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走进 GPCR:第二信使与信号级联

最大的受体家族值得我们走近细看。来看一个被结合的 GPCR 如何拨动 G 蛋白这个开关,通过环磷酸腺苷或钙离子展开一场化学接力,把一个药物分子放大成细胞内部的轰鸣。

G 蛋白这个开关

GPCR 从不直接插手细胞内部的事务。当配体在膜外结合上来,受体就改变形状,抓住一个守在膜内侧的 G 蛋白。这一接触把 G 蛋白从“关”拨到“开”,G 蛋白接着把消息往下传。受体是门铃,而 G 蛋白才是真正跑进屋里去通报的那个信使。

有三种 G 蛋白值得记住名字。Gs 蛋白(s 代表刺激)把信号调高Gi 蛋白(i 代表抑制)把信号调低;而 Gq 蛋白则启动一条完全不同的、以钙为基础的接力。同一种神经递质可以安抚某个组织、却兴奋另一个组织,原因仅仅在于这两个组织把各自的受体偶联到了不同的 G 蛋白上。

接力,以及它的放大

一旦被打开,Gs 会激活膜上一种叫腺苷酸环化酶的酶,后者大量生产一种小分子,叫环磷酸腺苷(cyclic AMP)。环磷酸腺苷是一种第二信使——第一信使是膜外的药物,而现在这个胞内分子把消息往更深处传。这种一个分子交棒给下一个、每一步都激活下一步的过程,就叫信号级联

  1. 一个药物分子结合细胞表面的一个 GPCR。
  2. 在药物脱开之前,这一个受体激活了许多 G 蛋白。
  3. 每个 Gs 激活一个腺苷酸环化酶,而每个环化酶又制造许多环磷酸腺苷分子。
  4. 于是一个结合的药物分子变成了成千上万个胞内信号——级联把它放大了。

关掉,以及“变累”

一个永远关不掉的信号会是一场灾难,所以细胞备有刹车。当一个 GPCR 持续放电一段时间后,一种叫 β-抑制蛋白(beta-arrestin)的蛋白会夹住它,把它和 G 蛋白拆开,并将它从膜上拽下来。即使药物还在,受体也安静了下来。

这种刹车正是脱敏的分子根源:持续重度刺激一个受体,细胞的回应就越来越弱。这也是下一篇指南的预告——在那里我们会看到,细胞在更长的时间尺度上还能改变受体的数量