腺苷酸环化酶

由G蛋白偶联受体所介导的效应器主要包括：腺苷酸环化酶( adenylyl cyclase, AC）系统和磷脂酶C ( PLC）系统。腺苷酸环化酶系统是发现最早、研究最多的、由G蛋白调节的系统之一。在腺苷酸环化酶信号转导途径中存在着两种作用相反的G蛋白，Gs与Gi。它们通过增加或抑制腺苷酸环化酶的酶活性来调节细胞内CAMP浓度，进而影响细胞的功能。

当细胞没有受到配体（信号分子）刺激时，Gs处于非活化态，a亚基与GDP结合，此时腺苷酸环化酶（图2.5)没有活性；当β肾上腺素受体、胰高血糖素受体等激动型受体被激活后，激动型受体构象改变，暴露出与Gs结合的位点，使激素一受体复合物与Gs结合，Gs的a亚基构象改变，从而排斥GDP，结合GTP而活化，使三聚体Gs蛋白解离出a亚基和βγ亚基复合物，并暴露出。亚基与腺苷酸环化酶的结合位点；结合GTP的a亚基与腺苷酸环化酶结合，使之活化，将ATP转化为CAMP，并进一步激活cAMP依赖的蛋白激酶A (Protein Kinase A,PKA）的活性。PKA由两个催化亚基和两个调节亚基组成（图2.6),在没有CAMP时，以钝化复合体的形式存在。当cAMP与调节亚基结合，使调节亚基构象发生变化，导致调节亚基和催化亚基解离，引起催化亚基释放。活化的蛋白激酶A的催化亚基催化细胞内某些蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基发生磷酸化，从而改变这些蛋白的活性，进一步影响到相关基因的表达。随着GTP的水解，。亚基恢复到原来的构象并与腺苷酸环化酶解离，终止腺苷酸环化酶的活化作用。a亚基与βγ亚基重新结合，使细胞回复到静止状态。活化的βγ亚基复合物也可直接激活胞内靶分子，具有传递信号的功能，如心肌细胞中G蛋白偶联受体在结合乙酰胆碱刺激下，活化的βγ亚基复合物能开启质膜上的K+通道，改变心肌细胞的膜电位。此外βγ亚基复合物也能与膜上的效应酶结合，对结合GTP的a亚基起协同或拮抗作用。该信号途径涉及的反应链可表示为：激素→G蛋白→腺苷酸环化酶→cAMP→信息效应。

激素配体与a2肾上腺素能受体、M2胆碱能受体及血管紧张素II受体等抑制型激素受体结合后，抑制型激素受体构象改变，使三聚体Gi蛋白活化，Gi可通过两个途径抑制腺苷酸环化酶系统的作用：①通过a亚基与腺苷酸环化酶结合，直接抑制酶的活性；②通过βγ亚基复合物与游离Gs的a亚基结合，阻断Gs的a亚基对腺苷酸环化酶的活化。

磷脂酶C

磷脂酶C (PLC)途径是以G蛋白为传导物的一个重要信号途径。PLCβ是G蛋白的直接效应器，此酶至少有4种亚型。A1肾上腺素能受体、内皮素受体、血管紧张素II受体等激活后，经Gq可激活对磷脂酰肌醇特异的磷脂酶C，催化膜内侧的磷脂酰肌醇一一4, 5-二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2）水解产生肌醇三磷酸（IP3）与二酯酰甘油（DG)。后两者都可作为第二信使发挥作用。

IP3是水溶性分子，可进入胞质，作用于滑面内质网上的IP3受体(Ca 2＋通道），使内质网贮存的Ca 2＋迅速释放到胞质中。同时，也可增强细胞膜对Ca 2＋的转运，使细胞外Ca 2＋进入胞质，结果导致胞质内Ca 2＋浓度提高。激活依赖Ca 2 +／钙调蛋白（CaM）的蛋白激酶，如CaMK II，通过Ca2十／CaM蛋白激酶催化某些蛋白质或酶磷酸化，进而表现出不同的信息效应。例如，促进胰岛β细胞释放胰岛素；与心肌和骨骼肌的肌钙蛋白结合，触发肌肉收缩等。但IP3是短命的信使，寿命仅数秒钟，它可因磷酸酶的催化作用而转变为肌醇使其信使作用终止。

DG是脂溶性分子，存在于质膜中（图2. 10) 。DG可激活蛋白激酶C (PKC) 。 PKC是分子质量为80kD的单多肤链，有两个功能域／区；一个是亲水的催化活性中心，另一个是疏水的膜结合区。

PKC主要分布于胞质，对Ca2＋不敏感，呈钝化型。当细胞受刺激时，PIP2分解生成IP3和DG，质膜中DG瞬间积累，PKC与DG结合在质膜内表面。并在磷脂酰丝氨酸和Ca2＋协同作用下，使PKC转化为活性型，DG的结合还可使PKC对Ca2十的亲和力大为增强，这就使得在Ca2＋的生理浓度下，PKC即可被激活，活化的PKC进一步修饰某些蛋白质或促进酶的磷酸化反应，表现其信息效应。激活的PKC可促进细胞膜的Na十／H＋交换蛋白磷酸化，增加H＋外流；PKC激活也可通过磷酸化转录因子AP-1、NF-kB等，促进靶基因转录和细胞的增殖与分化。

Ca2十通过活化各种Ca2＋结合蛋白而引起细胞反应。钙调蛋白(calmodulin, CaM）由单一肽链构成，具有4个Ca2＋结合位点。结合Ca2＋后发生构象改变，可激活CaM依赖性激酶（CaMK )。细胞对Ca 2+的反应取决于细胞内CaMK的种类。如：在哺乳类脑神经元突触处CaMKII十分丰富，与记忆形成有关。该蛋白发生点突变的小鼠表现出明显的记忆受损。

IP3信号的终止是通过去磷酸化形成IP2，或被磷酸化形成IP4。Ca2十由质膜上的Ca2＋泵和Na+-Ca2十交换器将Ca2＋排出细胞外，或由内质网膜上的Ca 2＋泵泵入内质网，从而终止Ca2＋信号。DG通过两种途径终止其信使作用：一是被DG激酶磷酸化成为磷脂酸，进入磷脂酰肌醇循环；二是被DG酯酶水解成单醋酰甘油。由于DG代谢周期很短，不可能长期维持PKC的活性，而细胞增殖或分化行为的变化又要求PKC长期活性所产生的效应。现已发现另一条DG生成途径，即由磷脂酶催化质膜上的磷脂酰胆碱断裂产生DG，用来维持PKC的长期效应。

此外，所有G蛋白都可以长期地调节基因表达和细胞生长。由异源三聚体G蛋白途径传导的信号最终传递给核内的转录因子，使其磷酸化。启动控制细胞生长基因转录的是Ras小G蛋白活化调控的丝裂原激活蛋白激酶(MAPK）信号转导反应，引起一系列蛋白一蛋白的相互作用和磷酸化（图2.12)。G蛋白偶联受体可能还存在潜在的效应器，其功能不仅在于细胞表面刺激的跨膜传导，还参与调控高尔基体膜和内质网膜上的信号传导。

意义与展望随着G蛋白及其偶联受体研究的深入，以及分子生物学技术的更新，人们对G蛋白认识的深度和广度也在不断地发生变化。以往的G蛋白偶联受体的单体模式已经被多聚体所代替，不再是单一的信号模式，而是多种因素参与的复杂信号传导网络系统。G蛋白参与许多正常生理和病理生理过程，G蛋白偶联受体的失调可导致许多疾病，如阿尔茨海默病、帕金森病、侏儒症、色盲症以及哮喘等。所以GPCR和G蛋白偶联的效应酶可以作为很多药物的靶点，相信不久的将来人们可研究出针对G蛋白及其偶联效应酶的更有效安全的药物。对G蛋白的深入研究有利于全面了解细胞间信号转导系统，将极大地推动新医药的开发，有助于对疾病起因的了解。