GPCR通路激活剂

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1、..细胞表面的聪明受体作者:王曼徐华强来源:科学杂志(上海)录入:Admin字体:构成生物体数以亿计的细胞并非孤立地存在,而是一直处于互相联系中,感知周围环境的变化,作出相应反应,因为它们表面有“聪明”的受体。强光使人闭眼、花香使人愉悦、黑暗使人恐惧……,你有没有想过,人的大脑是如何感知外部环境变化并作出反应的?人的身体由数万亿个细胞组成并精密协调地工作,完成各种生理功能,这其中又是什么充当传感器来传递信息,使细胞感知周围环境。这些问题一直是个谜,在20世纪的大部分时间里,人们不清楚充当传感器的

2、这些物质是由什么组成的,以及它们如何工作。两位医生出身的科学家经过不懈的努力,揭示了其中的奥秘:细胞表面存在着一类称为G蛋白偶联受体(G-protein-coupledreceptor,简称GPCR)的蛋白质,它将从外界接受的不同信号分子,通过自身构象的变化激活细胞内异源三聚体的鸟苷酸结合蛋白(即G蛋白),后者将信号传至胞内的效应分子引起反应。  这两位科学家是美国霍华德·休斯医学研究所和美国杜克大学医学中心医学教授莱夫科维茨(RobertJosephLefkowitz),斯坦福大学医学院分子与

3、细胞生理学教授科比尔卡(BrianKentKobilka)。因为他们突破性地揭示了G蛋白偶联受体的内在工作机制,共同获得了2012年度诺贝尔化学奖。莱夫科维茨1968年利用放射性追踪细胞受体,将碘同位素标记糖皮质激素和肾上腺素,证明了受体独立于腺苷酸环化酶(AC)的存在,随后分离纯化了β2肾上腺素能受体(β2-adrenergicreceptor),证实了细胞表面受体的存在。后加入的科比尔卡则将编码β-肾上腺素能受体的基因从人类基因组中分离出来,并创造性地获得了β-肾上腺素能受体被激素激活并向细

4、胞发送信号的精确图像,弄清了它的三维结构及其信号转导机制。什么是G蛋白偶联受体  生物体的基本单位是细胞,细胞由细胞膜及其内的细胞质和细胞核组成,外界信号进入细胞首先要通过细胞膜,水和氧气等小分子物质能自由通过,而某些离子和大分子物质则不能自由通过。因此,细胞膜除了起着保护细胞内部的作用外,还有控制物质进出的作用。电子显微镜的观察显示,细胞膜的基本骨架是磷脂双分子层,其外侧和内侧还不同深度地镶嵌着很多蛋白质分子,或覆盖于磷脂双分子层表面,亦称细胞膜表面蛋白。这些蛋白质起着控制物质进出的作用,包括

5、将外界信号传递到细胞内。word教育资料..  G蛋白偶联受体是细胞膜上众多膜表面蛋白中的一类,它们将胞外激素、神经递质、肽类等信号分子转导入细胞内的效应分子,最终引起细胞反应。具体来说,就是G蛋白偶联受体位于细胞外的氨基端(N端)区域可识别并结合环境中的多种信号分子,引起受体的构象发生改变,激活细胞内异源三聚体的鸟苷酸结合蛋白,后者将信号转导至胞内的效应分子,引起细胞反应。细胞外那些能激活受体的信号分子就是配体,它包括光、气味、激素、神经递质和肽类等。这些细胞效应控制生物体的多种功能,包括人体

6、的五官感觉。  GPCR蛋白只有一条肽链,由疏水的跨膜区和易变的亲水环构成。其中跨膜区有7个长度相近的α螺旋(多个氨基酸构成的一种特定螺旋状结构),肽链氨基端(N端)在胞外,羧基端(C端)在胞内(通常包含磷酸化位点),还有3个胞内环、3个胞外环。几乎所有的GPCR在跨膜螺旋区的氨基酸序列都比较保守,而C端、N端和回环区域的氨基酸序列则有显著差异,因此会形成不同种类和功能的GPCR。此外,在GPCR基因的表达过程中,基因突变造成的单核苷酸多态性、翻译后修饰造成的磷酸化和糖基化,以及与配体作用方式的

7、差异,都会造成GPCR表型的多样性[1]。根据它们氨基酸序列的同源性和功能的相似性差异,可将其分为6大类:A类,视紫红质(rhodopsin)类似受体;B类,分泌素受体;C类,代谢型谷氨酸受体;D类,真菌交配信息素受体;E类,环腺苷酸受体;F类,卷曲/平滑受体。人体内只有A、B、C、E、F等5类受体,D类仅存在于低等真核生物体中,如酵母细胞。  在细胞内GPCR的羧基端和连接第5、第6个跨膜螺旋的胞内环上都有G蛋白的结合位点。G蛋白由3个亚单位(Gα、Gβ、Gγ)组成,易与GPCR蛋白结合或分开

8、,也可解离成3个独立亚单位。目前估计人体内GPCR这个受体大家族有800~1000种,但对它们的精细结构还了解甚少,主要原因是GPCR属于多次跨膜的蛋白质,其稳定性极差,导致其体外表达、提纯和结晶的难度极高,至今只有16种GPCR的结构得到解析[2],且大部分都是非活性状态的。G蛋白偶联受体的研究历程  早在1870年科学家就在视网膜上发现了对光敏感的视紫红质,1933年沃尔德(G.Wald)发现了视紫红质与视觉的关系,获得了1967年的诺贝尔生理学或医学奖,但没人把感光系统与体内激素的生理作用

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