第四章G蛋白與信號轉導

【目的要求】1．掌握G蛋白、小G蛋白的概念；G蛋白基本結構。2．熟悉G蛋白的種類；G蛋白通過AC和PLC的信號轉導機制。3．了解G蛋白的發現和意義；G蛋白通過某些受體門控離子通道和cGMP-PDE的信號轉導機制；小G蛋白的特點。

G蛋白：是鳥苷酸結合蛋白（guanosinenucleotide-bindingprotein）的簡稱，是指能與GTP或GDP結合，與膜受體偶聯而具有信號轉導作用的蛋白質。

吉爾曼（AlfredG.Gilman）1941.7.1~

德克薩斯大學西南醫學中心藥學系

發現G蛋白的意義：它揭示了細胞外信號如何轉換為細胞內信號的真正機制，從而開辟了細胞信號跨膜轉導研究的新時代。

G蛋白：與細胞膜受體偶聯的G蛋白由3個不同的亞基組成，又稱為異三聚體G蛋白。

小G蛋白：分散在細胞內有類似G蛋白作用的單體蛋白，因分子量小而得名。如ras表達產物。

G蛋白由三個亞基組成：G：39~46kD，20多種，有GTP或GDP結合位點、GTP酶活性、ADP核糖基化位點、毒素修飾位點及受體和效應器結合位點等。G：36kD，6種。G：7~8kD，10多種。

G蛋白有兩種構象形式：活化型：G與GTP結合，與G分離。非活化型：G與GDP結合，與G結合成三聚體。

活化型非活化型

Gs型與Gi型G蛋白的作用

3.Gt型G蛋白分布在視網膜的感光細胞，與視紫紅質結合，激活cGMP-PDE，傳遞光反應沖動。

5.G蛋白的βγ亞基活化的βγ亞基復合物也可直接激活胞內靶分子，具有傳遞信號的功能。如心肌細胞中G蛋白偶聯受體在乙酰膽堿刺激下，活化的βγ亞基復合物能開啟質膜上的K+通道，改變心肌細胞的膜電位。二、G蛋白信號轉導機制（一）G蛋白通過AC的信號轉導機制1.信號分子結合改變受體構象；2.受體與G蛋白結合并使其激活；3.GTP取代GDP，G游離；4.G結合并激活AC，產生cAMP；5.GTP水解，G與再結合。

Gs型G蛋白的亞基通過與受體和AC的結合和解離達到信號跨膜傳遞的介導和終止，GDP與GTP的互變起觸媒作用。實驗一、用非水解GTP類似物GMP-P(NH2)P代替GTP。

實驗二、霍亂毒素（choleratoxin）實驗霍亂毒素能催化ADP核糖基共價結合到Gs的亞基上，致使亞基喪失GTP酶的活性，使亞基處于持續活化狀態，腺苷酸環化酶永久性活化。導致霍亂病患者細胞內Na+和水持續外流，產生嚴重腹瀉而脫水。

GsNAD+ADP-ribosylation

Nicotinamide22-kDsubunitofcholeratoxin腺苷腺苷

（二）G蛋白通過某些受體門控離子通道的信號轉導機制

G蛋白神經遞質受體ACcAMPPKA離子通道

receptorGproteinSubunitbreaksaway,bindswithionchannelandopensitReceptoractivatesGproteinMoleculeoftransmittersubstancebindswithreceptorIonsentercell,producepostsynapticpotential

（三）G蛋白通過PLC的信號轉導機制G蛋白激活PLC，PLC催化膜磷脂PIP2產生IP3和DAG兩種第二信使，再分別調節細胞中Ca2＋的濃度和PKC的活性。

鈣通道

（四）G蛋白通過cGMP-PDE的信號轉導機制發生在視網膜上。

Gt光刺激視紫紅質PDEcGMP5-GMP

通過激活GTP酶活性中止G蛋白信號的機制：1.磷脂酶G蛋白磷脂酶C磷脂酶A2第二信使GTP酶

2.G蛋白信號調節因子（regulatorofG-proteinsignaling，RGS）RGS能在Mg2＋的存在下，激活G蛋白的GTP酶，因此又叫GTP酶激活蛋白（GTPaseactivatingprotein，GAP）。

（五）小G蛋白小G蛋白是一個家族的總稱，其成員有60多種，與信號轉導有關的典型代表有Ras、Rho等。特點：1.分子量小：20~30kD2.結構相對簡單：一條肽鏈。

3.受體調節的范圍有限：主要受控于酪氨酸蛋白激酶受體的調節。4.信號轉導時還需要其他蛋白輔助：接頭蛋白（adaptor）將酪氨酸蛋白激酶受體連于鳥苷酸釋放因子（guanine-nucleotidereleasingfactor，GRF）上，然后GRF再作用于小G蛋白。

GRF：包括正調控因子GDS（GDPdissociationstimulator）和負調控因子GDI（GDPdissociationinhibitor）。還需GTP酶激活蛋白（GTPaseactivatingprotein，GAP）提高GTP酶活性，并將小G蛋白轉導過來的信號往下游傳遞。

Ras

三、G蛋白與臨床疾病（一）G蛋白與心臟疾病G蛋白的信號轉導在心臟心肌收縮力、心率、心律和心肌細胞生長的調節方面起著重要作用。

1.心臟G蛋白亞單位的種類及功能Gs型G蛋白：心臟中主要表達42kD和52kD兩種亞型。它們主要通過AC-cAMP-PKA通路介導腎上腺素能受體的信號轉導途徑。生理情況下，起到增加心肌收縮力和頻率的作用。

Gi型G蛋白：Gi1、Gi2、Gi3心臟中主要表達Gi2。它與2腎上腺素能受體偶聯，抑制AC的活性。它還介導M2-膽堿能受體激動劑的鉀離子通道激活作用，還能與鈣通道蛋白直接偶聯，調節心率。

Gq型G蛋白：心臟中表達兩種亞型。均激活磷脂酶C-，介導血管緊張素Ⅱ、1腎上腺素能受體的信號傳遞。

G12型G蛋白：G12主要調節細胞生長和激活Na＋-H＋交換體系。G蛋白和亞單位在心肌細胞中也一定程度地影響AC、PLC-、PLA2、-腎上腺素能受體激酶（-adrenergicreceptorkinase，-ARK）、K＋通道以及Ras-MAPK信使通路。

2.心臟疾病中G蛋白的改變（1）心肌肥大：Gi的含量和功能明顯增加，是造成肥大心肌脫敏的主要原因。應用血管轉化酶抑制劑可以降低Gi的含量，緩解脫敏反應。

（2）心力衰竭：Gs的生物活性降低。

Gi亞基的含量增加。

（3）心肌缺血與心律失常：急性心肌缺血初期，交感神經應激性興奮，血中兒茶酚胺濃度急劇上升，AC活性短暫增加。急性缺血后，Gs和Gi的含量均降低，活性下降。

（二）G蛋白與疼痛G蛋白偶聯受體的部分成員與痛覺遞質結合，形成痛覺的信號轉導過程。脊髓的G蛋白受體如代謝型谷氨酸和神經肽受體在傷害性信號轉導過程中發揮重要的作用。如給予抑制劑則能降低痛的感覺程度。

阿片類藥物的大多數受體與G蛋白偶聯產生信號轉導。因此它們的鎮痛與成癮都與G蛋白有關。

（三）G蛋白與創傷應激狀態下的免疫抑制在創傷、手術等應激狀態時，大量應激激素如ACTH、皮質酮、兒茶酚胺及內啡肽等被釋放，它們均通過其受體與G蛋白偶聯，導致免疫功能抑制。

G蛋白導致免疫功能抑制的機制：淋巴細胞的發育、分化與G蛋白的表達關系密切，巨噬