2025年5月17日 (六) 10:48的版本

G蛋白偶联受体及其信号转导

结构

受体结构

G蛋白偶联受体均是膜内在蛋白（Integral membrane protein），每个受体内包含七个α螺旋组成的跨膜结构域，这些结构域将受体分割为膜外N端（N-terminus），膜内C端（C-terminus），3个膜外环（Loop）和3个膜内环。受体的膜外部分经常带有糖基化修饰。膜外环上包含有两个高度保守的半胱氨酸残基，它们可以通过形成二硫键稳定受体的空间结构。有些光敏感通道蛋白（Channelrhodopsin）和G蛋白偶联受体有着相似的结构，也包含有七个跨膜螺旋，但同时也包含有一个跨膜的通道可供离子通过。

与G蛋白偶联受体相似，PAQR家族蛋白（包括两种脂联素受体ADIPOR1和2）也包含七个跨膜域，但是它们以相反的方向跨于膜上（即N端在膜内而C端在膜外），并且它们也不与G蛋白相互作用。

构象变化

在静息状态下，G蛋白偶联受体在膜上与由G_α、G_β和G_γ三个亚基组成的异三聚体G蛋白结合形成复合物。其中G_α亚基上结合有GDP分子。当有配体结合到受体上时会引起后者的构象发生变化，变成具有鸟苷酸交换因子活性的“激活构象”。激活的受体会催化G_α亚基捕获GTP分子来交换其上结合着的GDP。GTP与G_α亚基的结合会使受体与G蛋白的复合物解离，受体、GTP-G_α和G_β-G_γ二聚体三者相互分开。其中后两者可以进一步与其它蛋白相互作用从而使信号继续传递下去,而自由的受体可以重新结合上一个新的G蛋白来开始下一轮信号转导过程。

类型与效应器

受体-效应器表
G_α类型	效应器	第二信使	受体
G_sα	腺苷酸环化酶	cAMP↑	β肾上腺素受体、胰高血糖素受体
G_iα	腺苷酸环化酶	cAMP↓	α₂肾上腺素受体
G_iα	K⁺通道（G_βγ激活）	超极化（I_K-ACh）	M型乙酰胆碱受体（心房肌等）
G_olfα	腺苷酸环化酶	cAMP↑	鼻腔嗅觉受体
G_qα	磷脂酶C	IP₃、DAG↑	α₁肾上腺素受体
G_oα	磷脂酶C	IP₃、DAG↑	M型乙酰胆碱受体（内皮细胞）
G_tα	cGMP磷酸二酯酶	cGMA↓	视杆细胞视紫红质

激活离子通道的G蛋白偶联受体

心肌M型Ach受体：通过G_βγ激活

注意，此图片将误将G_iα写成G_sα，但描述较清晰，故使用此图片

视杆细胞G_t诱发cGMP-门控阳离子通道关闭

组成

结合视紫红质的GPCR-G_tα(GDP)-G_tβγ
具γ亚基（抑制亚基）的失活态cGMP磷酸二酯酶(PDE)
对Na⁺、Ca²⁺通透的阳离子通道，是静息电位略微去极化
鸟苷酸环化酶(GC): 维持胞内cGMP浓度，以维持阳离子通道的通透性

信号转导

光→G_tα结合GTP→从GPCR解离→G_tα(GTP)结合PDE的γ亚基→PDE激活水解cGMP→cGMP↓→阳离子通道关闭→膜超极化 RGS(G蛋白信号调节蛋白): 结合G_tα的GTP，调控其水解，以调控受体效应强度

激活或抑制腺苷酸环化酶的G蛋白偶联受体

R_s→G_s→AC↑→cAMP↑→PKA激活；R_i→G_i→AC↓→cAMP↓→PKA抑制

腺苷酸环化酶(AC)

以Mg²⁺为辅基催化 ATP → 3',5'-cAMP + PPi，受G_s激活，上调胞内cAMP水平

蛋白激酶A(PKA)

结构与激活

PKA脱辅酶在非活性状态下以四聚体的形式存在，由两个调节亚基 (R) 和两个催化亚基 (C) 组成。
- 催化亚基包含活性位点、结合并水解ATP的典型残基，以及一个与调节亚基结合的结构域，是典型的Ser/Thr激酶。
- 调节亚基包含与环磷酸腺苷（cAMP）结合的结构域、一个与催化亚基相互作用的结构域和一个自身抑制结构域。调节亚基主要有两种形式：RI和RII。

每个 PKA 的调节亚基可结合两个 cAMP 分子（分别位于 CNB-B 和 CNB-A 位点），引发调节亚基构象改变，使其移出活性位点，导致 R₂C₂ 四聚体解离，并释放出两个活化的催化亚基。
这些游离的催化亚基将进一步与靶蛋白结合，在特定氨基酸序列（如 Arg-Arg-X-Ser/Thr）上进行丝氨酸/苏氨酸磷酸化。
此外，催化亚基的活性还受其他机制调节，例如被称为 PKI 的热稳定伪底物抑制蛋白抑制。

失活机制

PKA 的负反馈调控主要通过其底物之一的磷酸二酯酶 (PDE) 实现。PDE 能将 cAMP 水解为 AMP，快速降低胞内 cAMP 水平，从而降低 PKA 活性。
此外，PKA 还可通过自身磷酸化或被其他激酶如 PDK1 磷酸化来进行调节。因此，PKA 的活性由 cAMP 浓度与磷酸化状态共同调控。

cAMP-PKA对肝细胞和肌细胞糖原代谢的调节

通路激活流程

1. 激素（肝细胞受肾上腺素、胰高血糖素调控，肌细胞仅受肾上腺素调控）结合G_s-耦合的GPCR。

2. G_sα亚基激活腺苷酸环化酶（AC），生成cAMP。

3. cAMP激活PKA：cAMP与PKA调节亚基结合，释放出催化亚基。

4. 活化的PKA进入细胞质，开始磷酸化底物蛋白。

PKA在肝细胞的效应

1. 促进糖原分解

PKA 磷酸化激活糖原磷酸化酶激酶（GPK），GPK 进一步磷酸化激活糖原磷酸化酶 (GP)
活化的糖原磷酸化酶降解糖原为葡萄糖-1-磷酸，最终通过葡萄糖-6-磷酸酶产生自由葡萄糖释放入血

2. 抑制糖原合成

PKA 直接磷酸化抑制糖原合酶（GS），降低糖原合成速率

3. 促进糖异生，抑制糖酵解

PKA 磷酸化磷酸果糖激酶-2（PFK-2，PFKFB1 同工酶），激活其磷酸酶活性，降低果糖2,6-双磷酸水平，抑制糖酵解，促进糖异生
PKA 磷酸化抑制丙酮酸激酶，减少糖酵解末端反应

三、PKA在肌细胞的效应

1. 促进糖原分解，抑制糖原合成

同肝细胞机制：但不表达葡萄糖-6-磷酸酶，糖原分解产生的G6P直接进入糖酵解

2. 促进糖酵解（心肌中）

PKA 磷酸化PFK-2（PFKFB2 同工酶），激活其激酶活性，增加果糖2,6-双磷酸水平，激活糖酵解通路

靶酶	磷酸化后状态	影响
糖原合酶（Glycogen synthase）	抑制	抑制糖原合成
磷酸化酶激酶（Phosphorylase kinase）	激活	激活糖原磷酸化酶 → 启动糖原分解
糖原磷酸化酶（Glycogen phosphorylase）	激活（间接）	糖原分解为葡萄糖-1-磷酸
PFK-2（肝 PFKFB1）	激活FBPase-2（磷酸酶活性）	降低果糖2,6-双磷酸 → 抑制糖酵解，促进糖异生
PFK-2（心肌 PFKFB2）	激活PFK-2（激酶活性）	增加果糖2,6-双磷酸 → 促进糖酵解
丙酮酸激酶（Pyruvate kinase）	抑制	减少糖酵解终产物生成

cAMP-PKA对基因表达的调控

cAMP-PKA信号通路调控靶器官及效应总结表
细胞类型	器官/系统	刺激因子（配体 → G_s-耦合GPCR 或 PDE抑制剂）	抑制因子（配体 → G_i-耦合GPCR 或 PDE激动剂）	效应
脂肪细胞（adipocyte）		肾上腺素 → β-肾上腺素能受体胰高血糖素 → 胰高血糖素受体		增强脂解刺激脂肪酶
骨骼肌细胞（skeletal myocyte）	肌肉系统	肾上腺素 → β-肾上腺素能受体		生成葡萄糖刺激糖原分解通过磷酸化酶激酶磷酸化糖原磷酸化酶（激活）磷酸化乙酰辅酶A羧化酶（抑制其活性）抑制糖原合成磷酸化糖原合酶（抑制）刺激糖酵解磷酸化磷酸果糖激酶2（仅心肌细胞中激活）
心肌细胞（cardiac myocyte）	心血管系统	肾上腺素 → β-肾上腺素能受体		促进Ca²⁺在肌浆网中隔离磷酸化磷酸调节蛋白（phospholamban）
平滑肌细胞（smooth myocyte）	心血管系统	β₂肾上腺素能激动剂 → β₂肾上腺素能受体组胺 → H₂组胺受体前列环素 → 前列环素受体前列腺素D₂ → PGD₂受体前列腺素E₂ → PGE₂受体肠促胰液肽（VIP） → VIP受体 L-精氨酸 → 咪唑啉受体及α₂肾上腺素能受体？（G_i-耦合）	毒蕈碱类激动剂，如乙酰胆碱 → M₂型毒蕈碱受体神经肽Y（NPY） → NPY受体	有助于血管扩张（通过磷酸化并失活肌球蛋白轻链激酶）
肝细胞（hepatocyte）	肝脏	肾上腺素 → β-肾上腺素能受体胰高血糖素 → 胰高血糖素受体		生成葡萄糖刺激糖原分解磷酸化糖原磷酸化酶（激活）磷酸化乙酰辅酶A羧化酶（抑制）抑制糖原合成磷酸化糖原合酶（抑制）刺激糖异生磷酸化果糖2,6-双磷酸酶（激活）抑制糖酵解磷酸化磷酸果糖激酶2（失活）磷酸化果糖2,6-双磷酸酶（激活）磷酸化丙酮酸激酶（抑制）
伏隔核神经元	神经系统	多巴胺 → 多巴胺受体		激活奖赏系统
肾主细胞（principal cell）	肾脏	抗利尿激素 → V₂受体茶碱（PDE抑制剂）		水通道蛋白2（AQP2）向顶膜的胞吐 AQP2 合成 AQP2 磷酸化（激活）
髓袢粗升支细胞	肾脏	抗利尿激素 → V₂受体		刺激Na-K-2Cl同向转运体（可能作用较小）
皮质集合管细胞	肾脏	抗利尿激素 → V₂受体		刺激上皮钠通道（可能作用较小）
内髓集合管细胞	肾脏	抗利尿激素 → V₂受体		刺激尿素转运体1 尿素转运体1的胞吐
近曲小管细胞	肾脏	甲状旁腺激素（PTH） → PTH受体1		抑制NHE3 → 减少H⁺分泌
球旁细胞（juxtaglomerular cell）	肾脏	肾上腺素能激动剂 → β-受体激动剂 → α₂受体多巴胺 → 多巴胺受体胰高血糖素 → 胰高血糖素受体		分泌肾素

酶联受体及其信号转导

MAPK信号转导

MAPK会被MAPKK在T-X-Y基序上进行T和Y的双位点磷酸化。

哺乳动物MAPK分为三个亚家族：

胞外信号调节激酶（ERK，p42/44MAPK）：ERK1,ERK2，活性位点TEY
应激激活的MAPK（JNK）：JNK1,2,3，活性位点TPY
丝裂原激活的蛋白激酶（p38MAPK）：p38α/β/γ/δ，活性位点TGY

MAPK的停泊位点非常重要，有两种：

共同停泊区CD：所有MAPK的C端都有，富含酸性和疏水，可以与MAPKK结合。
富含谷氨酸、天冬氨酸区ED

MAPK的底物蛋白含有MAPK停泊位点的目标区，调控MAPK底物的特异性结合。

如D停泊区，含有疏水和碱性残基。
如FXFP结构域，对ERK的底物而言是必要的。

@@ 第13行： / 第13行： @@
 == 类型与效应器 ==
 {| class="wikitable"
-|+
+|+受体-效应器表
 !G<sub>α</sub>类型
 !效应器
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 == 激活或抑制腺苷酸环化酶的G蛋白偶联受体 ==
-R<sub>s</sub>→G<sub>s</sub>→AC↑→cAMP↑→PKA激活；
-R<sub>i</sub>→G<sub>i</sub>→AC↓→cAMP↓→PKA抑制
+=== R<sub>s</sub>→G<sub>s</sub>→AC↑→cAMP↑→PKA激活；R<sub>i</sub>→G<sub>i</sub>→AC↓→cAMP↓→PKA抑制 ===
-* 腺苷酸环化酶(AC): 以Mg<sup>2+</sup>为辅基催化 ATP → 3',5'-cAMP + PPi
-* 蛋白激酶A(PKA)
+=== 腺苷酸环化酶(AC) ===
+以Mg<sup>2+</sup>为辅基催化 ATP → 3',5'-cAMP + PPi，受G<sub>s</sub>激活，上调胞内cAMP水平
+=== 蛋白激酶A(PKA) ===
 [[文件: PKARII.png|缩略图|PKA的激活和失活机制]]
+==== 结构与激活 ====
+* PKA脱辅酶在非活性状态下以四聚体的形式存在，由两个调节亚基 (R) 和两个催化亚基 (C) 组成。
+** 催化亚基包含活性位点、结合并水解ATP的典型残基，以及一个与调节亚基结合的结构域，是典型的Ser/Thr激酶。
+** 调节亚基包含与环磷酸腺苷（cAMP）结合的结构域、一个与催化亚基相互作用的结构域和一个自身抑制结构域。调节亚基主要有两种形式：RI和RII。
+* 每个 PKA 的调节亚基可结合两个 cAMP 分子（分别位于 CNB-B 和 CNB-A 位点），引发调节亚基构象改变，使其移出活性位点，导致 R₂C₂ 四聚体解离，并释放出两个 活化的催化亚基。
+* 这些游离的催化亚基将进一步与靶蛋白结合，在特定氨基酸序列（如 Arg-Arg-X-Ser/Thr）上进行 丝氨酸/苏氨酸磷酸化。
+* 此外，催化亚基的活性还受其他机制调节，例如被称为 PKI 的 热稳定伪底物抑制蛋白 抑制。
+==== 失活机制 ====
+* PKA 的负反馈调控主要通过其底物之一的 磷酸二酯酶 (PDE) 实现。PDE 能将 cAMP 水解为 AMP，快速降低胞内 cAMP 水平，从而降低 PKA 活性。
+* 此外，PKA 还可通过自身磷酸化或被其他激酶如 PDK1 磷酸化来进行调节。因此，PKA 的活性由 cAMP 浓度与磷酸化状态共同调控。
+=== cAMP-PKA对肝细胞和肌细胞糖原代谢的调节 ===
+==== 通路激活流程 ====
+. 激素（肝细胞受肾上腺素、胰高血糖素调控，肌细胞仅受肾上腺素调控）结合G<sub>s</sub>-耦合的GPCR。
+. G<sub>s</sub>α亚基激活腺苷酸环化酶（AC），生成cAMP。
+. cAMP激活PKA：cAMP与PKA调节亚基结合，释放出催化亚基。
+. 活化的PKA进入细胞质，开始磷酸化底物蛋白。
+==== PKA在肝细胞的效应 ====
+. 促进糖原分解
+* PKA 磷酸化激活 糖原磷酸化酶激酶（GPK），GPK 进一步磷酸化激活 糖原磷酸化酶 (GP)
+* 活化的糖原磷酸化酶降解糖原为葡萄糖-1-磷酸，最终通过葡萄糖-6-磷酸酶产生自由葡萄糖释放入血
+. 抑制糖原合成
+* PKA 直接磷酸化抑制 糖原合酶（GS），降低糖原合成速率
+. 促进糖异生，抑制糖酵解
+* PKA 磷酸化 磷酸果糖激酶-2（PFK-2，PFKFB1 同工酶），激活其磷酸酶活性，降低果糖2,6-双磷酸水平，抑制糖酵解，促进糖异生
+* PKA 磷酸化抑制 丙酮酸激酶，减少糖酵解末端反应
+==== 三、PKA在肌细胞的效应 ====
+. 促进糖原分解，抑制糖原合成
+* 同肝细胞机制：但不表达 葡萄糖-6-磷酸酶，糖原分解产生的G6P直接进入糖酵解
+. 促进糖酵解（心肌中）
+* PKA 磷酸化PFK-2（PFKFB2 同工酶），激活其激酶活性，增加果糖2,6-双磷酸水平，激活糖酵解通路
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+|-
+! 靶酶
+! 磷酸化后状态
+! 影响
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+| 糖原合酶（Glycogen synthase） || 抑制 || 抑制糖原合成
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+| 磷酸化酶激酶（Phosphorylase kinase） || 激活 || 激活糖原磷酸化酶 → 启动糖原分解
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+| 糖原磷酸化酶（Glycogen phosphorylase） || 激活（间接） || 糖原分解为葡萄糖-1-磷酸
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+| PFK-2（心肌 PFKFB2） || 激活PFK-2（激酶活性） || 增加果糖2,6-双磷酸 → 促进糖酵解
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+=== cAMP-PKA对基因表达的调控 ===
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+|+ class="nowrap" | cAMP-PKA信号通路调控靶器官及效应总结表
+|-
+! 细胞类型
+! 器官/系统
+! 刺激因子 <br />（配体 → G<sub>s</sub>-耦合GPCR 或 PDE抑制剂）
+! 抑制因子 <br />（配体 → G<sub>i</sub>-耦合GPCR 或 PDE激动剂）
+! 效应
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+| 脂肪细胞（adipocyte） ||  ||
+*肾上腺素 → β-肾上腺素能受体
+*胰高血糖素 → 胰高血糖素受体
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+*肾上腺素 → β-肾上腺素能受体
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+**刺激糖原分解
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+***磷酸化乙酰辅酶A羧化酶（抑制其活性）
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+||
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+| 伏隔核神经元 || 神经系统 || 多巴胺 → 多巴胺受体 ||  || 激活奖赏系统
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+*AQP2 合成
+*AQP2 磷酸化（激活）
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+| 髓袢粗升支细胞 || 肾脏 || 抗利尿激素 → V₂受体 ||  || 刺激Na-K-2Cl同向转运体（可能作用较小）
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+| 内髓集合管细胞 || 肾脏 || 抗利尿激素 → V₂受体 ||  ||
+*刺激尿素转运体1
+*尿素转运体1的胞吐
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+| 近曲小管细胞 || 肾脏 || 甲状旁腺激素（PTH） → PTH受体1 ||  || 抑制NHE3 → 减少H⁺分泌
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+| 球旁细胞（juxtaglomerular cell） || 肾脏 ||
+* 肾上腺素能激动剂 → β-受体
+* 激动剂 → α₂受体
+* 多巴胺 → 多巴胺受体
+* 胰高血糖素 → 胰高血糖素受体
+||  || 分泌肾素
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 = 酶联受体及其信号转导 =
 == MAPK信号转导 ==