G-단백질 결합 수용체(G-protein coupled receptor)는 세포의 변화에 간접적으로 영향을 미치는 리간드 결합 수용체(ligand binding receptor)입니다. 실제 수용체는 세포막을 7번 가로지르는 단일 폴리펩타이드(polypeptide)로 세포 안팎에 고리를 형성합니다. 세포 외 고리는 신경전달물질이나 호르몬과 결합하는 리간드 특정 주머니(ligand specific pocket)를 형성합니다. 세포 내 고리는 G-단백질을 붙듭니다.
G-단백질(즉, 구아닌 뉴클레오타이드 결합 단백질(guanine nucleotide-binding protein))은 큰 이종 삼량 복합체(heterotrimeric complex)입니다. 이 단백질의 3개의 단위체(subunit)는 알파(α), 베타(β), 감마(γ)로 분류됩니다. 수용체가 결합하지 않았거나 쉬고 있으면 알파 단위체는 구아노신이인산(guanosine diphosphate, 줄여서 GDP) 분자에 결합하며, (알파 단위체를 포함한) 세 단위체 모두 수용체에도 결합합니다.
리간드가 수용체에 결합하면 알파 단위체는 GDP를 방출하고 구아노신삼인산(guanosine triphosphate, 줄여서 GTP) 분자에 결합합니다. 이 작용은 α-GTP 복합체와 β-&gamma 복합체를 방출합니다. α-GTP는 고리형 아데노신일인산(cyclic adenosine monophosphate, 줄여서 cAMP) 같은 2차 전달자 경로를 활성화하기 위해 막을 따라 움직일 수 있지만, 동시에 다른 유형의 알파 단위체 중 일부에게 억제하는 힘이 있어 cAMP를 비활성화할 수 있습니다.
β-γ 복합체는 칼륨(K+)을 세포 외 공간으로 방출하는 칼륨 이온 채널(potassium ion channel)과 상호작용하여 세포막의 과분극(hyperpolarization)을 일으킬 수 있습니다. 이 유형의 리간드 개폐 이온 채널(ligand-gated ion channel)은 G-단백질 의존성 내부정류 칼륨 채널(G-protein coupled inwardly rectifying potassium channel), 줄여서 GIRK이라고 합니다.
리간드는 수용체에 영구적으로 결합하지 않습니다. 리간드가 수용체를 벗어나면 G-단백질 단위가 재결합하고 재부착할 수 있게 됩니다. 그러나 G-단백질 단위가 재결합/재부착하려면 인근 효소가 알파 단위체에 결합한 GTP를 다시 GDP로 가수분해(hydrolysis)해야 합니다. 이것이 이루어지면 β-γ 복합체와 GDP-α 복합체가 재조립되고 전체 G-단백질이 수용체 영역에 다시 부착합니다.
일반적인 G-단백질 결합 수용체는 골격근에서 발견되는 무스카린성 아세틸콜린 수용체(muscarinic acetylcholine receptor), 심장의 베타-1 아드레날린 수용체(Beta-1 adrenergic receptor), 평활근 세포에 있는 바소프레신 수용체(vasopressin receptor)입니다. 후각 수용체(olfactory receptor)와 일부 미각 수용체(taste receptor)와 같은 감각계 내 수용체에 결합하는 리간드는 환경에서 온 분자입니다. 예를 들어 자당(sucrose) 분자는 G-단백질 결합 수용체에 결합해 단맛이 인식되게 만듭니다.
G-단백질 결합 수용체의 변형은 우울증 등 기분 장애에 큰 역할을 할 수 있습니다. 세로토닌(serotonin)은 G-단백질 결합 수용체인 5HT1A 수용체(5HT1A receptor)의 리간드입니다. 우울증이 있을 때 리간드와 수용체 사이의 상호작용이 변화한다고 제안된 적이 있습니다. 이때 리간드가 충분히 길게 결합하지 않거나 수용체가 완전히 응답하지 않아 세로토닌작동성 신호전달(serotonergic signaling)이 저하되고 우울증으로 나타납니다.
