G-proteïne gekoppelde receptoren zijn ligandbindende receptoren die indirect invloed hebben op veranderingen in de cel. De receptor is een enkele polypeptide dat zeven keer door het celmembraan gaat en intracellulaire en extracellulaire lussen creëert. De extracellulaire lussen creëren een ligand-specifieke bindingsplaats voor neurotransmitters of hormonen. De intracellulaire lussen houden het G-proteïne vast.
Het G-proteïne of guanine nucleotide-bindende proteïne is een groot heterotrimeer complex met drie subeenheden die alfa (α), beta (β) en gamma (γ) genoemd worden. Wanneer de receptor ongebonden is, is er een guanosinedifosfaatmolecuul of GDP gebonden aan de α-subeenheid, en alle drie de subeenheden zijn aan zijn receptordomein gebonden.
Wanneer een ligand aan de receptor bindt, geeft de α-subeenheid het GDP vrij en bindt een guanosinetrifosfaat (GTP) molecuul. Hierdoor komen het α-GTP-complex en het β-γ-complex los van de receptor. De α-GTP kan langs het membraan bewegen om second messenger cascades zoals cAMP te activeren. Niet alle α-subeenheden zorgen voor een activatie, sommige kunnen ook remmend werken, waardoor cAMP wordt uitgeschakeld.
Het β-γ-complex kan een interactie aangaan met kaliumionkanalen die kalium (K +) afgeven in de extracellulaire ruimte, waardoor hyperpolarisatie van het celmembraan ontstaat. Dit type ligand-gated ionenkanaal wordt een naar binnen gericht G-proteïne gekoppeld kaliumkanaal of GIRK genoemd.
Liganden binden de receptor niet permanent. Wanneer het ligand de receptor verlaat, is G-proteïne-eenheden weer beschikbaar om zich opnieuw te binden. Voordat het G-proteïne bindingen aan kan gaan, moren nabijgelegen enzymen het GTP dat aan de α-subeenheid is gebonden, hydrolyseren tot het GDP. Daarna wordt het β-γ-complex opnieuw samengevoegd met het GDP-α-complex en wordt het hele G-proteïne weer aan zijn receptordomein gebonden.
Veel voorkomende G-proteïne gekoppelde receptoren zijn: muscarine acetylcholine receptoren in skeletspieren, Beta-1 adrenergische receptoren in het hart en vasopressinereceptoren op gladde spiercellen. In sensorische systemen, zoals reukreceptoren en sommige smaakreceptoren, komen de liganden die aan de receptor binden uit de omgeving. Sacharosemoleculen binden bijvoorbeeld aan G-proteïne gekoppelde receptoren, waardoor de perceptie van een zoete smaak ontstaat.
Veranderingen in G-proteïne gekoppelde receptoren kunnen een substantiële rol spelen bij stemmingsstoornissen, zoals depressie. Serotonine is een ligand voor de 5HT1A-receptor, een G-proteïne gekoppelde receptor. Er is gesuggereerd dat bij depressie de interacties tussen de ligand en de receptor veranderd; de ligand niet lang genoeg bindt of dat de receptor niet op de juiste manier reageert. Dit veroorzaakt een slechte serotonerge signalering die zich manifesteert als depressie.
