g蛋白与信号转导

g蛋白与信号转导g蛋白与信号转导第1页

【目标要求】1．掌握G蛋白、小G蛋白概念；G蛋白基础结构。2．熟悉G蛋白种类；G蛋白经过AC和PLC信号转导机制。3．了解G蛋白发觉和意义；G蛋白经过一些受体门控离子通道和cGMP-PDE信号转导机制；小G蛋白特点。

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G蛋白：是鸟苷酸结合蛋白（guanosinenucleotide-bindingprotein）简称，是指能与GTP或GDP结合，与膜受体偶联而含有信号转导作用蛋白质。g蛋白与信号转导第3页一、G蛋白概况（一）G蛋白发觉和意义

Rodbell等在20世纪70年代发觉跨膜信号转导需要GTP存在。

1977年，Gilman发觉了G蛋白。

1981年，Gilman纯化了G蛋白。

1994年，Gilman和Rodbell获医学和生理学诺贝尔奖。g蛋白与信号转导第4页

吉尔曼（AlfredG.Gilman）1941.7.1~

德克萨斯大学西南医学中心药学系g蛋白与信号转导第5页

发觉G蛋白意义：它揭示了细胞外信号怎样转换为细胞内信号真正机制，从而开辟了细胞信号跨膜转导研究新时代。g蛋白与信号转导第6页

G蛋白：与细胞膜受体偶联G蛋白由3个不一样亚基组成，又称为异三聚体G蛋白。

小G蛋白：分散在细胞内有类似G蛋白作用单体蛋白，因分子量小而得名。如ras表示产物。

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（二）G蛋白基础结构位于细胞膜胞浆侧。

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G蛋白由三个亚基组成：

G

：39~46kD，20各种，有GTP或GDP结合位点、GTP酶活性、ADP核糖基化位点、毒素修饰位点及受体和效应器结合位点等。

G：36kD，6种。

G：7~8kD，10各种。

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G蛋白有两种构象形式：活化型：G

与GTP结合，与G分离。非活化型：G

与GDP结合，与G结合成三聚体。

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活化型非活化型g蛋白与信号转导第11页

（三）G蛋白种类

1.

Gs型G蛋白激活AC，激活钙通道，抑制钠通道。

2.

Gi型G蛋白抑制AC，抑制钙通道，活化钾通道、PLC和PLA2。

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Gs型与Gi型G蛋白作用g蛋白与信号转导第13页

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3.

Gt型G蛋白分布在视网膜感光细胞，与视紫红质结合，激活cGMP-PDE，传递光反应冲动。

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4.Gg、

Go及Gq型G蛋白

Gg是味蕾组织中一个G蛋白，与味觉信号转导相关。

Go存在于脑组织中，能调整磷脂代谢，可能与肌醇磷酸信号转导相关。

Gq与磷脂代谢相关，其活性不受细胞毒素修饰。g蛋白与信号转导第16页

5.G蛋白βγ亚基活化βγ亚基复合物也可直接激活胞内靶分子，含有传递信号功效。如心肌细胞中G蛋白偶联受体在乙酰胆碱刺激下，活化βγ亚基复合物能开启质膜上K+通道，改变心肌细胞膜电位。g蛋白与信号转导第17页二、G蛋白信号转导机制（一）G蛋白经过AC信号转导机制

1.信号分子结合改变受体构象；

2.受体与G蛋白结合并使其激活；

3.

GTP取代GDP，G

游离；

4.

G

结合并激活AC，产生cAMP；

5.

GTP水解，G

与再结合。

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Gs型G蛋白亚基经过与受体和AC结合和解离到达信号跨膜传递介导和终止，GDP与GTP互变起触媒作用。试验一、用非水解GTP类似物GMP-P(NH2)P代替GTP。

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试验二、霍乱毒素（choleratoxin）试验霍乱毒素能催化ADP核糖基共价结合到Gs亚基上，致使亚基丧失GTP酶活性，使亚基处于连续活化状态，腺苷酸环化酶永久性活化。造成霍乱病患者细胞内Na+和水连续外流，产生严重腹泻而脱水。g蛋白与信号转导第22页

GsNAD+ADP-ribosylation

Nicotinamide22-kDsubunitofcholeratoxin腺苷腺苷g蛋白与信号转导第23页

百日咳毒素（Pertussistoxin）作用百日咳毒素能催化Gi

发生ADP核糖基化，致使亚基GTP与GDP交换抑制，使亚基处于连续非活化状态，所以不能抑制AC，使cAMP浓度升高。造成患儿阵发性痉挛性咳嗽，即百日咳(whoopingcough)。g蛋白与信号转导第24页

（二）G蛋白经过一些受体门控离子通道信号转导机制

G蛋白神经递质受体ACcAMPPKA离子通道g蛋白与信号转导第25页

receptorGproteinSubunitbreaksaway,bindswithionchannelandopensitReceptoractivatesGproteinMoleculeoftransmittersubstancebindswithreceptorIonsentercell,producepostsynapticpotentialg蛋白与信号转导第26页

Tonucleusorotherpartsofcellsubunitbreaksaway,activatesenzyme,whichproducessecondmessengerIonchannelopensMoleculeoftransmittersubstancebindswithreceptorIonsentercell,producepostsynapticpotentialGproteinReceptoractivatesGproteing蛋白与信号转导第27页

例：迷走神经兴奋→Ach→M受体→G

→K＋通道开放→膜超极化

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（三）G蛋白经过PLC信号转导机制

G蛋白激活PLC，PLC催化膜磷脂PIP2

产生IP3

和DAG两种第二信使，再分别调整细胞中Ca2＋浓度和PKC活性。g蛋白与信号转导第29页

钙通道g蛋白与信号转导第30页

（四）G蛋白经过cGMP-PDE信号转导机制发生在视网膜上。

Gt光刺激视紫红质PDEcGMP5-GMPg蛋白与信号转导第31页

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经过激活GTP酶活性中止G蛋白信号机制：

1.磷脂酶G蛋白磷脂酶C

磷脂酶A2第二信使GTP酶g蛋白与信号转导第33页

2.

G蛋白信号调整因子（regulatorofG-proteinsignaling，RGS）

RGS能在Mg2＋存在下，激活G蛋白GTP酶，所以又叫GTP酶激活蛋白（GTPaseactivatingprotein，GAP）。g蛋白与信号转导第34页

（五）小G蛋白小G蛋白是一个家族总称，其组员有60各种，与信号转导相关经典代表有Ras、Rho等。特点：

1.分子量小：20~30kD

2.结构相对简单：一条肽链。

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3.受体调整范围有限：主要受控于酪氨酸蛋白激酶受体调整。

4.信号转导时还需要其它蛋白辅助：接头蛋白（adaptor）将酪氨酸蛋白激酶受体连于鸟苷酸释放因子（guanine-nucleotidereleasingfactor，GRF）上，然后GRF再作用于小G蛋白。g蛋白与信号转导第36页

GRF：包含正调控因子GDS（GDPdissociationstimulator）和负调控因子GDI（GDPdissociationinhibitor）。还需GTP酶激活蛋白（GTPaseactivatingprotein，GAP）提升GTP酶活性，并将小G蛋白转导过来信号往下游传递。g蛋白与信号转导第37页

Rasg蛋白与信号转导第38页

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g蛋白与信号转导第40页三、G蛋白与临床疾病（一）G蛋白与心脏疾病

G蛋白信号转导在心脏心肌收缩力、心率、心律和心肌细胞生长调整方面起着主要作用。

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1.心脏G蛋白亚单位种类及功效

Gs型G蛋白：心脏中主要表示42kD和52kD两种亚型。它们主要经过AC-cAMP-PKA通路介导肾上腺素能受体信号转导路径。生理情况下，起到增加心肌收缩力和频率作用。g蛋白与信号转导第42页

Gi型G蛋白：Gi1

、Gi2

、Gi3

心脏中主要表示Gi2

。它与

2肾上腺素能受体偶联，抑制AC活性。它还介导M2-胆碱能受体激动剂钾离子通道激活作用，还能与钙通道蛋白直接偶联，调整心率。g蛋白与信号转导第43页

Gq型G蛋白：心脏中表示两种亚型。均激活磷脂酶C-

，介导血管担心素Ⅱ、

1肾上腺素能受体信号传递。g蛋白与信号转导第44页

G12型G蛋白：

G12

主要调整细胞生长和激活Na＋-H＋交换体系。

G蛋白和亚单位在心肌细胞中也一定程度地影响AC、PLC-、PLA2、-肾上腺素能受体激酶（-adrenergicreceptorkinase，-ARK）、K＋通道以及Ras-MAPK信使通路。g蛋白与信号转导第45页

2.心脏疾病中G蛋白改变（1）心肌肥大：

Gi

含量和功效显著增加，是造成肥大心肌脱敏主要原因。应用血管转化酶抑制剂能够降低Gi

含量，缓解脱敏反应。g蛋白与信号转导第46页

（2）心力衰竭：

Gs

生物活性降低。

Gi

亚基含量增加。g蛋白与信号转导第47页

（3）心肌缺血与心律失常：急性心肌缺血早期，交感神经应激性兴奋，血中儿茶酚胺浓度急剧上升，AC活性短暂增加。急性缺血后，Gs

和Gi

含量均降低，活性下降。g蛋白与信号转导第48页

（二）G蛋白与疼痛

G蛋白偶联受体个别组员与痛觉递质结合，形成痛觉信号转导过程。脊髓G蛋白受体如代谢型谷氨酸和神经肽受体在伤害性信号转导过程中发挥主要作用。如给予抑制剂则能降低痛感觉程度。g蛋白与信号转导第49页

阿片类药品大多数受体与G蛋白偶联产生信号转导。所以它们镇痛与成瘾都与G蛋白相关。

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（三）G蛋白与创伤应激状态下免疫抑制在创伤、手术等应激状态时，大量应激激素如ACTH、皮质酮、儿茶酚胺及内啡肽等被释放，它们均经过其受体与G蛋白偶联，造成免疫功