制作者：第制作者：第8小组小组G-protein coupled receptor G蛋白偶联受体的信号传导系统组长：吴纬宇； PPT：罗紫丹；讲解：刘联彬；资料收集：张雷、施佩、贺韵如G蛋白偶联受体的结构特征由一条多肽链组成，由一条多肽链组成，其中带有其中带有7个跨膜个跨膜螺螺旋区域。旋区域。其氨基末端朝向细胞其氨基末端朝向细胞外（有外（有4个胞外区）而个胞外区）而羧基朝向细胞内基质羧基朝向细胞内基质（有（有4个胞内区）。个胞内区）。在氨基的末端带有一在氨基的末端带有一些糖基化位点，而在细些糖基化位点，而在细胞内基质的第三个羧基胞内基质的第三个羧基末端各有一个在蛋白激末端各有一个在蛋白激酶催化下发生磷酸化的酶催化下发生磷酸化的位点。位点。作用机理1.受体与细胞外信息分子结合，并不是直接与细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胞膜内侧的效应酶(器器)作用。作用。2.通过与效应酶通过与效应酶(器器)偶联的起信号转导作用的鸟偶联的起信号转导作用的鸟苷酸结合蛋白苷酸结合蛋白(G蛋白蛋白)调节效应酶调节效应酶(器器)的活性。的活性。3.通过第二信使通过第二信使(胞内信使胞内信使)引起细胞的各种生物引起细胞的各种生物效应效应,包括生长分裂、代谢、游走、吞噬、分泌、包括生长分裂、代谢、游走、吞噬、分泌、收缩和电活动等。收缩和电活动等。G蛋白（GTP binding proteins）有能与有能与GTP(三磷酸鸟苷三磷酸鸟苷)结合的蛋白质都可结合的蛋白质都可以称为以称为G蛋白蛋白研究信号传递时特指与细胞表面受体偶联的研究信号传递时特指与细胞表面受体偶联的异三聚体异三聚体G蛋白（蛋白（heterotrimeric GTP binding protein）G蛋白的结构a.由由三种蛋白亚基三种蛋白亚基组成。组成。a.在在G蛋白的三个亚基蛋白的三个亚基中，中，和和以异二聚体以异二聚体存在，存在，亚基和亚基和亚基亚基分别通过共价结合脂分别通过共价结合脂分子锚定于质膜上。分子锚定于质膜上。G蛋白分类Gs和和Gi的区别主要是的区别主要是亚基的不同，而亚基的不同，而亚基相同。亚基相同。受体通过受体通过Gsa能激活腺苷酸环化酶，而通过能激活腺苷酸环化酶，而通过Gia则抑制腺苷酸环化则抑制腺苷酸环化酶，酶，G蛋白能使受体和腺苷酸环化酶偶联，把细胞外的信号转换为细胞蛋白能使受体和腺苷酸环化酶偶联，把细胞外的信号转换为细胞内的信号。内的信号。Gp型则是主要作用于磷脂酶型则是主要作用于磷脂酶C，参与，参与IP3 、DG的调节。的调节。p刺激型刺激型G蛋白（蛋白（Stimulating type G protein,Gs）p抑制型抑制型G蛋白（蛋白（Inhibited type G protein,Gi）p磷脂酶磷脂酶C型型G蛋白蛋白(PI-PLC G protein,Gp)G蛋白活性的变化(1)配体与受体结合配体与受体结合(2)受体活化受体活化G蛋白蛋白(3)G蛋白激活或抑制细胞中的效应分子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效应物生理效应 肾上腺素 -肾上腺受体 腺苷酸环化酶 糖原水解 血清紧张素血清紧张素受体腺苷酸环化酶行为敏感好学 光 视紫红质 cGMP磷酸二酯酶视觉兴奋 IgE抗原复合物 肥大细胞Ig-受体 磷脂酶C 磷脂酶C 分泌f-Met肽 趋化受体 磷脂酶C 趋化性 乙酰胆碱 毒蝇碱受体 K+通道 降低起搏活性 cAMP（胞内第二信使）信号途径1.激动剂信号激动剂信号与与G蛋白偶蛋白偶联受体受体结合后合后导致受体构致受体构象改象改变，其上与，其上与Gs结合位点暴露合位点暴露2.受体与受体与Gs在膜上在膜上扩散散导致两者致两者结合，形成受体合，形成受体-Gs复合体后，复合体后，Gs亚基构象改基构象改变，排斥，排斥GDP，结合了合了GTP而活化而活化3.亚基从而与基从而与亚基解离，同基解离，同时暴露出与腺苷酸暴露出与腺苷酸环化化酶(adenylate cyclase， AC)结合位点合位点4.亚基与基与环化化酶结合而使后者活化，利用合而使后者活化，利用ATP生成生成cAMP【另外，于【另外，于Gs的作用相反，抑制剂的信号则是与的作用相反，抑制剂的信号则是与抑制型受体（抑制型受体（Ri）结合，引起）结合，引起Gi的的亚基与亚基与亚基亚基解离从而被激活。解离从而被激活。Gi-GTP一方面直接抑制一方面直接抑制腺苷酸腺苷酸环化酶，另一方面游离的环化酶，另一方面游离的亚基在膜上可与亚基在膜上可与Gsa结结合成非活性的合成非活性的Gs蛋白，从而间接的抑制环化酶，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】且后者的抑制作用比前者的强】5. cAMP产生后，与依赖产生后，与依赖cAMP的蛋白激酶的蛋白激酶（PKA）的调节亚基结合，并使）的调节亚基结合，并使PKA的调节亚基和的调节亚基和催化亚基分离，活化催化亚基催化亚基分离，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。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，调节细胞反要功能蛋白，因而可以介导胞外信号，调节细胞反应。应。cAMP信号的终止该途径的信号解除有两种方式: 通过cAMP磷酸二酯酶(cAMP phosphodiesterase,PDE)将cAMP的环破坏,形成5-AMP。 通过抑制型的信号作用于Ri,然后通过Gi起作用。Gi蛋白被激活后，GTP同Gi蛋白的亚基结合，Gi的亚基与Gi复合物分离，并在细胞膜的胞质面进行扩散；当Gi的亚基与腺苷酸环化酶结合后则抑制其活性；而Gi复合物则可同激活型的Gs作用，阻止它去激活腺苷酸环化酶。 蛋白激酶（PKA）的激活cGMP信号途径信号途径1.激动型激动型G蛋白蛋白 激动剂信号与受体结合激动剂信号与受体结合受体激活暴露出受体激活暴露出Gsa结合部位，结合部位，Gsa被激被激活，受体构想改变（活，受体构想改变（GDPGTP）亚基与亚基与亚基解离，暴露亚基解离，暴露出与出与GC的结合位点同时信号受体复合物也与的结合位点同时信号受体复合物也与Gs分离。分离。活化的活化的Gsa+GCGC被激活被激活催化催化ATPcGMPcGMP浓度增加，浓度增加，PKG被激活被激活蛋白质磷酸化，引起细胞效应蛋白质磷酸化，引起细胞效应（可溶性（可溶性GC的活性需要的活性需要NO激活，激活，NO活化活化cGMP进而刺激进而刺激PKG使使血管平滑肌松弛和血管舒张）血管平滑肌松弛和血管舒张） GTP与与亚基结合几秒钟后，被水解成亚基结合几秒钟后，被水解成GDP，亚基恢复构想，亚基恢复构想，结合恢复到静息状态下的结合恢复到静息状态下的G蛋白，蛋白，GC失活。失活。2.抑制性抑制性G蛋白蛋白与与Gs作用相反，抑制剂信号作用相反，抑制剂信号+Ri受体受体Gi的的 Gia的的GTP抑制抑制GC亚基与亚基与的亚基解离而被活化的亚基解离而被活化 Gi的的与与解离后，游离解离后，游离 的的在膜上与在膜上与Gs结结 合成合成 非活性的非活性的Gs，抑制，抑制GC PKG只要通过作用于组蛋白，磷酸化激酶，糖原合成酶，丙酮酸激酶等。另一种作用方式是通过磷酸转移酶使自身磷酸化，通过抑制形式调节。 受体-G蛋白PLC途径1.胰岛素、缩宫素、催乳素，以及下丘脑调节胰岛素、缩宫素、催乳素，以及下丘脑调节肽等与膜受体结合肽等与膜受体结合2.经经G蛋白偶联蛋白偶联-激活膜内效应器酶激活膜内效应器酶磷脂磷脂酶酶C（PLC）3.磷脂酰二磷酸肌醇（磷脂酰二磷酸肌醇（PIP2）分解，生成三磷）分解，生成三磷酸肌醇（酸肌醇（IP3）和二酰甘油（）和二酰甘油（DG）4.IP3和和DG作为第二信使，在细胞内发挥信息作为第二信使，在细胞内发挥信息传递作用。传递作用。1.细胞外分子+G蛋白偶联受体磷酸酶C激活磷酸磷脂酰基水解1,4,5-三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油(DG)【第二信使】细胞外信号转变为细胞内信号。2.IP3与受体结合钙通道 启动Ga+到细胞中去，细胞基质Ga+浓度各种依赖Ga+的蛋白质活化细胞反应lCAM（失活）与Ga+结合有活性的Ga+CAM复合物蛋白激酶or磷酸酶激活靶蛋白磷酸化生物效应lGa+蛋白激酶（非活性）活性化lPKC(亲水性的催化活性中心一个，疏水的与膜结合区一个)平时分布在细胞质中，活化后可使蛋白质丝氨酸和苏氨酸残基磷酸化。l Ga+可视为第三信使。 视觉感受器中的G蛋白黑暗条件下视杆细胞(或视锥细胞)中cGMP浓度较高，cGMP门控钠离子通道开放，钠离子内流，引起膜去极化，突触持续向次级神经元释放递质。视紫红质（rhodopsin, Rh）为7次跨膜蛋白，含一个11顺-视黄醛。是视觉感受器中的G蛋白偶联型受体，光照使Rh视黄醛的构象变为反式，Rh分解为视黄醛和视蛋白（opsin），构象改变的视蛋白激活G蛋白（transducin, Gt），G蛋白激活cGMP磷酸二酯酶，将细胞中的cGMP水解。从而关闭钠通道，引起细胞超极化，产生视觉。可见胞内cGMP水平下降的负效应信号起传递光刺激的作用视觉化学感受器中的G蛋白(嗅觉)气味分子与化学感受器中的G蛋白偶联型受体结合，可激活腺苷酸环化酶，产生cAMP，开启cAMP门控阳离子通道（cAMP-gated cation channel），引起钠离子内流，膜去极化，产生神经冲动，最终形成嗅觉或味觉。嗅觉视觉感受器的换能反映可表述为：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激活G 蛋白（GX，Gi/o）激活 字窩1产生第二信使IP3 IP3 激活阳离子通道28.第谢 谢 观 赏8小 组