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标题: 如何把信号传入到细胞里 [打印本页]

作者: liver411 时间: 2012-11-4 05:01 标题: 如何把信号传入到细胞里

　　·方舟子·

　　科学研究越来越深入、精细，也越来越让一般人难以理解。特别是生物化学
方面的研究，由于不可避免地要用到非常专业的术语，更让外行如看天书。比如
今年诺贝尔化学奖授予两位美国科学家罗伯特·莱夫科维茨和布莱恩·克比尔卡，
他们是因为“G蛋白偶联受体研究”而获奖的。这就让一般人看得一头雾水，什
么是“G蛋白偶联受体”？它有什么用？为什么研究它能够获诺贝尔奖？

　　这要从一般人都熟悉的肾上腺素讲起。肾上腺素是波兰生理学家赛布尔斯基
在1895年发现的，已有一百余年的历史，它虽然也是一个专业术语，却已进入了
日常词汇，连文人写文章形容一个人高度紧张时都会用到“肾上腺素开始大量分
泌”之类的说法。肾上腺素的大量分泌会让身体出现应激反应，例如心跳加速、
血管收缩。当肾上腺素刚刚被发现的时候，生理学家马上想到的是，它是通过刺
激神经系统来起作用的。为了证明这一点，他们做了一个实验，把动物的神经系
统破坏掉，然后注射进肾上腺素。结果发现，实验动物仍然出现了应激反应。这
就证明了肾上腺素并不是通过刺激神经系统起作用的，而是直接刺激心脏、血管
等部位的细胞，让细胞内部发生了变化。

　　但是这面临着一个问题。细胞由细胞膜包裹着，和外界隔离开。肾上腺素随
着血液流到了它要影响的细胞，怎么让细胞知道它的存在呢？人们推测，在细胞
表面上分布着一些特殊的蛋白质，它们能够跟肾上腺素结合在一起。一旦肾上腺
素和这些蛋白质结合了，就相当于把信号传给了细胞。这些蛋白质叫做受体，和
它们结合的肾上腺素就叫做配体。

　　受体是蛋白质，小得用普通显微镜看不到。那么怎么证明它的存在呢？一种
办法是使用和肾上腺素类似的药物，看看它们对不同的器官产生什么样的影响。
首先想到这一点的是美国药理学家阿尔奎斯特。他在上个世纪40年代试验了包括
肾上腺素在内的6种有和肾上腺素一样的作用的药物，按它们的作用强弱进行排
序。他发现，这6种药物对不同的器官的作用强弱存在差异。例如，在刺激血管
收缩方面，肾上腺素的作用是最强的，但是在刺激心跳加速方面，肾上腺素是第
二强的。阿尔奎斯特因此推测，血管壁细胞上的肾上腺素受体和心肌细胞上的肾
上腺素受体不一样，肾上腺素受体至少有两类，他分别把它们叫做阿尔法肾上腺
素受体和贝塔肾上腺素受体。后来人们用类似的方法发现肾上腺素受体有9种。

　　阿尔奎斯特的实验很巧妙，但是只是很间接的证据，连阿尔奎斯特本人也无
法肯定“受体”只是理论上的推测还是真实存在的。更直接的证据是莱夫科维茨
发现的。在上个世纪60年代，莱夫科维茨用放射性碘标记肾上腺素和类似的激素，
这样就可以追踪它们跑到了哪里，结果发现它们的确跑到细胞表面上了，在细胞
膜上检测到了放射性碘。换句话说，在细胞膜上的确有能和肾上腺素相结合的受
体。到了80年代，肾上腺素受体的存在更无可置疑了，因为编码这些受体的基因
被克比尔卡克隆出来了。从基因的序列我们可以推知它编码的蛋白质的序列，进
而推知该蛋白质的结构。结果很出乎意料，肾上腺素受体是一条长长的蛋白质，
分成7个部分。也就是说，肾上腺素受体并不是都在细胞表面上，它露在细胞表
面上用来和肾上腺素结合的只是一个头，它的身体打了7个折，跨越了细胞膜7次，
尾巴呢则是在细胞内。

　　肾上腺素受体的尾巴和一种特殊的蛋白质结合在一起。这种蛋白质分为三个
部分，分别叫做阿尔法、贝塔和伽玛亚基，其中阿尔法亚基和一种核苷酸结合在
一起，这种核苷酸叫二磷酸鸟苷，二磷酸鸟苷的英文缩写和国内官员天天挂在嘴
上的东西一样——GDP，所以这种蛋白质就被叫做G蛋白，而肾上腺素受体就被称
为G蛋白偶联受体。

　　肾上腺素和肾上腺素受体的头部结合，让受体的形状发生了变化，这个变化
在细胞膜里来回折腾了7次，传到了受体的尾巴，跟受体尾巴结合在一起的G蛋白
的形状也发生了变化。由于形状的改变，G蛋白阿尔法亚基上的GDP掉了，改由三
磷酸鸟苷（GTP）结合上去。阿尔法亚基一与GTP结合，形状发生更大的变化，没
法和其他亚基结合在一起，掉了下来，由此引发了一系列的代谢反应。G蛋白阿
尔法亚基实际上是一种GTP酶，它渐渐地把GTP变成了GDP，然后又能去跟G蛋白的
其他亚基结合组成完整的G蛋白，G蛋白又去跟肾上腺素受体的尾巴结合，然后阿
尔法亚基上的GDP又掉了……如此周而复始，在肾上腺素最终从受体脱落之前，
一个受体能激活数以百计的G蛋白质。

　　并不只是肾上腺素受体是G蛋白偶联受体，还有别的激素的受体、神经递质
的受体、视网膜里的光受体、舌头上的味觉受体、鼻腔里头的嗅觉受体等等，也
都是G蛋白偶联受体，这类受体多达几百种。所以这是一个普遍的现象，自然而
然地成了许多药物作用的靶点，现有的化学药（即所谓“西药”）大约有一半与
G蛋白偶联受体有关，例如治疗高血压的药物、抗过敏的药物。对G蛋白偶联受体
的研究不仅有助于我们了解这类药物的作用机理，而且有助于设计出新的药物。
它们对我们的身体健康的影响是如此巨大，它的研究成果获得诺贝尔奖实至名归，
虽然授予生理学或医学奖也许更为恰当（对G蛋白的研究在1994年获得了诺贝尔
生理学或医学奖）。

2012.10.24.

（《新华每日电讯》2012.10.26.）

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