Receptores acoplados a proteína G são receptores de ligação de ligandos que afetam indiretamente alterações na célula. O verdadeiro receptor é um único polipeptídeo que atravessa a membrana celular sete vezes criando laços intracelulares e extracelulares. Os laços extracelulares criam uma bolsa específica de ligandos que se liga a neurotransmissores ou hormonas. Os laços intracelulares agarram-se à proteína G.

A proteína G ou proteína de ligação de nucleótidos de guanina é um grande complexo heterotrimérico. As suas três subunidades são rotuladas alfa (α), beta (β) e gama (γ). Quando o receptor está desligado ou em descanso, a subunidade α liga uma molécula de difosfato de guanosina ou GDP, e todas as três subunidades são anexadas ao receptor.

Quando um ligando se liga ao receptor, a subunidade α liberta o GDP e liga uma molécula de trifosfato de guanosina (GTP). Esta ação liberta o complexo α-GTP e o complexo β-γ do receptor. O α-GTP pode mover-se ao longo da membrana para ativar as vias de segundos mensageiros, como cAMP. No entanto, existem diferentes tipos de subunidades α e algumas são inibitórias, desligando o cAMP.

O complexo β-γ pode interagir com canais iónicos de potássio que libertam potássio (K+) para o espaço extracelular resultando em hiperpolarização da membrana celular. Este tipo de canal iónico dependente de ligando é chamado de canal de potássio acoplado interiormente a proteína G ou GIRK.

Os ligandos não se ligam permanentemente ao receptor. Quando o ligando deixa o receptor, ele fica disponível para as unidades de proteína G se voltarem a juntar e unir. Antes disso no entanto, enzimas próximas devem hidrolisar o GTP ligado à subunidade α de volta a GDP. Uma vez feito isso, o complexo β-γ volta a ser montado com o complexo α-GDP, e toda a proteína G se volta a ligar ao seu domínio receptor.

Receptores comuns acoplados a proteína G são: receptores muscarínicos de acetilcolina encontrados em músculos esqueléticos, receptores Beta-1 adrenérgicos no coração e receptores de vasopressina em células musculares lisas. Em sistemas sensoriais, como receptores olfativos e alguns receptores de sabor, os ligandos são moléculas ambientais. Por exemplo, moléculas de sacarose ligam-se a receptores acoplados a proteína G, resultando na percepção do sabor doce.

Alterações nos receptores acoplados a proteína G podem desempenhar um papel substancial nos transtornos de humor, como a depressão. A serotonina é um ligando para o receptor 5HT1A, um receptor acoplado a proteína G. Tem sido sugerido que, na depressão, as interações entre o ligando e o receptor são alteradas; ou o ligando não se liga por tempo suficiente ou o receptor não responde totalmente. Isso resulta em má sinalização serotonérgica que se manifesta como depressão.