G蛋白偶联型受体的信号转导途径中的第一个信号传递分子是G蛋白，其活化过程称为G蛋白循环。

G蛋白以α、βγ亚基三聚体的形式存在于细胞质膜内侧。α亚基已发现有20余种，分子量为36～52kd。α亚基具有多个活化位点，其中包括可与受体结合并受其活化调节的部位、与βγ亚基相结合的部位、GDP或GTP结合部位以及与下游效应分子相互作用的部位等等。α亚基还具有GTP酶活性。α亚基结合GDP时是无活性状态，而与GTP结合时则为有活性状态，GTP的水解又使其返回无活性状态。

G蛋白中的β和γ亚基亦有数种，但不及α亚基种类多。在细胞内，β和γ亚基形成紧密结合的二聚体，只有在蛋白变性条件下方可解离，因此可以认为它们是功能上的单体。βγ亚基的主要作用是与α亚基形成复合体并定位于质膜内侧。近年来的研究表明，βγ亚基亦可作用于其下游效应分子。

G蛋白循环的具体过程可见图21-11。当物理或化学信号刺激受体时，受体活化G蛋白使之发生构象改变。α亚基与GDP的亲和力下降，结合的GDP为GTP所取代。α亚基结合了GTP后即与βγ亚基发生解离，成为活化状态的α亚基。活化了的α亚基此时可以作用于下游的各种效应分子。这种活化状态将一直持续到GTP被α亚基自身具有的GTP酶水解为GDP。一旦发生GTP的水解，α亚基又再次与βγ亚基形成复合体，回到静止状态，重新接受新的化学信号。

由于G蛋白的种类不同，因此G蛋白可以作用于不同的效应分子，或对同一效应分子进行不同的调节。