7.2.2 常见信号转导机制2在线视频

同学们好

这节课我们要介绍的

是第三种信号转导机制

也就是经典的G蛋白偶联信号通路

G蛋白偶联信号通路代表了一种

建立的最好的信号转导模式

G蛋白偶联受体信号通路

对动物处理各种外界信号

具有重要的作用

包括各种感觉信号的转导

而且在药物研发中

以G蛋白偶联受体为靶点的药物

占据了50%以上

从科学研究方面

GPCR相关的诺贝尔奖就有至少12项

涉及到GPCR信号的配体 受体

以及功能研究等各个方面

那么我们来具体来看一下

G蛋白偶联信号的转导过程

G蛋白偶联受体并不是单一的蛋白

它包括三种主要成分

一个是细胞膜上的受体

有七个跨膜螺旋片段

一个是鸟苷酸结合蛋白

一个是产生胞内第二信使的

细胞膜上的酶

肾上腺素的信号转导

就是一个典型的

G蛋白偶联受体的信号通路

其研究过程也导致了

GPCR信号转导机制的建立

我们就以这个受体为例

来介绍G蛋白偶联受体

信号转导的一般过程

肾上腺素是由肾上腺髓质分泌的

在恐惧或者是生气的时候

可以使其分泌升高

导致心跳加速和糖原降解生成葡萄糖

这一反应通常叫做战斗或逃跑反应

使身体处于紧张的状态

肾上腺素受体信号通路

它的转导过程如下

肾上腺素结合到细胞膜上的受体

促使Gs蛋白结合GTP

从而被激活

之后Gs蛋白会与复合体分开

移动到腺苷酸环化酶处

并激活腺苷酸环化酶

腺苷酸环化酶催化合成cAMP

cAMP可以作为第二信使

去激活PKA

接下来呢

也是一系列的磷酸化级联反应

PKA磷酸化激活磷酸化酶b激酶

后者再进一步磷酸化激活磷酸化酶b

使其转变为活性状态的磷酸化酶a

磷酸化酶a可以促进糖原磷解

最终产生葡萄糖

为机体提供能量

从而做好战斗或逃跑的准备

在这一信号转导过程中

同样采用了

磷酸化级联放大细胞信号的方式

从而使信号放大上万倍甚至更多

值得注意的是

G蛋白偶联信号的调节机制

有多种方式

可以使G蛋白偶联信号中断

首先 G蛋白能够自我失活

因为G蛋白本身就具有GTP酶活性

可以将GTP水解为GDP

从而使G蛋白失活

结合GDP的Gα蛋白

可以再次与β和γ亚基形成复合体

从而去接收下一次的信号

其次呢

G蛋白可以被GAP蛋白失活

GAP蛋白是GTP酶激活蛋白

也叫做G蛋白信号调节因子

可以促进GTP的水解

第三种方式是 cAMP的降解

在细胞当中cAMP存在时间很短

很快就会被降解

从而使信号关闭

这是因为细胞中

环腺苷酸二酯酶的作用

它可以将cAMP转化为5‘-AMP

这与上一节我们介绍的

cGMP的失活是类似的

第四种方式

是β–肾上腺素受体的脱敏

这一过程由β–肾上腺素受体激酶

和β-抑制蛋白介导

β-肾上腺素受体激酶

可以使使β–肾上腺素受体磷酸化

进而β-抑制蛋白

可以结合肾上腺素受体

使β–肾上腺素受体内吞

以囊泡的形式存在于细胞的胞浆内

在有需要的时候

这些β-肾上腺素受体

才会再次转移到细胞膜上

去接收信号

我们可以看到

在正常情况下

Gs蛋白的GTP酶活性可以终止受体

向腺苷酸环化酶传递信息

但是呢 在某些疾病的情况下

Gs活性可能被持续激活

比如说霍乱毒素可以促进合成

ADP核糖基化的Gs蛋白

使GTP酶失活

从而Gs蛋白可以持续地

激活腺苷酸环化酶

使信号能够持续的转导

G蛋白可以介导多种细胞信号的转导

G蛋白的多样性

是实现这种多功能的原因之一

刚刚介绍的肾上腺素受体

其中的Gα蛋白

具有促进腺苷酸环化酶的作用

因此也叫作Gs蛋白

类似地 Gα蛋白也具有其它的活性

比如说Gi蛋白

可以抑制腺苷酸环化酶

Gq蛋白可以促进第二信使

IP3和DAG的生成

在人类的基因组中

有20种不同的α亚基

6种β亚基和12种γ亚基

那么除此之外呢

还有1000个基因编码蜿蜒受体

或者GPCR

其中约350个GPCR

是用来检测荷尔蒙

约有500个GPCR是

味觉和嗅觉的受体

不同的G蛋白与受体的组合

提供了动物和人类感受细胞的信号的多样性

与此不同的

像某些植物当中

比如说拟南芥只有一个α亚基

一个β亚基和两个γ亚基的

G蛋白基因

而且只有一个蜿蜒受体的编码基因

那么同学们可以想象一下

拟南芥怎样用一些信号分子

处理不同的信号来发挥作用

G蛋白偶联信号的多样性

还体现在其第二信使上

第二信使通常是小分子或者是离子

在细胞质中生成

对信号结合到其细胞膜表面受体上

做出响应

第二信使是相对于荷尔蒙

或者神经递质而言的

因为最开始把荷尔蒙和神经递质

是定义为第一信使

那么可以作为第二信使的分子

有哪些呢

比较常见的第二信使是cAMP

可以激活蛋白激酶A

PKA则可以磷酸化

转录因子CRE结合蛋白

该蛋白进而形成二聚体

可以激活含有cAMP响应元件的

靶基因的转录

也有一些荷尔蒙的信号

可以激活磷脂酶C

分解PIP2

生成磷酸肌醇IP3和二酰甘油DAG

二者也可以作为第二信使

一方面激活内质网的钙离子通道

另一方面激活蛋白激酶C

蛋白激酶C则进一步磷酸化

下游的靶蛋白

产生细胞响应

钙离子也可以作为第二信使

主要激活一些钙离子依赖的蛋白

比如钙调蛋白

如图中所示

在花粉管的生长过程当中

可以检测到胞内的钙离子浓度

会呈现周期性的变化

那我们来总结一下

G蛋白偶联受体的共同特征:

首先 受体的结构相似

它们都是具有七个跨膜节段

与G蛋白相互作用的结构域

加上羧基末端的胞质的结构域

其次呢 信号转导的作用过程相似

配体结合使受体的构象发生变化

暴露出G蛋白作用结构域

此后G蛋白激活或者是抑制相应的效应酶

可以是腺苷酸环化酶或者是其它的酶

改变第二信使的浓度

可以是cAMP或者cGMP

或者其他的第二信使

最终输出的

是激活的蛋白激酶或电信号

另外

所有的G蛋白偶联信号转导系统

均能够自我钝化

以上就是关于G蛋白偶联受体的内容

本次课到此结束