G蛋白在信号转导中的作用.doc

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1、G蛋白在信号转导中的作用摘要：G蛋白是一种特殊的调节蛋白，它们都具有GTP结合位点，且活性受GTP的调节。G蛋白以其特定的方式偶联许多膜受体及其效应器，其中包括腺苷酸环化酶，cGMP磷酸二酯酶（PDE），离子通道以及磷脂肌醇特异的磷脂酶C（PLC）等，是跨膜信息传递机制中的一个关键因素。G蛋白也称GTP酶开关蛋白，属于GTP酶超大家族中的特殊亚型，可通过结合或水解GTP进行活性控制，是一类广泛分布在细胞中，并在许多生物学过程中执行重要功能的一类蛋白。G蛋白介导的信号转导系统是细胞中最常见的信号传递方式，G蛋白参与了G蛋白偶联受体所介导的信号转导途径和酶联受体信号传导

2、途径，在信号转导中发挥的重要的作用。关键词：G蛋白，信号转导，G蛋白偶联受体G蛋白的种类和基本结构：G蛋白是一类能与鸟嘌呤核苷酸结合、具有GTP酶(GTPase)活性的蛋白。G蛋白位于质膜胞质侧，是一个超级家族，包括异源三聚体G蛋白(heterotrimericGprotein)或称大G蛋白和小G蛋白(SmallGprotein)。异源三聚G蛋白(heterotrmiericGTPbindingprotein)，由α，β，γ三个亚基组成。它变动于它的GDP形式(对环化酶无活性)及它的GTP形式(有活性)之间。根据不同的a亚基的功能特性可将大G蛋白分为四类：(1)Gs

3、：其活性能被霍乱毒素抑制；(2)Gi：对腺苷酸环化酶有抑制效应；(3)Gq：百日咳毒素和霍乱毒素不能调节其活性；(4)G12：活化需通过血栓素和凝酶素的介导。目前已经确定了23种Gα，5种Gβ，10种Gγ，这样体内就有上千种G蛋白三聚体组合的可能性，这无疑增加了信号转导的可变性和灵活性。小分子G蛋白，它们的激活不是直接通过与激动型的G蛋白偶联受体相互作用而调节其活性，而是通过鸟嘌呤核苷交换因子（GEF）来控制这类小分子G蛋白的GTP交换，由GEF催化这类小分子单聚体G蛋白的无活性GDP结合状态向有活性的GTP结合状态转换。根据这类小分子G蛋白的蛋白质序列和功能的相似

4、性，可分为Ras、Rho、Rab、Arf等亚家族。Gα亚基为一多肽单链，含有一个GTP酶区(结合和水解GTP)和一个α螺旋区(该区将GTP埋藏在G蛋白的核心内)。每种G蛋白的a亚基都有其独特的氨基酸序列和结构，但也都有一定的同源性，即5个关键功能区。它的N端与βγ二聚体结合，C端参与和受体的相互作用，而与效应器结合的部位在他的功能区。Gβ亚基具有许多WD一40(由β一片层结构组成的Trp-Asp结构域)和GH(Gly-His)重复的保守序列形成的结构域，Gγ为伸展的单条链，与Gα和Gβ都紧密相连。在天然状态下，β和γ亚基以非共价键紧密结合在一起形成二聚体，只有在变性

5、的条件下才能将其分离。G蛋白作用过程中的分子机理，在受体未收到激素的作用之前，G蛋白与受体是各自分开的。作为基态，G蛋白以αβγ三聚体的形式存在，并有GDP结合在α亚基上。激素与受体的相互作用，导致激素·受体复合物与G蛋白结合，从而改变了G蛋白的构象，使α亚基上的鸟苷酸结合位点打开，GDP解离下来。在胞内GTP浓度较低时，由此可分离得到较为稳定的激素·受体·G蛋白高亲和态复合物，在胞内GTP浓度较高的情况下，GTP很容易结合到鸟苷酸结合位点上去。GTP结合导致G蛋白构象的进一步变化。G蛋白偶联受体信号转导途径中的G蛋白G蛋白偶联受体所介导的信号转导途径是生物体内重要

6、的信号传导途径，在这种信号传导过程中，当细胞外的信号分子即配体与细胞膜上的受体结合后，首先引起细胞内G蛋白构象的变化，进而活化下游相应的物质并产生相应的生物学效应。此途径中的G蛋白为异源三聚体G蛋白，在组成上含有3个不同的亚基，分别称为α亚基、β亚基和γ亚基，并通过与细胞质膜中的脂肪酸共价结合而锚定在细胞质膜的内侧。α亚基上具有GTP和GDP结合位点，同时α亚基也具有GTP酶活性，可以水解GTP产生GDP。另外在亚基上存在ADP核糖化位点。三体G蛋白有3种存在形式。包括空载状态、非活性状态和活性状态。非活性的静息状态为α亚基上结合GDP的状态。此时三体G蛋白以三聚体

7、形式存在。活性状态为α亚基与GTP结合的状态，此时三体G蛋白的α亚基与β、γ二聚体分开。G蛋白的α亚基的GTP水解酶活性影响GTP的水解，因此决定G蛋白的存在状态。有3类蛋白影响G蛋白亚基的GTP水解酶活性一是GTP酶激活蛋白(GAP)，作用是增加α亚基的GTP酶活性，促进GTP水解，从而缩短G蛋白介导应答的时间；二是鸟苷交换因子(GEF)或鸟嘌呤核苷酸释放蛋白(GNRP)，其作用是促进GDP从G蛋白上释放下来而与GTP结合，因此GEF可激活G蛋白；三是鸟苷解离抑制蛋白(GDI)，可抑制GDP从G蛋白上释放，因此与GEF的作用相反，GDI可使G蛋白处于非活性状态