Receptor acoplado a la proteína G (GPCR), también llamado receptor de siete membranas o receptor heptahelicoidal, proteína localizada en la membrana celular que se une a sustancias extracelulares y transmite señales de estas sustancias a una molécula intracelular llamada proteína G (proteína de unión a nucleótidos de guanina). Los GPCR se encuentran en las membranas celulares de una gran variedad de organismos, como mamíferos, plantas, microorganismos e invertebrados. Existen numerosos tipos diferentes de GPCR -sólo el genoma humano codifica unos 1.000 tipos- y, como grupo, responden a una gran variedad de sustancias, como la luz, las hormonas, las aminas, los neurotransmisores y los lípidos. Algunos ejemplos de GPCR son los receptores beta-adrenérgicos, que se unen a la epinefrina; los receptores de prostaglandina E2, que se unen a las sustancias inflamatorias llamadas prostaglandinas; y la rodopsina, que contiene una sustancia química fotorreactiva llamada retina que responde a las señales luminosas recibidas por las células de los bastones del ojo. La existencia de los GPCR fue demostrada en la década de 1970 por el médico y biólogo molecular estadounidense Robert J. Lefkowitz. Lefkowitz compartió el Premio Nobel de Química 2012 con su colega Brian K. Kobilka, quien ayudó a dilucidar la estructura y función de los GPCR.
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Un GPCR está formado por una proteína larga que tiene tres regiones básicas: una porción extracelular (el N-terminal), una porción intracelular (el C-terminal) y un segmento medio que contiene siete dominios transmembrana. Comenzando en el N-terminal, esta larga proteína serpentea hacia arriba y hacia abajo a través de la membrana celular, con el largo segmento medio atravesando la membrana siete veces en forma de serpentina. El último de los siete dominios está conectado al C-terminal. Cuando un GPCR se une a un ligando (una molécula que posee afinidad por el receptor), el ligando desencadena un cambio conformacional en la región de siete membranas del receptor. Esto activa el extremo C, que a su vez recluta una sustancia que activa la proteína G asociada al GPCR. La activación de la proteína G inicia una serie de reacciones intracelulares que terminan, en última instancia, en la generación de algún efecto, como el aumento de la frecuencia cardíaca en respuesta a la epinefrina o los cambios en la visión en respuesta a la luz tenue (véase el segundo mensajero).
Tanto las mutaciones innatas como las adquiridas en los genes que codifican los GPCR pueden dar lugar a enfermedades en los seres humanos. Por ejemplo, una mutación innata de la rodopsina da lugar a una activación continua de las moléculas de señalización intracelular, lo que provoca ceguera nocturna congénita. Además, las mutaciones adquiridas en ciertos GPCRs provocan un aumento anormal de la actividad y expresión de los receptores en las membranas celulares, lo que puede dar lugar a cáncer. Dado que los GPCR desempeñan funciones específicas en las enfermedades humanas, han proporcionado objetivos útiles para el desarrollo de fármacos. Los antipsicóticos clozapina y olanzapina bloquean GPCR específicos que normalmente se unen a la dopamina o la serotonina. Al bloquear los receptores, estos fármacos interrumpen las vías neuronales que dan lugar a los síntomas de la esquizofrenia. También existe una variedad de agentes que estimulan la actividad de los GPCR. Los fármacos salmeterol y albuterol, que se unen a los GPCR beta-adrenérgicos y los activan, estimulan la apertura de las vías respiratorias en los pulmones y, por tanto, se utilizan en el tratamiento de algunas afecciones respiratorias, como la enfermedad pulmonar obstructiva crónica y el asma.