前言：
1994年諾貝爾的生理、醫學獎是由德州西南醫學中心的 Alfred G. Gilman（美國）和美國國家衛生研究所的
Martin Rodbell（美國）共同獲得的，得獎的原因是因為他們發現Ｇ蛋白及其在細胞內之訊號傳導過程中所扮演的角色。
他們的研究就像是一部偵探小說，是一連串解謎的過程。故事起始於 1940 年代，美國 Cori 教授夫婦首先闡明肝醣的水解機制。其後
Cori 的學生 Sutherland 證實其為一訊號傳遞過程：細胞外的荷爾蒙先活化細胞膜上的 AMP 環脢，AMP 環脢再將細胞內的 ATP 轉換成環狀
AMP，環狀 AMP 便在細胞內活化肝醣水解脢加速分解肝醣。此一發現引發了兩個問題，一是環狀 AMP 如何活化肝醣水解脢，一是荷爾蒙如何經由細胞膜表面的受體活化
AMP 環脢。前者由 Kreb 及 Fischer 二人於 1970 年代解答，後者則由 Rodbell 及 Gilman 的研究共同解答。Rodbell
找到一種稱為 GTP 的小分子，它是另一種未知蛋白在傳遞荷爾蒙與環脢間的訊號時所不可或缺的物質。此一未知蛋白由 Gilman 於 1980 年代初期純化出來，命名為
G 蛋白。它實際包含了三種蛋白質，分別是α、β及γ，人們將三種蛋白質以不同方式組合，已製造出多達二、三十種的 G 蛋白，這些 G 蛋白作為訊號傳遞的中繼站，在細胞的生長分裂與基因的表現等生理作用上都有重要的影響。（參考資料1）
內容：
（1） 發現G Proteins
Martin Rodbell和他的共同研究者在1960-1970年代間發現guanine nucleotide涉及了細胞之間的訊息傳遞，他們研究了『光線進入感光細胞（桿細胞、錐狀細胞）後，光的訊息是如何經由分子機轉而轉換成神經傳導的訊息』和『細胞在訊息傳導的過程中，其所表現的功能有所不同。有些是接受外來的訊息、有些是傳遞訊息、有些則是放大訊息』。而Alfred
G. Gilman和其共同研究者則根據Martin Rodbell所發表的研究結果，去尋找這個訊息傳導的物質到底是什麼。終於在1980年，他們發現了G
蛋白。（參考資料2）
Martin Rodbell等人發現hormone receptor和Amplifier的結合是靠著一樣東西的幫忙。而Alfred
G. Gilman等人則利用了基因與生化技術，純化出G protein。他們用淋巴瘤細胞，在正常的情況下，可以被receptor活化產生cyclic
AMP的特性來做實驗。
A.Normal Lymphoma
Cell
在一個突變的淋巴瘤細胞中，他們發現有正常
的receptor，和正常的cyclic
AMP-generating
enzyme，可是它卻無法對外界的刺激產生回應。
因為它缺少了將receptor和amplifier接合一起的東西~G
protein。
B.Mutated Lymphoma
Cell
G protein可以從正常的腦組織中分離出來。我們將純化出來的G protein置入突變的淋巴瘤細胞中，發現此細胞可以產生正常的訊息傳導功能，繼續後續的生化反應。所以進一步地證實了G
protein在訊息傳導過程中的所扮演的角色。
（2） 在細胞內的訊息傳導
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細胞在我們的體內是被一層脂質的膜所包圍的。構成細胞膜的phospholipid 分子的親水性端是朝向細胞外和細胞內的（即下圖構成細胞膜的藍色圓球）。許多蛋白質會以貫穿整個細胞膜的形式存在。
一個 first messenger（一個adrenaline的分子）(1)， 與專一性的adrenaline receptor (2)
結合，所以作為transducer (3)的G protein就被活化了，而G protein是由alpha-, beta-
and gamma 三種subunits所構成的。
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接下來， amplifier (4)，也就是adenylate cyclase 被刺激，藉著ATP
(adenosine- triphosphate) (6) 的作用，產生了second messenger- cyclic AMP (5)
。然後一連串的酵素反應 (7) 發生了，藉由phosphorylation (8)，glycogen (9)
就被分解成為 glucose (10)，提供細胞所需的能量。
Phosphorylation 也可以改變一些膜上的蛋白質，像是離子通透的管道 (11)。
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（3） G protein的活化與（4） 不（5） 活化
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1. G protein包含alpha-, beta- 和
gamma-subunits，在不活化的時候是以
和GDP結合在一起的形式存在的。
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2. 當receptor和其相對應的荷爾蒙結合，會活化 G protein，然後GDP就被釋放出來。
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3.接著GTP就會和G protein結合，
活化後的G protein其subunits會開始分離。（beta-和gamma-subunits所形成的複合體，會和alpha-subunit分離）
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4. 幾秒鐘之後，原本和alpha-subunit 結合的GTP 會被水解成GDP，然後subunits
之間就會重新組合在一起。
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（6） G protein和我們人體之間的關係
＜G protein可以幫助我們產生感覺＞
1.在我們感覺器官中的G protein
會將環境所傳達的訊息翻譯成
另一種語言，使腦中的G protein
可以了解，進而做出回應。
2.在鼻子中的G protein會被嗅覺
的刺激所活化。
3.在舌頭中的G protein會傳導味
覺的訊息。
＜G protein會對荷爾蒙產生回應＞
當我們處於一個憤怒的情況時，
我們的腎上腺會分泌腎上腺素進
入血液中，當帶有腎上腺素的血
液流到肝臟時，會促進葡萄糖的
生成，給予我們打架或逃跑的能
量。
（以上圖片皆來自參考資料3）
結語：
從1994年Martin Rodbell和Alfred G. Gilman因為G protein的發現而獲得諾貝爾獎至今，我們對於G
protein已經有更多的認識。
G protein在神經訊息傳導的過程中，扮演著很重要的角色。我們知道神經系統執行功能時，除了神經元本身的電流傳導外，還需突觸前神經元釋放出神經傳導物質，和突觸後神經元上的receptor結合，將訊息傳導下去。而需要G
protein幫助產生作用的receptor就佔了人體所有receptor的80﹪！整個訊息傳導的過程，現在已經有一個大概的輪廓。
和Gs protein 相關的receptor所導致的訊息傳遞，會使adenylate
cyclase 被活化，它被活化後，會使ATP被轉變成cAMP；當cAMP濃度上升時，會引起PKA（protein kinase A）活化，再進一步phosphorylation某些重要的酵素。而和Gi
protein 相關的receptor，其作用則剛好和Gs protein 相關的receptor相反。另外還有和Gq
protein 相關的receptor，其訊息傳導會導致phospholipase C（PLC）的活化，將PIP2轉變成DAG和IP3。IP3可以開啟內質網上的鈣離子通道，使細胞質內的鈣離子濃度升高。另一方面DAG和鈣離子都可以活化PKC（protein
kinase C），而PKC會再進一步phosphorylation一些重要的酵素，使其產生活性。（參考資料2）
關於G protein在人體內訊息傳導的作用，其實還有許多更複雜的機轉。從G protein的發現一直到現在，G
protein的相關研究仍然是一個大熱門。目前為止，在receptor接受神經訊息中G protein作用的整個機轉，已經可以應用在一些臨床醫學上治療患者。然而相信還有更多有關G
protein的奧秘，有待我們去發掘！
參考資料：
1.http://www.pidc.gov.tw/Publication/Newsletter/no6/p11.html#s3
2.http://www.tainandoctor.com/works_06.htm
3. http://www.nobel.se/
4.Becker、Kleinsmith、Hardin，The World of the Cell，the
Benjamin/Cummings publishing company，第四版，p266~295。