蛋白质的修饰和表达
蛋白质的修饰和功能调控
蛋白质的修饰和功能调控蛋白质是生命体中最基本的分子组成部分之一，它们参与了细胞的几乎所有生物学过程。
然而，蛋白质单独的氨基酸序列并不能完全解释它们的多样功能。
蛋白质的修饰和功能调控起着非常重要的作用，通过化学修饰以及与其他分子的相互作用，蛋白质的功能可以被调节和扩展。
一、蛋白质修饰的类型及功能1. 磷酸化修饰磷酸化修饰是一种常见的蛋白质修饰方式，通过将磷酸基团共价地添加到蛋白质的特定氨基酸上，如丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸。
这种修饰方式可以影响蛋白质的空间结构和电荷状态，从而改变其功能。
例如，磷酸化可以调节酶的活性，参与信号转导通路，调控细胞增殖和凋亡等过程。
2. 甲基化修饰甲基化修饰是一种将甲基基团共价地添加到蛋白质的氨基酸上的修饰方式。
这种修饰方式可以改变蛋白质的亲水性、电荷状态以及相互作用的能力，从而调节蛋白质的功能。
例如，甲基化修饰可以在染色质结构的调控中起到重要作用，调节基因的转录和表达。
3. 乙酰化修饰乙酰化修饰是一种将乙酰基团共价地添加到蛋白质的氨基酸上的修饰方式。
这种修饰方式可以改变蛋白质的结构和电荷状态，影响蛋白质的功能。
例如，乙酰化可以调节组蛋白的结构，影响染色质的结构和稳定性，从而调控基因的表达。
4. 糖基化修饰糖基化修饰是一种将糖基团共价地添加到蛋白质的修饰方式。
这种修饰方式可以改变蛋白质的结构、稳定性和溶解度，影响蛋白质的功能。
例如，糖基化修饰可以参与细胞黏附、信号转导和免疫应答等重要的生物学过程。
二、蛋白质修饰的调控机制1. 激酶和磷酸酶的作用蛋白质的磷酸化修饰通常是由激酶和磷酸酶调控的。
激酶可以添加磷酸基团到蛋白质上，而磷酸酶可以将磷酸基团去除。
这种激酶和磷酸酶之间的平衡调节，可以使蛋白质的磷酸化状态发生变化，从而影响其功能。
2. 转录调控因子的作用转录调控因子可以结合到蛋白质上，并改变蛋白质的修饰状态，从而调节蛋白质的功能。
通过与转录因子的相互作用，蛋白质可以参与基因的转录和表达调控。
蛋白质工程--3蛋白质的修饰和表达
2 蛋白质分子的固定化
蛋白质分子的固定化主要是酶分子的固定
吸附法、交联法、包埋法、共价结合法 A）交联法 B）共价结合法 ➢载体的物化性质要求载体亲水，并且有一定的机械强度 和稳定性，同时具备在温和条件下与酶结合的功能基团
➢反应必须在温和pH、中等离子强度和低温的缓冲溶液中 进行
➢所选择的偶联反应要尽量考虑到对酶的其他功能基团的 副反应尽可能少
3. 羧基的化学修饰 通过碳二亚胺法、混合酸酐法与蛋白质分子上的氨基形成
酰胺键
二硫键的化学修饰
二硫键的还原：必须使用超剂量的巯基乙 醇，同时用过羧甲基化处理
判断蛋白质分子中有无二硫键，是链内二 硫键还是链间二硫键的方法可用非还原/还 原双向SDS-PAGE电泳技术
2 蛋白质的位点专一性修饰
专一性： 试剂对被修饰基团的专一性 对蛋白质分子中被修饰部位的专一性
第三章 蛋白质的修饰和表达
第一节 蛋白质修饰的化学途径 第二节 蛋白质改造的分子生物学途径 第三节 重组蛋白质的表达
第一节 蛋白质的化学修饰
凡通过活性基团的引入或去除，而是蛋白质一级 结构发生改变的过程
影响因素： 1) 蛋白质功能基的反应活性 基团之间的氢键和静电作用 基团之间的空间阻力 2) 修饰剂的反应活性
1) 蛋白质修饰的交联方法和试剂
常用的方法通常有重氮化法、戊二醛法、过碘酸盐氧化 法、混合酸酐法及碳二亚胺法
A) 重氮化法: 重氮盐与蛋白质分子中的酪氨酸残基上的 邻位，即得到以偶氮键相连的结合物
B) 戊二醛法:戊二醛的两个醛基可以分别与两个相同或不 同分子上的伯氨基酸形成Schiff碱，将2分子以五碳链的 桥连接起来
1. 巯基的化学修饰
1）碘乙酸和碘乙酰胺 2）N-乙基马来酰亚胺：反应伴随光吸收的变化
蛋白质的修饰和表达
蛋白质翻译后修饰包括磷酸化乙酰化和泛素化等可以调节蛋白质表达和功能
蛋白质翻译后修饰包括磷酸化乙酰化和泛素化等可以调节蛋白质表达和功能蛋白质翻译后修饰包括磷酸化、乙酰化和泛素化等可以调节蛋白质表达和功能蛋白质是构成细胞的重要组成部分，它们在细胞内执行各种功能。
然而，在合成蛋白质的过程中仅仅翻译出氨基酸链还不足以确保完成蛋白质的结构和功能。
事实上，蛋白质在翻译后还需要经历修饰的过程，其中包括磷酸化、乙酰化和泛素化等多种修饰方式。
这些修饰过程不仅可以调节蛋白质的表达水平，还能调控其功能。
一、磷酸化修饰磷酸化是指通过酶类将磷酸基团添加到蛋白质的特定氨基酸上，通常是赖氨酸、苏氨酸或酪氨酸。
磷酸化修饰在细胞信号传导、细胞周期调控和基因表达等生物过程中起着重要的作用。
磷酸化能够改变蛋白质的电荷分布，从而调节蛋白质的结构和功能。
例如，磷酸化可以导致蛋白质的构象变化，从而改变蛋白质与其他分子的相互作用。
此外，磷酸化还可以介导蛋白质的定位和降解，以及参与细胞信号传导的级联反应等。
二、乙酰化修饰乙酰化是指在蛋白质上添加乙酰基团，通常是赖氨酸残基。
乙酰化修饰通过乙酰转移酶进行，在细胞代谢、细胞周期调控和染色质结构维持等生物过程中发挥着重要的作用。
乙酰化能够调节蛋白质的功能和稳定性。
通过乙酰化，蛋白质的电荷分布和空间结构发生改变，从而影响蛋白质与其他分子的相互作用。
此外，乙酰化还能够调控蛋白质的定位和降解，参与细胞信号转导和基因表达的调控等重要生物过程。
三、泛素化修饰泛素化修饰是指在蛋白质上添加泛素分子，通常通过泛素连接酶（E3酶）介导完成。
泛素化修饰在细胞质调控、蛋白质降解和细胞凋亡等生物过程中发挥着重要的作用。
泛素化修饰能够标记蛋白质，使其被泛素酶体降解并确保细胞内的蛋白质质量控制。
此外，泛素化还可以调节蛋白质的定位和活性，影响其与其他分子的相互作用。
综上所述，蛋白质翻译后的修饰过程如磷酸化、乙酰化和泛素化等可以调节蛋白质的表达水平和功能。
这些修饰对于细胞内各种生物过程的调控起着重要的作用。
蛋白质合成、修饰及分泌
03
蛋白质分泌
囊泡运
01
02
03
04
囊泡运输是指蛋白质在细胞内 合成后，通过一系列的囊泡转 运过程，将其从内质网等合成 场所转运至高尔基体进行加工 和修饰，再通过胞吐作用分泌 到细胞外。
囊泡运输是指蛋白质在细胞内 合成后，通过一系列的囊泡转 运过程，将其从内质网等合成 场所转运至高尔基体进行加工 和修饰，再通过胞吐作用分泌 到细胞外。
蛋白质合成、修饰及分泌
目
CONTENCT
录
• 蛋白质合成 • 蛋白质修饰 • 蛋白质分泌 • 蛋白质合成、修饰及分泌的相互关
系
01
蛋白质合成
氨基酸的合成
氨基酸是蛋白质的基本组成单 位，通过生物合成或从食物中 摄取来获得。
生物合成氨基酸主要通过转氨 基作用、脱羧基作用和氨基转 移作用等途径来完成。
不同的生物合成氨基酸的方式 不同，例如植物和微生物可以 通过光合作用将二氧化碳转化 为有机物，而动物则必须从食 物中摄取氨基酸。
核糖体合成
02
01
03
核糖体是细胞内合成蛋白质的场所，由大、小两个亚 基组成。
核糖体合成蛋白质的过程包括氨基酸的活化、肽链合 成的起始、肽链的延长和终止等步骤。
在核糖体合成过程中，mRNA作为模板指导氨基酸按 照特定的顺序排列，形成具有一定功能的蛋白质。
胞吐作用的异常可以导 致多种疾病的发生，如 神经退行性疾病、免疫 系统疾病等。
04
蛋白质合成、修饰及分泌的相互关系
合成与修饰的关系
合成是修饰的前提
蛋白质合成首先需要氨基酸按照特定 的序列连接成多肽链，然后经过翻译 后修饰，如磷酸化、乙酰化等，才能 形成具有生物活性的蛋白质。
翻译后修饰和蛋白质表达这篇文章将介绍翻译后修饰对蛋白质表达的影响包括如何改变蛋白质功能
翻译后修饰和蛋白质表达这篇文章将介绍翻译后修饰对蛋白质表达的影响包括如何改变蛋白质功能翻译后修饰和蛋白质表达蛋白质是生物体内最基本的分子之一，扮演着许多生命活动中重要角色。
蛋白质表达是指蛋白质合成和功能的产生过程，而翻译后修饰则在蛋白质合成后对其进行改变，进一步调节其功能和稳定性。
本文将介绍翻译后修饰对蛋白质表达的影响，以及如何改变蛋白质功能。
一、翻译后修饰对蛋白质表达的影响1. 磷酸化修饰磷酸化是最常见的翻译后修饰方式之一，通过在蛋白质上添加磷酸基团来改变其结构和功能。
磷酸化修饰可以调节蛋白质的活性、稳定性以及与其他分子的相互作用。
磷酸化修饰还参与细胞信号传导、细胞周期调控等生物学过程。
2. 甲基化修饰甲基化修饰是通过在蛋白质上添加甲基基团来改变其功能。
甲基化修饰在染色质结构的调控中扮演重要角色，可以影响基因的转录和表达。
甲基化修饰还参与细胞分化、胚胎发育以及人类疾病的发生发展等过程。
3. 乙酰化修饰乙酰化修饰是指通过在蛋白质上添加乙酰基团来改变其功能。
乙酰化修饰可以调节蛋白质的稳定性、亲和力和活性。
乙酰化修饰还参与细胞代谢、基因转录调控以及细胞衰老等生命过程。
4. 糖基化修饰糖基化修饰是在蛋白质上附加糖分子来改变其功能。
糖基化修饰可以影响蛋白质的稳定性、折叠和识别。
糖基化修饰还参与细胞黏附、免疫应答以及疾病的发生发展等过程。
二、翻译后修饰如何改变蛋白质功能1. 调节蛋白质活性翻译后修饰可以通过改变蛋白质的结构和环境来调节其活性。
例如，磷酸化修饰可以激活或抑制蛋白质的酶活性。
2. 调控蛋白质-蛋白质相互作用翻译后修饰可以改变蛋白质与其他分子之间的相互作用。
例如，乙酰化修饰可以增强蛋白质与DNA之间的亲和力，从而影响转录调控。
3. 调整蛋白质稳定性翻译后修饰可以影响蛋白质的稳定性。
例如，甲基化修饰可以增强蛋白质的稳定性，延长其寿命。
4. 蛋白质定位和转运翻译后修饰可以调整蛋白质在细胞内的定位和转运。
蛋白质的修饰和表达
定向进化的应用
目标酶
所需功能
方法
结果
实施菌种
卡那霉素核苷基 转移酶
枯草杆菌蛋白酶
β-内酰胺酶 对硝基苯酯酶
胸苷激酶 β-半乳糖苷酶 砷酸脱毒途径
热稳定性
作用于有机溶 剂
作用于新底物
有机溶剂中的 底物特异性和
活性 第五特异性 基
因理疗 底物特异性
砷酸抗性
定位诱变+选择 易错PCR+选择
DNA改组+选择 易错PCR+重组
化学修饰影响的条件
• 1、温和的反响条件是防止蛋白质分子变性 的一个必要条件
• 2、pH值得变化：决定了具有潜在反响能力 的基团所处的可反响和不可反响的离子状 态。
• 3、温度：影响活性巯基的微环境 • 4、有机溶剂：试剂需要有机溶剂来助溶，
但有机溶剂可使蛋白质变性。
• 化学方法：
•
• 产生半合成的结构，一个天然多肽与一个 人造〔或化学修饰〕的多肽相缔合
Amps
Tetr
Tetr
Amps
突变 氨苄青霉素抗性的阳性克隆
设计突变体引物 氨苄青霉素抗性修复寡核苷酸
PCR方法介导的定点突变
• 通过改变引物中的某些碱基而改变基因序 列，到达有目的改造蛋白质结构、研究蛋 白质的结构和功能之间的关系的目的
• 取代突变、插入突变、缺失突变
5’ 3’
5’
3’ 3’
• 亚氨代乙酰基：亚氨代乙酰化反响可区分α氨基和ε-氨基。完全亚氨代乙酰化的蛋白质 仍保持在水溶液中的可溶性。
• α-异硫氰酸苯酯在严格控制的条件下可对α氨基进行相当特异性的修饰，而不作用于ε氨基。
羧基的化学修饰
• 由于羧基在水溶液中的化学性知识的蛋白 质分子中的谷氨酸和天冬氨酸的修饰方法 很有限，产物一般是酯类或酰胺类。水溶 性的碳化二亚胺类特定修饰羧基基团，可 在较温和的条件进行
蛋白修饰方式
蛋白修饰方式
蛋白质修饰是指在蛋白质合成后，通过化学反应或酶催化等方式对蛋白质的结构进行改变或功能进行调节的过程。
常见的蛋白质修饰方式包括：
1. 磷酸化（Phosphorylation）：通过添加磷酸基团，改变蛋白质的电荷分布和结构，从而调节蛋白质的活性、互作和定位等。
2. 乙酰化（Acetylation）：在蛋白质N-末端或赖氨酸残基上加入乙酰基，影响蛋白质的稳定性、亚细胞定位和相互作用等。
3. 甲基化（Methylation）：通过在蛋白质上引入甲基基团，调节蛋白质的结构和功能，涉及到细胞分化、基因表达和转录调控等过程。
4. 糖基化（Glycosylation）：在蛋白质上加入糖基，影响蛋白质的稳定性、溶解性和识别性，参与细胞信号传导、免疫应答等生物学过程。
5. 泛素化（Ubiquitination）：通过连接泛素分子到蛋白质上，调节蛋白质的稳定性和降解，参与细胞周期、DNA修复和免疫应答等过程。
这些是常见的蛋白质修饰方式，不同的修饰方式可以对蛋白质的结构和功能产生不同的影响，进而调节细胞内的生物学过程。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
精选课件ppt
16
（一）亲和标记
亲和标记是一类位点专一性的化学修饰， 试剂可以专一性标记于酶的活性部位上， 使酶不可逆的失活，因此又称为专一性的 不可逆抑制作用。
精选课件ppt
17
这类抑制剂可分为两类：
一类是Ks型的不可逆抑制剂，它是根据底 物的结构设计的，它具有和底物结构相似 的结合集团，同时还具有和活性部位氨基 酸残基的侧链基团反应的活性基团。
三、蛋白质的聚乙二醇修饰
聚乙二醇（PEG）由环氧乙烷聚合而成， 两端各有一个羟基，若一端以甲基封闭则 得到单甲氧基聚乙二醇（mPEG）。蛋白质 修饰中应用最多的是mPEG的衍生物。
精选课件ppt
21
PEG与蛋白质的非必需基团共价结合时， 可作为一种屏障挡住蛋白质分子表面的抗 原决定簇，避免抗体产生，或者阻止抗原 与抗体的结合而抑制免疫反应的发生。
精选课件ppt
19
（二）光亲和标记
这类试剂在结构上除了有一般亲和试剂的 特点外，还具有一个光反应基团。
反应一般分两步进行：第一步，试剂先与 蛋白质的活性部位在暗条件下发生特异性 结合；第二步，光照，试剂被光激活后， 产生一个高度活泼的功能基团，与活性部 位的侧链基团发生反应。
精选课件ppt
20
精选课件ppt
18
另一类是Kcat型的不可逆抑制剂，是根据酶 催化过程设计的。这类抑制剂具有和底物 类似的结构，具有被酶催化和结合的性质。 此外还有一个潜伏反应基团，在酶对它进 行催化反应时，这个潜伏基团被酶催化而 活化，对活性部位起不可逆抑制作用。这 类抑制剂的专一性很高，被称为“自杀性 底物”。
精选课件ppt
12
3、精氨酸残基含一个胍基，精氨酸残基的 强碱性，使其很难与大多数试剂发生修饰 反应，但可以和二羰基化合物发生反应。
精选课件ppt
13
4、色氨酸吲哚基可以发生取代反应或者被 氧化裂解。N-溴代琥珀酰亚胺（NBS）可以 使吲哚基团氧化成羟吲哚衍生物，但专一
性较差，酪氨酸残基也可与该试剂发生反 应。
精选课件ppt
5
（一）巯基的化学修饰
由于巯基有很强的亲核性，巯基基团一般 是蛋白质分子中最容易反应的侧链基团。
烷基化试剂是一种重要的巯基修饰试剂， 特别是碘乙酸和碘乙酰胺。氨基酸测序前， 常用碘乙酸来使巯基基团羧甲基化，以防 止半胱氨酸的降解。
其他一些卤代酸、卤代酰胺也可以修饰巯 基。
N-乙基马来酰亚胺也是一种有效的巯基修 饰试剂，该反应具有较强的专一性并伴随 光吸收的变化。
精选课件ppt
6
5，5-二硫-2-硝基苯甲酸（DTNB）是目前
最常用的巯基修饰试剂之一，可与巯基反 应形成二硫键，使蛋白质分子上标记1个2硝基-5-硫苯甲酸（TNB），同时释放一个 有颜色的TNB阴离子，该离子在412nm有很
强的吸收，可以通过光吸收变化来检测反 应程度。
精选课件ppt
7
（二）氨基的化学修饰
一般用变性剂如巯基乙醇，将二硫键还原 成游离的巯基，再通过巯基修饰的方法对 其进行修饰，如经过羧甲基化处理，以防 止重新氧化成二硫键。
精选课件ppt
10
（五）其他侧链基团的修饰
1、组氨酸残基的咪唑基可以通过氮原子的 烷基化或碳原子的亲核取代来进行修饰。
精选课件ppt
11
2、酪氨酸残基的修饰既可以是酚羟基的修 饰，也可以是芳香环上的取代反应。
精选课件ppt
2
影响化学修饰的主要因素有两方面：
1、蛋白质功能基的活性反应，包括基团之 间的氢键和静电作用等，基团之间的的空 间阻力。
2、修饰剂的反应活性。
精选课件ppt
3
一、蛋白质侧链的化学修饰
在20种天然氨基酸的侧链中，大约有一半可以在足够温和 的条件下产生化学取代而不使肽键受损，其中氨基、巯基 和羧基特别容易产生有用的取代。
精选课件ppt
14
5、蛋氨酸主要是由于硫醚的硫原子的亲核 性所引起的，一些氧化剂可以使蛋氨酸氧 化。
精选课件ppt
15
二、蛋白质的位点专一性修饰
专一性包括两方面的含义：一是试剂对被 修饰基团的专一性；二是试剂对蛋白质分 子中被修饰部位，如膜蛋白质上的激素结 合部位、酶的活性部位等位点的专一性， 一般这类试剂不仅具有对被作用基团的专 一性，而且具有对被作用部位的专一性。 这类专一性的化学修饰，称为亲和标记或 专一性的不可逆抑制作用。这类修饰试剂 也被称为位点专一性抑制剂。
精选课件ppt
赖氨酸的ε-氨基是蛋白质分子中亲核反应 活性很高的基团，是蛋白质或多肽分子比 较容易与修饰剂发生作用的位点。
常见的修饰剂有三硝基苯磺酸、烷基化试 剂、氰酸盐以及盐酸吡哆醛等。
精选课件ppt
8
（三）羧基的化学修饰 谷氨酸、天冬氨酸
修饰方法很有限，产物一般是脂类或酰胺 类。
精选课件ppt
9
（四）二硫键的化学修饰
还可以保护蛋白质不易被蛋白酶水解。
修饰后，分子量增加，肾小球滤过减少。
这些均有助于蛋白质类药物循环半衰期的 延长。
精选课件ppt
22
修饰时，先对PEG进行活化，活化的PEG 可与蛋白质分子侧链上的各种化学基团反
应而与蛋白质相偶联，蛋白质分子上与 PEG进行偶联的基团主要是氨基、巯基和 羧基。
因为任何给定的氨基酸残基在蛋白质分子中可能出现不止 一次，如果用化学的方法对氨基酸进行修饰时，正常情况 下所有相关的氨基酸侧链都要被取代。至于谈到氨基和羧 基基团，尽管处在侧链上和末端基团的pK值有差别，但在 化学上很难将肽链的-氨基或-羧基基团与侧链上的氨基 或羧基相区别。
精选课件ppt
4
蛋白质侧链的化学修饰是通过选择性试剂 或亲和标记试剂与蛋白质分子侧链上特定 的功能基团发生化学反应而实现的。
第三章 蛋白质的修饰和表达
蛋白质的修饰和表达是蛋白质工程的重要 研究内容和手段。将从蛋白质修饰的化学 途径、蛋白质改造的分子生物学途径和重 组蛋白质的表达进行讲解。
精选课件ppt
1
ห้องสมุดไป่ตู้一节 蛋白质修饰的化学途径
蛋白质的化学修饰：凡通过活性基团的引 入或去除，而使蛋白质的一级结构发生改 变的过程。
有些情况下，化学结构的改变并不影响蛋 白质的生物学活性，这些修饰称为非必需 部分的修饰。但多数情况下，蛋白质结构 的改变将导致生物活性的改变。