G 蛋白偶联受体 (GPCR) 遍布人体各处，参与许多复杂的信号传导途径。尽管它们在许多生物过程中发挥着重要作用，但 G 蛋白偶联及其相关信号传递的核心机制尚不清楚。

莱比锡大学的研究团队成功在原子水平上理解了肾上腺素结合受体信号传递的机制。未来研究人员或许可以利用这些成果在药物研发过程中更好地避免副作用。

每个生物体都会对其环境作出反应。外部刺激会导致身体释放肾上腺素等信使，这些信使会与受体结合。受体将信号传递给其他蛋白质。这会触发生化级联，导致生物体做出反应，例如在肾上腺素结合受体的情况下，会出现逃跑或战斗反应。

药物通常以这些信使为基础，通过与受体相互作用发挥作用。如果药物与错误的受体结合或未将信号传递到正确的细胞内蛋白质，则会产生副作用。为了防止这种情况发生，科学家正在研究受体的工作原理。

在这项研究中，莱比锡大学医学物理与生物物理研究所的 Peter Hildebrand 教授及其团队展示了信号通过 β2 肾上腺素受体在原子水平上的传递方式。这是一种 G 蛋白偶联受体 (GPCR)。该蛋白质超家族的成员嵌入细胞膜中。

研究团队利用计算机辅助分子动力学模拟以及生化和功能突变分析进行研究。这使他们能够观察到受体的工作方式：通过结合，受体会改变细胞内 G 蛋白的三维结构，然后释放调节分子 GDP。

下一步，这种G蛋白可以通过结合其实际底物GTP而被激活，并引发细胞内的生化级联反应。研究小组还发现，该受体的确切功能取决于各种灵活结构元素的排列。它们无法用经典的结构生物学方法来表征。

希尔德布兰德教授目前正计划将计算机辅助生物物理方法应用于其他受体系统，例如莱比锡大学医学研究的重点——肥胖研究。“当使用具有不同特征的药物时，动态信号的比较研究是令人兴奋的，”这位生物物理计算机模拟教授解释说。

彼得·W·希尔德布兰德 (Peter W. Hildebrand) 教授自 2017 年起在莱比锡大学医学院从事受体研究。2008 年至 2014 年，他与夏里特医学院的 Klaus-Peter Hofmann 教授和 Patrick Scheerer 博士一起研究了光感受器视紫红质的结构。

他目前还与诺贝尔奖得主 Brian Kobilka 教授和美国斯坦福大学低温电子显微镜专家 Yiorgo Skiniotis 教授合作，以更好地了解 GPCR 介导的信号传导。他们最近共同阐明了 GTP 与 G 蛋白结合及其激活的机制，并将结果发表在《自然》杂志上。

“我们现在首次全面了解了受体介导信号从细胞外部到细胞内部的结构机制，”希尔德布兰德说。“除了我的合作者之外，我的团队中才华横溢的年轻科学家 Hossein Batebi 博士和 Guillermo Pérez-Hernández 博士也功不可没。”