生物考研细胞生物学知识点26:G蛋白偶联受体介导的信号转导

②G蛋白由Gα、Gβ、Gγ三个亚基组成,Gβ和Gγ亚基以异二聚体形式存在,Gα和Gβγ亚基分别通过共价结合的脂分子锚定在质膜上。

①当配体与受体结合,三聚体G蛋白解离,并发生GDP与GTP交换,游离的Gα-GTP 处于活化的开启状态,导致结合并激活效应器蛋白,从而传递信号;

②当 Gα-GTP 水解形成 Gα-GDP 时,则处于失活的关闭状态,终止信号传递并导致三聚体G蛋白的重新装配,恢复系统,进入静息状态。

a.神经递质乙酰胆碱与心肌细胞的膜受体结合,使得Gi蛋白的α亚基与βγ亚基分开;

c.α亚基中的 GTP 水解,导致α亚基与βγ亚基重新结合,使Gi蛋白处于非活性状态,使 K+离子通道关闭。

a.在暗适应状态下的视杆细胞,高水平的cGMP保持cGMP门控非选择性阳离子通道开放,光吸收产生激活的视蛋白O*;

b.活化的视蛋白与无活性的GDP-Gt三聚体蛋白结合并引发GDP被GTP置换,Gt三聚体蛋白解离形成游离的Gtα,Gtα活化cGMP磷酸二酯酶(PDE);

d.cGMP减少导致cGMP从质膜cGMP门控阳离子通道上解离,阳离子通道关闭;

包括:a.刺激性激素的受体(Rs);b.抑制性激素的受体(Ri);c.刺激性G蛋白(Gs);d.抑制性G蛋白(Gi);e.腺苷酸环化酶(AC)。

刺激性激素与相应刺激性激素受体(Rs)结合,偶联刺激性三聚体 G 蛋白,刺激腺苷酸环化酶活性,提高靶细胞 cAMP 水平;相反,抑制性激素与相应抑制性激素受体(Ri)结合,降低靶细胞 cAMP 水平。

cAMP 与无活性的蛋白激酶 A(PKA)的上调节亚基(R)结合释放出催化亚基(C),使得 PKA 获得活性,进一步催化下游靶蛋白磷酸化,发挥生物学作用。

虽然PKA在不同类型的细胞作用于不同底物,但PKA总是磷酸化相同序列的基序X-Arg-(Arg/Lys)-X-(Ser/Thr)-中(X代表任意氨基酸,中代表疏水氨基酸)中的丝氨酸(Ser)和苏氨酸(Thr)残基,其他的Ser/Thr激酶磷酸化不同序列基序中的靶残基。

第一、cAMP 水平增加,PKA 被活化,活化的 PKA 激活糖原磷酸化酶激酶(GPK),继而使糖原磷酸化酶(GP)被磷酸化而激活,GP 刺激糖原的降解,另外活化的 PKA 使糖原合酶(GS)磷酸化,抑制其糖原的合成。

第二、活化的PKA 使磷蛋白磷酸酶抑制蛋白(IP)磷酸化而被激活,活化的 IP 与磷蛋白磷酸酶(PP)结合并使其磷酸化而失活;当 cAMP 水平降低,PKA 活性下降,PP 被活化,使 GPK 和 GP 去磷酸化,从而降低其活性,抑制糖原降解。活化的 PP 还促使 GS 去磷酸化,结果 GS 活性增高,促进糖原的合成。

第一、信号通路:激素→G 蛋白偶联受体→G 蛋白→腺苷酸环化酶→cAMP→cAMP 依赖的蛋白激酶 A→基因调控蛋白→基因转录。

第二、调控过程:cAMP 活化 PKA,PKA 催化亚基转位进入细胞核,使基因调控蛋白(c AMP 应答元件结合蛋白,CREB)磷酸化,磷酸化的基因调控蛋白 CREB 与核内 CREB 结合蛋白(CBP)特异结合形成复合物,复合物与靶基因调控序列结合,激活靶基因的表达。

第一、霍乱毒素(cholera toxin)具有ADP-核糖转移酶活性,进入细胞催化胞内的NAD+的ADP核糖基共价结合在Gsα亚基上,致使Gsα亚基丧失GTP酶活性,与Gsα亚基结合的GTP不能水解成GDP,结果GTP永久结合在Gsα亚基上,处于持续活化状态并不断地激活腺苷酸环化酶,使腺苷酸环化酶被“锁定”在活化状态。霍乱病患者的症状是严重腹泻,其主要原因就是霍乱毒秦催化Gsα亚基ADP-核糖基化,致使小肠上皮细胞中cAMP水平增加100倍以上,导致细胞大量Na+和水分子持续外流,产生严重腹泻而脱水。

第二、百日咳博德特氏菌(Bordetela pertussis)产生百日咳毒素(pertussis toxin)催化Giα亚基ADP-核糖基化,结果防止与Giα亚基结合的GDP的释放,使Giα亚基被“锁定”在非活化状态,Giα亚基的失活导致气管上皮细胞内cAMP水平增高,促使液体、电解质和黏液分泌减少。

(3)激活磷脂酶C、以IP3和DAG作为双信使G蛋白偶联受体介导的信号通路

第一、胞外信号分子与GPCR结合,活化G蛋白,进而激活磷脂的β异构体(PLCβ),催化PIP2水解生成IP3和DAG两个第二信使,其中IP3在细胞质中扩散,DAG是亲脂性分子,锚定在膜上;

第二、IP3结合并开启内质网膜上IP3敏感的Ca2+通道,引起Ca2+释放进入细胞质基质,通过结合钙调蛋白引起细胞反应;

第三、释放的Ca2+同时将细胞质中游离的蛋白激酶C(PKC)募集到细胞质膜上。

钙调蛋白是指真核细胞中普遍存在的 Ca2+应答蛋白,含 4 个结构域,每个结构域可结合一个 Ca2+。

钙火花是指在短短的10ms 内,细胞中某一微区出现的 Ca2+探针Fluo-3 荧光强度骤升一倍,随后又在 20ms内消失的现象,其直径约 2μm,体积 8fL。

第一、IP3-Ca2+信号通路释放的Ca2+将细胞质中游离的蛋白激酶C(PKC)募集到细胞质膜上,结合在质膜上的第二信使DAG活化并激活与质膜结合的PKC,接着PKC作用于下游底物。

第二、DAG被DAG激酶磷酸化形成磷脂酸,进入磷脂酰肌醇代谢途径或者被DAG脂酶水解成单酰甘油,从而终止其信使作用。

第一、PKC有两个功能区,一个是亲水的催化活性中心,另一个是疏水的膜结合区。

第二、PKC是Ca2+和磷脂酰丝氨酸依赖性的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。具有广泛的作用底物,参与众多生理过程。

第三、活化的PKC增强特殊基因转录的途径至少两条。其一是通过PKC激活一条蛋白激酶的级联反应,导致与DNA特异序列结合的基因调控蛋白的磷酸化和激活,进而增强特殊基因的转录;其二是PKC的活化,导致一种抑制蛋白的磷酸化,从而使细胞质中基因调控蛋白摆脱抑制状态释放出来,进入细胞核刺激特殊基因的转录。

DAG通过两种途径终止其信使作用:一是被DAG激酶磷酸化形成磷脂酸,进入磷脂酰肌醇代谢途径;二是被DAG脂酶水解成单酰甘油。

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