我们每时每刻都在感知外部世界的状态，我们用眼睛观察世界、用味觉品尝世界、用触觉感受世界，这都是因为人体内的细胞每时每刻都在与外部世界进行信息交换。
究竟是什么样的工作机制，让这些细胞具有探测器的功能？细胞又是如何传递这些外界的刺激信号做出反应？由于对这些问题孜孜不倦的研究，并取得了突破性的成果，美国杜克大学教授罗伯特·莱夫科维茨（Robert J. Lefkowitz）和斯坦福大学教授布莱恩·科比尔卡（Brian K. Kobilka）获得了今年的诺贝尔化学奖。
发现GPCR家族
当你在阅读这行文字的时候，可能正喝着一杯清茶。你闻到了茶的清香，你的口中感受到了茶水的甘甜，惬意的时光让你神清气爽。突然一不小心，你打碎了茶杯，杯子落地的瞬间你被吓到，心跳加快，血压升高，脸都涨红了。
为什么我们能看能嗅能尝，获得这些感觉？或许你知道，这些感觉来自于视网膜上的视细胞、味蕾表面的味觉细胞、鼻粘膜上的嗅细胞。神清气爽的感觉则来自于脑中分泌的多巴胺。你受惊吓后，体内分泌的肾上腺素让你心跳加快，血压升高。
但长期以来，人们并不清楚细胞如何感知周围环境。科学家们怀疑细胞表面存在某种激素等信号分子的接收器，也就是受体，使其可以感知周围环境，以适应新情况。
但是这些接收器究竟由什么组成？如何工作？在20世纪大部分时间里，这仍是一个未解之谜。莱夫科维茨和科比尔卡的研究，揭示了这些受体中的一个重要家族——“G蛋白偶联受体”的内部工作机理。
莱夫科维茨在1968年开始利用放射性方法追踪细胞受体。他在细胞膜上发现了若干种受体，其中包括一种肾上腺素受体：β肾上腺素受体。他的团队从细胞膜中分离出了隐藏其中的受体，并初步明确了它们的工作机制。
团队在1980年代取得了进一步的突破。后来进入团队的科比尔卡，从庞大的人类基因组中分离出了β肾上腺素受体的基因并对其进行了解码。他们意外发现β肾上腺素受体的基因序列与眼中的一个感光受体相似。“可能存在一个受体家族。”
这个家族如今被统称为G蛋白偶联受体（GPCR），大约有1000个基因为这些受体编码。中山大学化学与化学工程学院教授马林介绍，这类受体位于细胞膜上，并偶连着细胞内的G蛋白。而与G蛋白偶联受体结合的可以是小分子的糖类、脂质、多肽，也可以是蛋白质等生物大分子。
GPCR与视觉、嗅觉、味觉、肾上腺素、组胺、多巴胺还有五羟色胺等多个领域的信号传导相关，参与了人体内的感光，嗅觉，味觉，行为和情绪的调节，免疫系统调节，自主神经系统的调节，细胞密度的调节，维持体内的平衡态等。
捕捉信息传递瞬间
虽然之前的科学家对GPCR形态改变的过程有个大概的了解，但并不知其中细节。“膜蛋白受体很难研究，它的结构变动不居。”马林介绍，2007年，第一个人类GPCR即β2肾上腺素受体结构才被莱夫科维茨的团队解码出来。
2011年，科比尔卡又取得了另一项重大突破：他和他的研究组捕捉到了β肾上腺素受体被激素激活、向细胞发送信号的瞬间，从而获得了GPCR结合G蛋白的三维结构。人类第一次“看”到了两者是如何相互作用的。
研究显示，外界的刺激如气味分子或者体内分泌的激素等配体，从细胞膜外侧与GPCR结合后，GPCR随即会激活与之偶联的G蛋白。有科普人员这样比喻这一过程，“如果G蛋白偶联受体相当于锁，那么G蛋白相当于锁芯，激素等配体相当于钥匙。”
激活后的G蛋白被释放出来，激活细胞内的某些酶类，进一步引发细胞内一系列的生化效应。最终，这个细胞就会引发相应的神经电信号，让我们的大脑知道自己闻到了这种气味或者感受到这种刺激。
马林介绍，激素作用机制的发现获得了1971年的诺贝尔医学奖，G蛋白的发现获得了1994年的诺贝尔医学奖，如今GPCR的工作机制也获得了诺贝尔奖，足见在这一领域的研究的重要性。
马林表示，GPCR有上千种，但其中结构清楚的很少，描绘各种受体的模型将成为下一步研究的重点，寻找它们配体的研究则极具医疗价值，这是因为，很多的药物其实是结合于细胞表面的蛋白上来发挥作用，这种蛋白中最为重要的一大类就是GPCR。
