遞給效應(yīng)物， 產(chǎn)生第二信使，進(jìn)行信號轉(zhuǎn)導(dǎo)， 某些G蛋白可直接控制離子通道的通透性（圖（圖5-24）。一個典型的例子是通過神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿調(diào)節(jié)心肌收縮。
圖5-24 G蛋白偶聯(lián)受體能夠激活心肌質(zhì)膜的K+離子通道打開
（a）神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿與心肌細(xì)胞的膜受體結(jié)合，使得G蛋白的α亞基與β、γ亞基分開；（b）激活的β、γ亞基復(fù)合物同K+離子通道結(jié)合并將K+離子通道打開；（c）α亞基中的GTP水解，導(dǎo)致α亞基與β、γ亞基重新結(jié)合，使G蛋白處于非活性狀態(tài)，使K離子通道關(guān)閉。