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  2012年的諾貝爾化學獎頒發給了布賴恩·科比爾卡和羅伯特·萊夫科維茨,以表彰他們對於G蛋白偶聯受體的功能的研究。對於G蛋白介導的訊號傳導的某些方面,至少獲得另外七項諾貝爾獎 。2012年全球銷量最高的十種藥物中的兩種(Advair Diskus和Abilify)即屬此類 。

  G蛋白偶聯受體組成了一個非常龐大的蛋白質超家族(protein superfamily)。這個超家族的具體大小尚未知曉,不過依據DNA序列的相似性,人們預測人類基因組中有約800個基因(約佔整個基因組中編碼蛋白質的部分的4%)會編碼G蛋白偶聯受體超家族的成員蛋白。 這些G蛋白偶聯受體可以被大致劃分為六個型別,分屬其中的G蛋白偶聯受體的基因序列之間沒有顯著的同源關係。  其中第一類即視紫紅質樣受體包含了絕大多數種類的G蛋白偶聯受體。它被進一步分為了19個子類A1-A19。最近,有人提出了一種新的關於G蛋白偶聯受體的分類系統,被稱為GRAFS,即穀氨酸(Glutamate),視紫紅質(Rhodopsin),粘附(Adhesion),Frizzled/Taste2以及分泌素(Secretin)的英文首字母縮寫。  一些基於生物資訊學的研究著眼於預測那些具體功能尚未明瞭的G蛋白偶聯受體的分類。研究者使用被稱為偽氨基酸組成的方法利用G蛋白偶聯受體的氨基酸系列來預測它們在生物體內可能的功能以及分類。

  G蛋白偶聯受體均是膜內在蛋白(Integral membrane protein),每個受體內包含七個α螺旋組成的跨膜結構域,這些結構域將受體分割為膜外N端(N-terminus),膜內C端(C-terminus),3個膜外環(Loop)和3個膜內環。受體的膜外部分經常帶有糖基化修飾。膜外環上包含有兩個高度保守的半胱氨酸殘基,它們可以通過形成二硫鍵穩定受體的空間結構。有些光敏感通道蛋白(Channelrhodopsin)和G蛋白偶聯受體有著相似的結構,也包含有七個跨膜螺旋,但同時也包含有一個跨膜的通道可供離子通過。  與G蛋白偶聯受體相似,兩種脂聯素受體(ADIPOR1和ADIPOR2)也包含七個跨膜域,但是它們以相反的方向跨於膜上(即N端在膜內而C端在膜外),並且它們也不與G蛋白相互作用。  早期關於G蛋白偶聯受體結構的模型是基於他們與細菌視紫紅質(Bacteriorhodopsin)之間微弱的趨同演化關係的,其中後者的結構已由電子衍射(蛋白質資料庫資料編號:和)和X射線晶體衍射()實驗所獲得。在2000年,第一個哺乳動物G蛋白偶聯受體——牛視紫紅質的晶體結構()被解出。 2007年,第一個人類G蛋白偶聯受體的結構(和)被解出。隨後不久,同一個受體的更高解析度的結構()被發表出來。這個人G蛋白偶聯受體——β2腎上腺素能受體,顯示出與牛視紫紅質的高度相似,不過兩者在第二個膜外環的構象上完全不同。由於第二膜外環組成了一個類似蓋子的結構罩住了配體結合位點,這個構象上的區別使得所有對從視紫紅質建立G蛋白偶聯受體同源結構模型的努力變得困難重重。  一些啟用的即結合了配體的G蛋白偶聯受體的結構也已經被研究清楚。這些結構顯示了G蛋白偶聯受體的膜外部分與配體結合了之後會導致膜內部分發生構象變化。其中最顯著的變化是第五和第六跨膜螺旋之間的膜內環會向外移動,而啟用的β2腎上腺素能受體與G蛋白形成的複合體的結構顯示了G蛋白α亞基正是結合在了上述運動所產生的一個空穴處。

  G蛋白偶聯受體參與眾多生理過程。包括但不限於以下例子:

  G蛋白偶聯受體傳遞訊號的機理包括幾個主要步驟:首先來自細胞膜外側的配體與受體相結合,引起後者的構象變化,這個過程也稱為受體的啟用。發生了構象變化的受體隨即會啟用附著在其細胞膜內側端的G蛋白,表現為G蛋白上原先結合的GDP被替換為GTP。啟用後的G蛋白會進一步引發一系列的下游效應,其中所涉及的具體訊號通路則取決於G蛋白的種類。

  大部分A類受體的配體結合部位處於跨膜螺旋和胞外環附近,不過也有一些例外,如糖蛋白激素受體(GPHR)和富亮氨酸重複G蛋白偶聯受體(LGR)等。其它型別的G蛋白偶聯受體則主要以N端與配體結合。 也有一些報道指出B類受體的跨膜螺旋上也存在潛在的變構配體結合位點。

  在靜息狀態下,G蛋白偶聯受體在膜上與由G、G和G三個亞基組成的異三聚體G蛋白結合形成複合物。其中G亞基上結合有GDP分子。當有配體結合到受體上時會引起後者的構象發生變化,變成具有鳥苷酸交換因子活性的“活化構象”。活化的受體會催化G亞基捕獲GTP分子來交換其上結合著的GDP。GTP與G亞基的結合會使受體與G蛋白的複合物解離,受體、GTP-G和G-G二聚體三者相互分開。其中後兩者可以進一步與其它蛋白相互作用從而使訊號繼續傳遞下去,而自由的受體可以重新結合上一個新的G蛋白來開始下一輪訊號轉導過程。
G蛋白偶聯受體(G Protein-Coupled Receptors,GPCRs),是一大類膜蛋白受體的統稱。