【大四 必修】分子生物学蛋白质磷酸化课件
(分子生物学本科生课件)蛋白质磷酸化-2014
2020/10/22
蛋白质磷酸化与非磷酸化
非活性蛋白与活性蛋白的构象之间的转换是通过可逆共价修饰 调节蛋白质的方式，蛋白激酶则是这一过程催化磷酸化的重要蛋白， 而磷酸酯酶是去磷酸化的重要蛋白.
已经发现在人体内有多达2000个左右的蛋白质激酶和1000个左 右的蛋白质磷酸酶基因。蛋白质的磷酸化是指由蛋白质激酶催化的 把ATP或GTP上γ位的磷酸基转移到底物蛋白质氨基酸残基上的过程， 其逆转过程是由蛋白质磷酸酶催化的，称为蛋白质脱磷酸.
2、DAG作用：激活蛋白激酶C,将存在于靶蛋白质中得丝氨酸和 苏氨酸残基磷酸化，
改变靶蛋白质的活性。如:糖原合成酶磷酸化后，停止合成 糖原。
3、DAG与IP3的协调作用 IP3－ →细胞质中Ca2 + ↑－→ 糖原合成酶活性↑ 蛋白激酶C－ →使IP3 诱导增高糖原磷酸化酶活性的过
程终止。
4、DAG的激活机理 DAG－→ 增加蛋白激酶C对Ca2 + +的亲合性－→ 在Ca2
化亚基。当cAMP-依赖蛋白激酶的调控亚基结合时，激酶解离成两个具有 催化活性的蛋白激酶（由催化亚基形成）和一个二聚的调控亚基。
cAMP-依赖蛋白激酶被活化后，它解离出来的活性蛋白酶能够催化 ATP分子与目标代谢酶分子的磷酸化反应。一般是代谢酶的Ser或Thr残基 的羟基被ATP磷酸化，其结果是代谢酶被抑制或激活。cAMP即是通过上述 机制实现对代谢酶活性的调控。
C激酶的活性也受磷脂酰丝氨酸的影响，原因是后者大大提高了C激酶对于 Ca2+的亲和力，从而使得C激酶能被生理水平的Ca2+离子所活化。C激酶主要实施对 丝氨酸、苏氨酸的磷酸化，它具有一个催化结构域和一个调节结域。
2020/10/22
分子生物学---11蛋白质磷酸化和信号转导
蛋白质磷酸化和信号转导一、蛋白质磷酸化过程和功能1、蛋白质磷酸化p r o t e i n p h o s p h o r y l a t i o n（1）过程：P r o t e i n k i n a s e(蛋白激酶)P r o t e i n p h o s p h o r y l a t e d p r o t e i nA T P A D PP h o s p h a t a s e（磷酸酶）P i（2）主要磷酸化位点（对有-O H的氨基酸进行磷酸化）丝氨酸（S e r）/苏氨酸（T h r）:磷酸化之后电荷发生变化使蛋白质活性改变酪氨酸（T y r）:磷酸化之后通常招募其他蛋白因子，使下游蛋白质活性改变（3）蛋白质磷酸化的功能生物热力学；蛋白质降解；酶活性的调控（激活o r抑制）；蛋白质相互作用2、重要的蛋白激酶（1）C D K s：c y c l i n-d e p e n d e n t k i n a s e周期蛋白依赖性蛋白激酶，属于一组调控细胞周期的S e r/T h r蛋白激酶，和周期蛋白c y c l i n协同作用发挥激酶活性，作用于细胞周期的不同阶段（2）R T K s：R e c e p t o r T y r o s i n K i n a s e受体酪氨酸激酶，是具有酪氨酸激酶活性的受体，如E G F R（表皮生长因子受体）（3）C y t o p l a s m i c P r o t e i n-T y r o s i n e K i n a s e s：非受体酪氨酸激酶，存在于细胞质中，大部分结构中存在S H2、S H3结构域，是磷酸化的结合位点。
如S r c、J A K、F A K等二、信号转导1、信号转导的种类E n d o c r i n e（内分泌）：激素P a r a c r i n e（旁分泌）：神经递质A u t o c r i n e（自分泌）：生长因子2、信号转导的步骤（1）信号分子的合成（2）信号分子释放（3）信号分子传导（4）信号分子与受体结合（5）激活细胞内信号通路（6）细胞内信号传导3、信号转导通路的几个重要的酶蛋白激酶；蛋白磷酸酶；G蛋白偶联受体；离子通道；细胞核受体；转录因子4、信号转导通路的种类及途径（1）细胞内受体介导的信号通路：信号分子一般为激素如孕酮（p r o g e s t e r o n e）、甲状腺素（t h y r o x i n）、维甲酸（r e t i n o i c a c i d）过程：血液中的激素分子从血管中游离出来进入细胞，与细胞质中的受体形成复合物，复合物进入细胞核内对基因的转录表达进行调控。
蛋白磷酸化与蛋白激酶(医学相关)
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（7）核糖体S6激酶（S6K）
包括S6KⅠ和S6KⅡ，能催化核糖体 S6蛋白磷酸化。
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（8）整合素连接激酶
整合素连接激酶（intergrin-linked kinase，ILK）可直接磷酸化PKB/Akt， 其活性依赖PI3K。
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PINCH, ILK domain structures & interacting partners
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1. 丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶
丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（serine/ threonine protein kinase，S/T-PK）催化 丝氨酸/苏氨酸的羟基磷酸化。
NH HC CH2 OH OC
NH HC CH2 OC
O OP O
O
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（1）蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）
• 与蛋白质或多肽底物结合； • 与磷酸供体ATP/GTP结合； • 转移磷酸基到底物相应的氨基酸残基上。
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2. 调节结构域/亚基 同源性较低。 作用： 调节酶的活性； 靶向作用，与酶的亚细胞定位有关。
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（二）蛋白激酶的种类
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真核细胞的蛋白激酶可分为五类： ① 丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶 ② 酪氨酸蛋白激酶 ③ 组/赖/精氨酸蛋白激酶 ④ 半胱氨酸蛋白激酶 ⑤ 天冬氨酸/谷氨酸蛋白激酶
• 广泛分布于各组织的胞质，以Ca2＋依赖 的形式从胞质中移位到细胞膜上，此过程 称之为转位。PKC转位是其活化的标志。
蛋白质分子的化学修饰课件
催化去磷酸化反应的酶，将蛋白 质上的磷酸基团去除。
蛋白质磷酸化修饰 磷酸化修饰的种类
调节蛋白质活性
磷酸化修饰可改变蛋白质 的构象或活性位点，从而 调节其功能。
参与信号转导
磷酸化修饰在细胞信号转 导过程中起着关键作用， 可影响细胞生长、分化、 代谢等过程。
蛋白质稳定性
磷酸化修饰可影响蛋白质 的稳定性，通过调节蛋白 质降解途径来影响细胞内 蛋白质水平。
2023
PART 04
蛋白质甲基化修饰
REPORTING
甲基化修饰的种类
赖氨酸甲基化
赖氨酸残基的ε-氨基上加上甲基 基团，包括单甲基化、二甲基化
和三甲基化。
蛋氨酸甲基化
蛋氨酸残基的α-氨基上加上甲基基 团，通常为N-甲基化。
精氨酸甲基化
精氨酸残基的胍基上加上甲基基团 ，包括N-甲基化和N,N-二甲基化。
2023
PART 03
蛋白质糖基化修饰
REPORTING
糖基化修饰的种类
O-糖基化
糖基磷脂化
发生在蛋白质的丝氨酸或苏氨酸的羟 基上，由糖苷酶催化。
将糖基连接到脂质分子上，形成糖脂 。
N-糖基化
发生在蛋白质的氨基上，由糖苷酶催 化。
糖基化修饰的酶类
糖基转移酶
催化糖基从供体转移到受体上。
糖苷酶
催化糖苷键的断裂，释放出糖基 。
泛素化
泛素化是指将泛素分子加到蛋 白质的特定位点上，可以调节 蛋白质的降解和功能。
甲基化
甲基化是指将甲基基团加到蛋 白质的特定位点上，可以调节 蛋白质的构象和与其他蛋白质
的相互作用。
蛋白质分子化学修饰的功能
调节蛋白质活性
调节蛋白质稳定性
现代分子生物学-蛋白质ppt课件
动态
与其它分子结合: 信号转导
蛋白质相互作用: 结构, 最具挑战性
分子水平：
基因组DNA：基因重排，Ig多样性 基因序列多样性（Science. 2004，305:251-254 ），抵抗 不同病原（低等动物）等作用 DNA修饰，甲基化（epigenomics），S修饰等
mRNA：启动子，ChIP，EMSA 非编码小RNA（siRNA，miRNA，piRNA）（epigenomics）
Erica Golemis et al, Protein-protein Interaction—A Molecular Cloning Manual
papers
1.蛋白质互作研究的意义(Importance)
生命活动
基因表达调控
转录
翻译
细胞活动: 基因是关键
蛋白质:修饰
单个蛋白: 较少
蛋白作用
蛋白复合体
细胞吞噬 Ran
NP
VP466
Ranmyosin actin
小分子siRNA
细胞吞噬
RNAi
overexpression
小G蛋白（Rab，Ran）与骨架 蛋白直接作用调控吞噬
病毒双功能蛋白
蛋白质复合体标记
病毒感染
Rhodamine-Phalloidin
3.细胞内蛋白质标记 （protein labeling in vivo）
解决荧光染料的缺点：构建双光子显微镜（two-photon microscope） 采用脉冲近红外线激光，发出比激发光能量高 的光
该文：采用第二次谐波产生技术 发现barium titanate (BaTiO3)晶体（纳米颗粒），30 nm 比核糖体的直径大2倍 有望代替荧光染料的材料：量子点和纳米颗粒
表观遗传学和磷酸化-蛋白质磷酸化-分子生物学课件.ppt
DNA甲基化修饰决定基因表达的模式，即决定 从亲代到子代可遗传的基因表达状态。
DNA甲基化的部位通常在CpG岛的胞嘧啶
胞嘧啶
DNMT1
S-腺苷 甲硫氨 酸SAM
5-甲基胞嘧啶
胞嘧啶甲基 化反应
真核生物细胞内存在两种甲基化酶活性：
组蛋白甲基化可以与基因抑制有关，也 可以与基因的激活相关，这往往取决于 被修饰的赖氨酸处于什么位置。
组蛋白修饰主要是氨基端的甲基化修饰和(或) 乙酰化修饰，特定组蛋白的氨基酸残基被甲基 化和(或)乙酰化可以最终激活基因的表达，反 之则抑制基因的表达。
特定组蛋白羧基端的泛素化同样影响蛋白质的 降解过程，从而也可调节基因的表达。
(2)糖原合成酶—P—失活
使许多蛋白质磷酸化 (1)核中组蛋白磷酸化—加速核酸的复制，转录。 (2)核糖体蛋白质磷酸化—加速蛋白质合成通性。 (3)使膜蛋白磷酸化—加速物质的转运。
蛋白质磷酸化在细胞信号转导中的作用
(1). 在胞内介导胞外信号时具有专一应答特点。与信号传递有关的蛋白激酶类主要受控于 胞内信使，
根据是否有调节物来分又可分成两大类： 信使依赖性蛋白质激酶（messenger-dependent protein
kinase），包括胞内第二信使或调节因子依赖性蛋白激酶及激 素（生长因子）依赖性激酶两个亚类；非信使依赖型蛋白激酶。
蛋白激酶的催化作用： 使调节酶磷酸化 (1)磷酸化酶激酶—P—激活
基因表达的重新编程
已完全分化的细胞，其基因组在特定条件下经 历表观遗传修饰重建而为胚胎发育中的基因表 达重新编程(reprogramming)并赋予发育全能 性，为胚胎发育和分化发出正确的指令。
蛋白质磷酸化1
浅谈蛋白质磷酸化摘要：蛋白质翻译后修饰几乎在所有的蛋白质上都会发生，被修饰后的蛋白质功能将会发生显著的变化。
而蛋白质磷酸化是最常见、最重要的一种蛋白质翻译后修饰方式，在蛋白质翻译后修饰研究中有着重要地位，它参与和调控生物体内的许多生命活动。
随着蛋白质组学技术的发展和应用，蛋白质磷酸化的研究越来越受到广泛的重视。
本文主要介绍了蛋白质磷酸化的主要知识，主要类型与功能，以及研究蛋白质磷酸化的主要目的，最后简单了提到了预测蛋白质磷酸化位点的方法。
关键词：蛋白质修饰；蛋白质磷酸化；磷酸化位点预测随着基因组计划基本完成，生命科学研究已进入后基因时代，主要研究对象是功能基因组学，包括结构基因组研究和蛋白质组研究等。
蛋白质组研究的开展不仅是生命科学研究进入后基因组时代的里程碑，也是生命科学研究的核心内容。
传统的蛋白质研究注重研究单一蛋白质，而蛋白质组学注重研究参与特定生理或病理状态的所有的蛋白质种类及其与周围环境（分子）的关系。
它的研究内容包括：（1）蛋白质鉴定；（2）蛋白质翻译后修饰的研究；（3）蛋白质结构研究；（4）蛋白质细胞内定位及功能确定；（5）发现药物靶分子及制药等。
早期蛋白质组学的研究范围主要是指蛋白质的表达模式，随着学科的发展，蛋白质组学的研究范围也在不断完善和扩充。
蛋白质翻译后修饰研究已成为蛋白质组研究中的重要部分和巨大挑战。
所谓蛋白质翻译后修饰指的是蛋白质折叠过程中和折叠过程后再多肽链上发生的共价反应，使蛋白质质量发生改变并且赋予蛋白质各种功能。
一、蛋白质磷酸化的概述蛋白质的磷酸化反应是指通过酶促反应把磷酸基团从一个化合物转移到另一个化合物上的过程,是生物体内存在的一种普遍的调节方式，在细胞信号的传递过程中占有极其重要的地位。
已经发现在人体内有多达2000个左右的蛋白质激酶和1000个左右的蛋白质磷酸酶基因。
蛋白质的磷酸化是指由蛋白质激酶催化的把ATP或GTP上γ位的磷酸基转移到底物蛋白质氨基酸残基上的过程，其逆转过程是由蛋白质磷酸酶催化的，称为蛋白质脱磷酸化。
生物化学第一章 蛋白质优秀课件
• 简单蛋白： 按其溶解性可分为7类： 清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白、精蛋白、组 蛋白和硬蛋白
• 结合蛋白：单纯蛋白质+其他化合物（辅基）。 蛋白质为其主体成分，各种辅基为其次要组成。
按其非蛋白部分的不同而分为： 核蛋白(含核酸)、糖蛋白(含多糖)、脂蛋白(含脂类)、磷 蛋白(含磷酸)、金属蛋白(含金属)及色蛋白(含色素)等
3.极性不带电荷
天冬酰胺Asn
谷氨酰胺Gln
O H 2 N CH C OH
CH 2 CO NH 2
O
H 2N
CH C
OH
CH 2
CH 2
CO
NH 2
酰胺
3.极性不带电荷
丝氨酸Ser
苏氨酸Thr
酪氨酸Tyr
O H 2N CH C OH
CH 2 OH
O H 2N CH C OH
CH OH CH 3
O H 2 N CH C OH
（一）物理性质
1.溶解性：在水中溶解度各不相同，易溶于酸或碱，多 数难溶于有机溶剂。 除Cys、Tyr外，均溶于水； 除Pro和羟Pro外，均难溶于 乙醇和乙醚。
（一）物理性质
2.熔点：氨基酸多是无色晶体，熔点一般在200～300℃， 比相应的羧酸和胺高。 一些氨基酸具有鲜味，谷氨酸钠盐。
它们都有共同的基本结构
P16
α-碳原子
α-羧基
结 构 通 式
α-氨基 侧链基团
20种常见Pr-氨基酸的结构特点
1. α- 氨基。（除Pro） 2. α- 羧基。 3. 不对称C原子，有旋光性，L-型。 （除Gly）
4. 20种氨基酸的不同在于侧链基团R-的 不同。
L- α- 氨基酸
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蛋白质磷酸化在细胞信号转导中的作用
(1). 在胞内介导胞外信号时具有专一应答特点。与信号传递有关的 蛋白激酶类主要受控于 胞内信使，如cAMP，Ca2+，DG（二酰甘 油，diacyl glycerol）等，这种共价修饰调节方式显然比变构调节 较少受胞内代谢产物的影响。
三磷酸肌醇（IP3）+甘油二酯（DAG）
生物效应 ←蛋白磷酸化←CaM―PK←Ca2+↑←胞内Ca2+池
一系列细胞蛋白磷酸化
PKC
磷酸肌醇级联放大的细胞内信使是磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸（PIP2）的两个 酶解 产物：肌醇1，4，5-三磷酸（IP3）和二酰基甘油（DAG）。C激酶（PKC）是 依赖于Ca2+的蛋白质激酶。由于IP3所引起的细胞质Ca2+浓度升高，导致C激酶从胞 质转运到靠原生质膜内侧处，并被DAG和Ca2+的双重影响所激活。
蛋白质磷酸化
蛋白质磷酸化与非磷酸化
非活性蛋白与活性蛋白的构象之间的转换是通过可逆共价修饰 调节蛋白质的方式，蛋白激酶则是这一过程催化磷酸化的重要蛋白， 而磷酸酯酶是去磷酸化的重要蛋白.
已经发现在人体内有多达2000个左右的蛋白质激酶和1000个左 右的蛋白质磷酸酶基因。蛋白质的磷酸化是指由蛋白质激酶催化的 把ATP或GTP上γ位的磷酸基转移到底物蛋白质氨基酸残基上的过程， 其逆转过程是由蛋白质磷酸酶催化的，称为蛋白质脱磷酸.
是一类存在于细胞核内，能被DNA激活的特异的 Ser/Thr PK ，可引起多种核结合蛋白磷酸化
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ. 酪氨酸蛋白激酶
对于许多生长因子受体的研究表明，跨膜的酪 氨酸蛋白激酶在信息传递过程中起着重要作用。
具有受体功能的酪氨酸 蛋白激酶 (receptor protein tyrosine kinase, RPTK)。包括三个结构域： 胞外的配体结合区，细胞内部具有酪氨酸蛋白激 酶活性的区域和连接这两个区域的跨膜结构。 胞外配体结合区：RPTK的N端大约500-850个氨 基酸组成亲水性胞外配体结合区域，氨基酸序列 变化较大，是不同RPTK与相应配体特异性结合 的结构基础。
2) Ca2+ /磷脂依赖的蛋白激酶（ Ca2+/phospholipid dependent protein kinase）
经第二信使Ca2+ 、甘油二酯DG或磷脂酰丝氨酸刺激而激活的蛋白激酶称为 Ca2+ /磷脂依赖的蛋白激酶，是肌醇磷脂信号传导通路的关键环节。
多种激活剂与质膜上特异受体结合→磷脂酶C →肌醇磷脂（PIP2） 水解
+生理水平上被活化。蛋白激酶C为 77kd , 催化区抑制调节区 ,当DAG结合到蛋白激酶C上，解除酶的调节区的抑制作用，使 酶发挥催化活性。
4）cGMP依赖的蛋白激酶 (cGMP dependent protein kinase,,GPK)
1963年从肾脏首次发现cGMP
5）DNA依赖的蛋白激酶( DNA dependent protein kinase,DNA-PK)
结构与功能
2个调节亚基（R）+2个催化亚基（C）→PKA全酶复合体 （R2C2）（无cAMP时，无活性）
cAMP与特异R亚基结合→构象变化→成为R亚基二聚体+2个有活 性C亚基,各种哺乳动物细胞可不同水平表达3种C亚基亚型 (Cα Cβ Cγ )和4种R亚基亚型(RⅠ α RⅠ β RⅡ α RⅡ β ) →结 合成全酶PKA Ⅰ型和 Ⅱ型.
1、Ser/Thr蛋白激酶 蛋白磷酸化是蛋白激酶将磷酸基因转移到特定底物蛋白上的共价修
饰过程，调控蛋白质的酶学活性或生物学功能，分为: ①cAMP依赖的PK ②Ca2+/磷脂依赖的PK ③ Ca2+/ （CaM）钙调蛋白依赖的PK ④cGMP依赖的PK ⑤近年发现新成员——DNA依赖的PK
⑴cAMP依赖的蛋白激酶（ cAMP dependent protein kinase.PKA） cAMP-依赖蛋白激酶是一种四聚蛋白酶，含有两个调控亚基和两个催
根据是否有调节物来分又可分成两大类： 信使依赖性蛋白质激酶（messenger-dependent protein
kinase），包括胞内第二信使或调节因子依赖性蛋白激酶及激 素（生长因子）依赖性激酶两个亚类；非信使依赖型蛋白激酶。
蛋白激酶的催化作用： 调节酶磷酸化 (1)磷酸化酶激酶P—激活 (2)糖原合成酶P—失活
C激酶的活性也受磷脂酰丝氨酸的影响，原因是后者大大提高了C激酶对于 Ca2+的亲和力，从而使得C激酶能被生理水平的Ca2+离子所活化。C激酶主要实施对 丝氨酸、苏氨酸的磷酸化，它具有一个催化结构域和一个调节结域。
1、IP3作用：IP3与IP3受结合后，变构，钙通道打开，贮于内 质网的Ca2+释放入细胞质内，使胞质Ca2+浓度升高，引起一 系列效应。如:平滑肌收缩等.
(2).蛋白质的磷酸化与脱磷酸化控制了细胞内已有的酶"活性"。与 酶的重新合成及分解相比，该方式能对外界刺激做出更迅速的反应。 (3).对外界信号具有级联放大作用； (4).蛋白质的磷酸化与脱磷酸化保证了细胞对外界信号的持续反应。
被磷酸化的主要氨基酸残基：丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸。组氨 酸和赖氨酸残基也可能被磷酸化。
化亚基。当cAMP-依赖蛋白激酶的调控亚基结合时，激酶解离成两个具有 催化活性的蛋白激酶（由催化亚基形成）和一个二聚的调控亚基。
cAMP-依赖蛋白激酶被活化后，它解离出来的活性蛋白酶能够催化 ATP分子与目标代谢酶分子的磷酸化反应。一般是代谢酶的Ser或Thr残基 的羟基被ATP磷酸化，其结果是代谢酶被抑制或激活。cAMP即是通过上述 机制实现对代谢酶活性的调控。
2、DAG作用：激活蛋白激酶C,将存在于靶蛋白质中得丝氨酸和 苏氨酸残基磷酸化，
改变靶蛋白质的活性。如:糖原合成酶磷酸化后，停止合成 糖原。
3、DAG与IP3的协调作用 IP3－ →细胞质中Ca2 + ↑－→ 糖原合成酶活性↑ 蛋白激酶C－ →使IP3 诱导增高糖原磷酸化酶活性的过
程终止。
4、DAG的激活机理 DAG－→ 增加蛋白激酶C对Ca2 + +的亲合性－→ 在Ca2