Les récepteurs couplés aux protéines G sont des récepteurs liant des ligands qui influencent indirectement les modifications dans la cellule. Le récepteur est en réalité un polypeptide unique qui passe sept fois à travers la membrane cellulaire en créant des boucles intracellulaires et extracellulaires. Les boucles extracellulaires créent une poche spécifique au ligand, qui se lie aux neurotransmetteurs ou aux hormones. Les boucles intracellulaires s’accrochent à la protéine G.

La protéine G, ou la protéine se liant au nucléotide guanine, est un grand complexe hétérotrimérique. Ses trois sous-unités sont libellées alpha (α), bêta (β) et gamma (γ). Lorsque le récepteur n’est pas lié, ou au repos, la sous-unité α lie une molécule de guanosine diphosphate, ou GDP, et les trois sous-unités sont fixées au récepteur.

Lorsqu’un ligand se lie au récepteur, la sous-unité α libère la GDP et se lie à une molécule de guanosine triphosphate (GTP). Cette action libère le complexe α-GTP et le complexe β-γ du récepteur. L’α-GTP peut se déplacer le long de la membrane pour activer les voies du second messager, telles que l’AMPc. Cependant, il existe différents types de sous-unités α et certains sont inhibiteurs, désactivant l’AMPc.

Le complexe β-γ peut interagir avec les canaux d’ions potassium qui libèrent du potassium (K+) dans l’espace extracellulaire entraînant une hyperpolarisation de la membrane cellulaire. Ce type de canal ionique ligand-dépendant s’appelle un canal GIRK, la protéine G est couplée à l’intérieur rectifiant le canal potassique.

Les ligands ne se lient pas au récepteur de façon définitive. Lorsque le ligand quitte le récepteur, il devient disponible pour que les unités de la protéine G se couplent et se fixent à nouveau. Avant cela cependant, les enzymes voisines doivent hydrolyser la GTP fixée à la sous-unité α de nouveau en GDP. Une fois que cela est réalisé, le complexe β-γ se ré-assemble avec le complexe GDP-α, et l’ensemble de la protéine G se fixe à son domaine du récepteur.

Les récepteurs couplés à la protéine G courants sont : les récepteurs muscariniques de l’acétylcholine présents dans les muscles squelettiques, les récepteurs adrénergiques bêta-1 dans le cœur et les récepteurs de vasopressine sur les cellules musculaires lisses. Dans les systèmes sensoriels, comme les récepteurs olfactifs et certains récepteurs gustatifs, les ligands de liaison sont des molécules de l’environnement. Par exemple, les molécules de saccharose se lient aux récepteurs couplés à la protéine G, ce qui donne la perception du goût sucré.

Les altérations des récepteurs couplés aux protéines G peuvent jouer un rôle important dans les troubles de l’humeur, comme la dépression. La sérotonine est un ligand du récepteur 5HT1A, un récepteur couplé à la protéine G. Il a été suggéré que dans la dépression, les interactions entre le ligand et le récepteur sont modifiées ; soit le ligand ne se lie pas assez longtemps, soit le récepteur ne répond pas complètement. Il en résulte une mauvaise signalisation sérotonergique qui se manifeste par la dépression.