细胞生物学高手！！说明G蛋白在跨膜信号传递中的作用？急啊！

Question

希望说的详细一点！最少要有1000字！谢谢！

Answer 1

G蛋白是一类与GTP或GDP结合的、具有GTP酶活性、位于细胞膜胞浆面的外周蛋白。它由三个亚基组成，分别是α亚基（45kD）、β亚基（35kD）、γ亚基（7kD）。总分子质量为100kD左右。G蛋白有两种构像，一种是以αβγ三聚体存在并与GDP结合，为非活化型；另一种构象是α亚基与GTP结合并导致βγ二聚体的脱落，此为活化型。不同种类的G蛋白有相应的基因编码，在各种G蛋白亚基中，α亚基差别最大，常将其作为一个区别不同G蛋白的标志。
G蛋白有很多种，常见的有激动型G蛋白（Gs）、抑制型G蛋白（Gi）和磷脂酶C型G蛋白（Gp）。不同的G蛋白能特异地将受体和与之相适应的效应酶耦联起来【1】。G蛋白在结构上尽管没有跨膜蛋白的特点，但它们可以通过其亚基氨基酸残基的脂化修饰锚定在细胞膜上。目前已把G蛋白结构、氨基酸序列及进化的相似性与功能等结合起来作为分类的依据，主要包括四类，其中至少含有21种不同的α亚基、5种不同的β亚基和8种γ亚基【6】。
3） G蛋白耦联受体的信号转导机制
G蛋白通过与受体的耦联，在信息转导过程中常发挥着分子开关的作用。其跨膜信号转导一般分为以下几步：（1）当外部没有信号或没有受外部刺激时，受体不与配体结合，G蛋白处于关闭（失活）状态，以异源三聚体形式存在，即α亚基与GDP紧密结合，βγ亚基与α亚基、GDP的结合较为疏松；（2）当外部有信号时，G蛋白受体与其相应的配体结合，随之诱导G蛋白的α亚基构象变化，并使αβγ三个亚基形成紧密结合的复合物，从而使GDP与GTP交换，但是与GTP的结合导致α亚基与βγ亚基分开，α亚基被激活，即处于所谓的开启状态，随后作用于效应器，产生细胞内信号并进行一系列的转导过程，从而引起细胞的各种反应。（3）G蛋白的α亚基具有GDPase的活性，在Mg2＋存在的条件下可以水解GTP，α亚基与GDP复合物重新与βγ亚基结合，使G蛋白失活，处于关闭状态。以上三个过程依次循环完成信号地传递【6】。G蛋白在信号转导的过程中主要发挥了分子开关作用与信号放大作用，通过G蛋白的激活与失活的循环，将信息精确无误地传到细胞并引起一系列的细胞内反应。
4） G蛋白主要的效应器及相关信息的转导途径介绍
（一）腺苷酸环化酶（AC）系统
腺苷酸环化酶系统主要介导cAMP－蛋白激酶A途径，是激素调节物质代谢的主要途径。胰高血糖素、肾上腺素和促肾上腺皮质激素等与靶细胞质膜上的特异性受体结合，形成激素受体复合物而激活受体。活化的受体催化G蛋白形成αs－GTP。释放的αs－GTP能激活腺苷酸环化酶，催化ATP转化成cAMP，使细胞内cAMP浓度升高，cAMP能进一步激活PKA（蛋白激酶A），PKA再通过一系列化学反应（如磷酸化其他蛋白质的丝/苏氨酸）将信号进一步传递，达到信号转导的目的。腺苷酸环化酶（AC）由GS激活而被Gi抑制。这种环化酶的同工酶中，AC2和AC4是被Gβγ和Gα亚基共同激活; AC1型被Gα亚基激活而被Gβγ抑制,因此不能被G蛋白活化; AC3,AC5,AC6和AC9不能与Gβγ直接作用【6】。
（二） 磷脂酶C（PLC）系统
是由G蛋白耦联受体介导的一个重要的信息转导途径。促甲状腺素释放激素、去甲肾上腺素和抗利尿激素等与靶细胞膜上特异性受体结合后，活化的G蛋白直接作用于PLCB，经PLCB调节蛋白转导，可激活磷脂酰肌醇特异性磷脂酶C（PI-PLC），后者催化膜内侧组分――磷脂酰肌醇4，5－二磷酸（PIP2）水解产生肌醇三磷酸( IP3 )与二酯酰甘油(DAG) 。后两者都可作为第二信使发挥作用。DAG生成后仍留在质膜上，在磷脂酰丝氨酸和Ca离子的配合下激活蛋白激酶C（PKC），蛋白激酶C也能通过磷酸化一系列靶蛋白的丝/苏氨酸残基来达到进一步转导信息的目的。
（三） 相关离子通道的调节
GαS亚基在重组系统中被证明可调节至少两种离子通道：即骨骼肌细胞中的Ca离子通道和心肌中的Na离子通道；Gαi也能抑制Ca离子通道而激活K离子通道。在心肌K离子通道的激活能力上Gβγ比Gαi更有效【6】。通过G蛋白，调节相关离子通道的开放来达到信息的转导也是G蛋白耦联受体介导的一种有效调控方式。
5） G蛋白耦联受体传导通路的研究展望
近年来，人们在G蛋白耦联受体传导通路的研究上取得了不少进展，但是，仍然存在很多机制上不清楚的地方，主要有以下方面：
（1）GPCRs显然不仅仅是简单的开关装置，而是高度动态的结构，处于非活性和活性构象的平衡之中，那么GPCRs活化的具体机制是什么，还有对GPCRs的各种调节机制特别是受体的失敏和内吞机制仍不十分清楚，是今后的重要研究方向【7】；
（2）在G 蛋白的研究上也还存在着一些问题，如G蛋白仅提供了不同的受体信号相互整合以及将不同的信号分送到不同的效应系统的最初机会，不同的效应系统通过完全不同的方式传递信号，诱发生理功能，而有关效应系统之间的联系研究很少；关于活化G蛋白和效应应答之间的联系，目前了解得很少；另外，通过一些实验，如GTP 结合试验、免疫反应、分离纯化以及分子生物学和生理实验发现在植物中存在G蛋白的类似物,但其结构是否与动物G蛋白相同还不清楚等【8】；
（3）G蛋白在细胞内转导信息的过程中，有很多的路径与相关的效应器，对这些效应器作用机制仍然缺乏一个全面清晰的了解，因此对具体作用机制的研究也是一个极为重要的方向。
（三） 单个α螺旋受体
这类受体主要有酪氨酸激酶受体型和非酪氨酸激酶受体型，介导的传递途径包括体内传递信息的重要路径酪氨酸蛋白激酶体系等，此处从略。
（四） 具有鸟氨酸环化酶活性的受体

Answer 2

胞生物学和生物化学研究中最活跃的领域之
一。现在，人们普遍认识到，细胞骨架除有保持
细胞外形和构成某些细胞器的功能外，在细胞
运动、物质运输、能量转换以及细胞分化、细胞
转化等一系列重要的生物学过程中也发挥着
广泛而显著的作用。尤其引人注目的是，近年
来发现细胞骨架还参与了跨膜信号的传递过
程。下面就结合新近的研究资料，将三类主要
细胞骨架—微管、微丝和中间纤维与跨膜信
号传递的情况分别作一概述。
一、微管与跨膜信号的传递
我们知道，微管是细胞骨架中最粗的一
种，呈中空管状结构，外径为25nm左右。构成
微管的主要成分为微管蛋白(tubulin)。微管
蛋白有两种，即a微管蛋白和p微管蛋白，由
这两者组成的异二聚体是组成微管的亚单位。
八十年代末的一些实验显示，微管蛋白同跨膜
信号传导过程中的关键中介体—GTP结合
蛋白(简称G蛋白)有某些十分相似的化学特
性，如两者都能结合GTP分子及其类似物，
并且它们都具有GTPase的活性。已经知道，
细胞质膜上许多不同的受体都通过对这种或
那种G蛋白的刺激作用而将激素或胞外“第
一信使”的信息传递给质膜上的效应子(最重
要的效应子有腺昔酸环化酶、磷脂酶C等)，
效应子再通过产生“第二信使”来启动能导致
细胞行为变化的一连串分子反应。由于自八十
2
1995年第2期生物
子传递给突触膜上的G蛋白分子将后者激
活，从而参与跨膜信号的传递过程〔“。
二、微丝与跨膜信号的传递
微丝是由肌动蛋白(actin)构成的直径约
7n示娜又股螺旋纤维，常成束存在。较早的时
候就有人证明质膜内表面的微丝分布同膜蛋
白的分布在位置上有密切的对应关系，因此人
们很自然地联想到微丝可能与跨膜信号的传
递也有一定的关系。迄今已有许多人研究了激
素与质膜上特异受体结合后微丝的活动情况。
如一些研究者观察到，ConA与巨噬细胞质膜
上的受体结合后，能影响巨噬细胞内微丝的组
装过程，使微丝组装加快并且微丝含量增
多‘5·‘，，他们推测，这一现象可能与跨膜信号的
传递密切相关。另有人发现，在微丝系统和细
胞外基质之间紧密联系的区域即粘着斑
(adh‘sionplaques)处包含有大量的传号传递
级联物质，如酪氨酸激酶、蛋白激酶C、CaZ十依
赖性蛋白酶等。同时，粘着斑的结构成分如粘
着斑蛋白(vineulin)、毛棘蛋白(paxillin)、跺
蛋白(talin)等可以被上述物质磷酸化或蛋白
水解而得以修饰;一些微丝和质膜间的“连接
蛋白”如前纤维蛋白(profilin)、凝溶胶蛋白
(gelsolin)、a一辅肌动蛋白(a一aetinin)等能
直接插入到质膜的疏水区域中，与膜脂发生作
用〔7·幻二在质膜内，被膜脂修饰的“连接蛋白”又
能同磷脂酞肌醇信使途径的代谢产物相作用。
其中，前纤维蛋白已被证明对质膜上磷脂酶C
的活性有负调作用，并因而可能是信号传递系
统的一部分。这样，这些“连接蛋白”就可将因
跨膜信号传递而引起的变化同经受体介导的
微丝系统的变化联系起来‘7，。因此，有人认为
微丝可能通过质膜连接(如连接蛋白)将跨膜
信息从质膜传递到细胞核内，从而影响基因的
表达。也有人认为微丝可以通过其物理力学作
用将第二信使所含的信息进行放大〔，，。微丝通
过影响质膜流动性而改变跨膜蛋白的活性和
受体蛋白的分布也是它影响跨膜信号传递的
1995年第2期生物
.........-.....-..-...曰....................RNA(rRNA前体)形成复合物而共同转运出
核。因此，中间纤维网架既是一种贮存或前体
形式，又提供了一种引起不可逆修饰的膜开关
系统。由于中间纤维蛋白分子数量充足，因此
其加工产物的多少主要取决于外界信号的密
度，而其强烈的自我装配倾向则保证了平时胞
质内没有多余的中间纤维亚单位蛋白。
细胞骨架系统在跨膜信号传递中的作用
是一个近十年来迅猛发展起来的课题。’目前，
仍有不少问题需要解决。如在机械信号传导的
研究中发现，尽管外界机械信号最初作用于微
丝，但该信号的进一步有效传递直至引起整个
细胞的反应则必须依赖于三种细胞骨架高度
有序的协作〔“，。因此，这三种细胞骨架究竟如
何协同发挥作用是一个复杂而又关键的间题。
解决这一问题，就能使我们对细胞骨架的信息
功能有一个全面而整体的认识。此外，细胞骨
架参与跨膜信号的传递同它们本身周期性的
装配与解聚间存在何种联系，它们又受到什么
机制的更高层调节等，要彻底解决这些问题，
看来还需要进行大量深入细致的工作。尽管如
此，业已取得的实验结果足以使我们感到振
奋，它们已经并且正在进一步有力地深化和更
新着人们对细胞骨架乃至整个细胞的观念。

Answer 3

Answer 4

可参考文献：
肾上腺素受体研究进展 Progress in Arenoceptor research
韩启德
北京医科大学第三医院血管医学研究所

【中文摘要】 按照药理学特性及分子克隆情况，肾上腺素受体可分成α1，α2与β亚型，每型又至少可分成三种亚型。肾上腺素受体的分子结构符合G蛋白耦联膜表面受体的一般特征。采用分子突变技术，已基本明确受体各部分结构的功能。决定与配基结合特性的部位在跨膜区域内，而决定与G蛋白耦联进而引起信号传递的部位主要存在于第三细胞内环。各种亚型受体之间存在着广泛的交互作用，按发生的环节可大致分成四种类型。

【英文摘要】 According to pharmacological characteristics and molecular cloning, adrenoceptor is divided into 3 types,and each type contains at least 3 subtypes.The molecular structure of adrenoceptor fits common model of G protein coupled receptors on membrane surface.The structure-function relationship has been basically elucidated by mutation techniques.The ligand binding characteristics are decided by the structures in transmembrane domains,while the G protein coupling sites are in the third intracellular loop. There are extensive crosstalks among the subtypes of adrenoceptor. According to the mechanisms, the crosstalks can be divided into 4 types.

【中文关键词】 肾上腺素受体; G蛋白; 蛋白激酶
【英文关键词】 Adrenoceptor; G protein; Protein kinase

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Answer 5

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