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6.8:

G蛋白偶联受体

JoVE 核
生物学
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JoVE 核 生物学
G-protein Coupled Receptors

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G蛋白偶联受体 或GPCR是另一类整体膜蛋白。 它们从细胞膜突出的细胞外部分 含有各种化合物的配体结合位点。 细胞内部分与由三个不同的亚基, α,β和γ组成的 G蛋白偶联。 当配体结合时, 受体的形状发生改变, 导致被α亚基结合的鸟苷二磷酸或GDP 被释放并取代了 鸟苷三磷酸 或GTP分子。 然后,这两个与β和γ亚基解离。 现在,两组片段都可以 自由地在细胞质周围移动, 并与其他效应蛋白相互作用, 从而激活一系列指导 和放大信号的细胞内信号级联。 为了终止该过程, GTP水解成GDP, G蛋白亚基重新组装成 非活性形式, 使GPCR准备好发出新信号。

6.8:

G蛋白偶联受体

G蛋白偶联受体是间接影响细胞变化的配体结合受体。实际受体是单个多肽,其横穿细胞膜七次,形成细胞内外循环。细胞外循环形成配体特异性口袋,其与神经递质或激素结合。细胞内循环保持在G蛋白上。

G蛋白或鸟嘌呤核苷酸结合蛋白是一种大的异三聚体复合物。其三个亚单位被标记为α (阿尔法)、β (贝塔)和γ (伽马)当受体未结合或静止时, α-亚单位结合鸟苷二磷酸分子或GDP,并且所有三个亚单位都连接到受体上。

当配体与受体结合时,α-亚单位释放GDP并结合三磷酸鸟苷 (GTP)分子。这个动作会从受体释放释放α-GTP复合物和β-γ复合物。α-GTP可以沿着膜运动,激活cAMP等第二信使途径。然而,有不同类型的α亚单位和一些是抑制,关闭cAMP。

β-γ复合物可能与钾离子通道相互作用,钾离子通道向细胞外释放钾离子,导致细胞膜超极化。这种配体门控离子通道称为G蛋白偶联内向整流钾通道或GIRK。

配体不能永久结合受体。当配体离开受体时,G-蛋白单位就可以重新结合和重新附着。但在此之前,附近的酶必须水解附在α-亚单位上的GTP,使之恢复到GDP。一旦实现了这一点,β-γ复合物与GDP-α复合物重组,整个G蛋白重新连接到其受体结构域。

常见的G-蛋白偶联受体有:骨骼肌中的毒蕈碱乙酰胆碱受体、心脏中的Beta-1肾上腺素受体和平滑肌细胞上的加压素受体。在感觉系统中,如嗅觉受体和一些味觉受体,结合配体是环境分子。例如,蔗糖分子与G蛋白偶联受体结合,产生甜味感。

G-蛋白偶联受体的改变可能在情绪障碍,如抑郁症中起重要作用。血清素是5HT1A受体的配体,5HT1A受体是一种G蛋白偶联受体。有人认为,在抑郁状态下,配体和受体之间的相互作用发生了变化;要么配体结合时间不够长,要么受体没有完全反应。这会导致血清能信号传导不良,表现为抑郁。

Suggested Reading

Gurevich, Vsevolod V., and Eugenia V. Gurevich. “Molecular Mechanisms of GPCR Signaling: A Structural Perspective.” International Journal of Molecular Sciences 18, no. 12 (November 24, 2017). [Source]

Katritch, Vsevolod, Vadim Cherezov, and Raymond C. Stevens. “Structure-Function of the G-Protein-Coupled Receptor Superfamily.” Annual Review of Pharmacology and Toxicology 53 (January 6, 2013): 531–56. [Source]

Bar-Shavit, Rachel, Myriam Maoz, Arun Kancharla, Jeetendra Kumar Nag, Daniel Agranovich, Sorina Grisaru-Granovsky, and Beatrice Uziely. “G Protein-Coupled Receptors in Cancer.” International Journal of Molecular Sciences 17, no. 8 (August 12, 2016). [Source]