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蛋白偶联受体及信号转导

细胞质膜上最多，也是最重要的信号转导系统是由G-蛋白介导的信号转导。这种信号转导系统有两个重要的特点：①系统由三个部分组成：7次跨膜的受体、G蛋白和效应物（酶）； ②产生第二信使。

5.2.1 G蛋白的结构与功能

G蛋白，即GTP结合蛋白（GTP binding protein），参与细胞的多种生命活动，如细胞通讯、核糖体与内质网的结合、小泡运输、微管组装、蛋白质合成等。

■ 异源三体G蛋白（heterotrimeric G protein）的结构组成

G蛋白偶联系统中的G蛋白是由三个不同亚基组成的异源三体，三个亚基分别是α、β、γ， 总相对分子质量在100kDa左右。G蛋白有多种调节功能， 包括Gs和Gi对腺苷酸环化酶的激活和抑制、对cGMP磷酸二酯酶的活性调节、对磷酯酶C的调节、对细胞内Ca2+浓度的调节等， 此外还参与门控离子通道的调节（表5-2）。

表5-2 某些G蛋白的功能

效应物 G蛋白 作用

腺苷酸环化酶 Gs 激活酶活性

Gi 抑制酶活性

K+离子通道 Gi 打开离子通道

磷脂酶C Gp 激活酶活性

cGMP磷酸二脂酶 Gt 激活酶活性

● G蛋白循环（G protein cycle）

在G蛋白偶联信号转导系统中， G蛋白能够以两种不同的状态结合在细胞质膜上。一种是静息状态，即三体状态； 另一种是活性状态， G蛋白由非活性状态转变成活性状态，尔后又恢复到非活性状态的过程称为G蛋白循环（G protein cycle，图5-23）。G蛋白的这种活性转变与三种蛋白相关联：

● GTPase激活蛋白（GTPase-activating protein，GAPs）

● 鸟苷交换因子（guanine nucleotide-exchange factors，GEFs）

● 鸟苷解离抑制蛋白（guanine nucleotide-dissociation inhibitors，GDIs）

图5-23 G蛋白循环

G蛋白与GDP结合时是非活性状态，如果无活性的G蛋白与GDI结合，则处于被抑制状态（无活性），如果G蛋白与GEF相互作用，将GDP换成了GTP，G蛋白则被激活，可启动下游反应。处于活性状态的G蛋白与GTPase激活蛋白（GAP）相互作用，会激活GTPase，使GTP水解成GDP， 此时的G蛋白又恢复到无活性状态。

■ G蛋白的信号转导作用

在G蛋白偶联受体的信号转导中G蛋白起重要作用， 它能够将受体接受的信号传递给效应物， 产生第二信使，进行信号转导， 某些G蛋白可直接控制离子通道的通透性（图（图5-24）。一个典型的例子是通过神经递质乙酰胆碱调节心肌收缩。

图5-24 G蛋白偶联受体能够激活心肌质膜的K+离子通道打开

（a）神经递质乙酰胆碱与心肌细胞的膜受体结合，使得G蛋白的α亚基与β、γ亚基分开；（b）激活的β、γ亚基复合物同K+离子通道结合并将K+离子通道打开；（c）α亚基中的GTP水解，导致α亚基与β、γ亚基重新结合，使G蛋白处于非活性状态，使K离子通道关闭。

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