第七章 蛋白质翻译后修饰与加工

❖ A型血的个体，他们的血液中含有抗B型糖链结构的抗体； B型血的个体，其血液中则有抗A型糖链结构的抗体。一 旦输入不同血型的血液，就有可能引起免疫反应。O型血 的个体的相应的糖链结构少了AB抗原非还原端的Gal或 GalNAc。为此，这样的糖链结构不会和抗A或抗B的抗体 结合引起免疫反应。这样的血型抗原物质不仅存在于一些
O-糖肽键连接
N-糖肽键连接
GalNAc 乙酰半乳糖胺
GlcNAc 乙酰葡萄糖胺
Roles of oligosaccharides
in recognition and adhesion at the cell surface
(2)凝集素的特异结合作用
❖ 凝集素是一类广泛存在于自然界的一大类非免疫来 源的蛋白质或糖蛋白，它能与糖专一性地、非共价 地可逆结合，并且有凝集血细胞的作用，故称为凝 集素。
❖ 去糖基酶有三类:外切型糖苷酶、内切型糖苷酶和糖胺酶 (N-糖肽酶)。
❖ 外切型糖苷酶能从糖链的非还原末端释放寡糖。例如:唾 液酸酶、β-半乳糖苷酶、β-N-乙酰氨基葡萄苷酶、α-L果糖苷酶、α-N-乙酰氨基半乳糖苷酶、α-甘露糖苷酶、 β-甘露糖苷酶等等。
❖ 这些酶的应用有助于研究糖链的结构与功能的关系。例如: 促红细胞生成素的去糖基化,当末端的糖即唾液酸、半乳 糖、G1cNAc被专一性的糖苷酶去掉时,在体外测其活性 逐渐提高,进一步切去内部糖链则导致活性丧失。
❖ N-糖链的成熟过 程是在高尔基体 内进行的。在糖 蛋白通过高尔基 体膜囊的途中， 甘露糖残基已经 过修剪，N-乙酰 葡萄糖胺、半乳 糖、岩藻糖以及 唾液酸残基都根 据需要连接到糖 蛋白分子上，从 而完成它的加工 （反应1-7）。
4）N-糖链的成熟
3，O-糖链的生物合成
❖ O-糖链的结构比N-糖链简单，但是种类比N-糖链 多，肽链中可以糖基化的主要是丝氨酸和苏氨酸， 此外还有酪氨酸、羟赖氨酸和羟脯氨酸，连接的位 点是这些残基侧链上的羟基氧原子，后者可以和很 多种单糖生成糖苷键，其中以通过GalNAc和丝氨 酸或苏氨酸残基相连的O-糖链(以下简称为OGalNAc糖链)研究得最多，这是因为这类O-糖链分 布最广。
第一节 蛋白质的糖基化
❖ 大多数蛋白质以糖蛋白形式存在,它们包括酶、免疫球蛋白、 载体蛋白、激素、毒素、凝集素和结构蛋白,功能涉及细胞识 别、信息传递、激素调节、受精、发生、发育、分化、神经 系统和免疫系统恒态维持等各个方面。而且知道,病菌、病毒 的侵染，癌细胞的增殖及转移,自身免疫疾病等都与细胞表面 的糖密切相关。
Slex及其模拟物的结构
（3）构成某些抗原的决定子
❖ 聚糖与细胞和生物分子的一个很重要的特性就是表型和抗 原性，据此细胞和分子能彼此区别，人类的ABO血型以及 相关血型抗原性是由糖链决定的。A型和B型抗原决定簇 的不同只是在于糖蛋白和糖脂中的糖链的非还原端的一个 糖残基：A型为N-乙酰氨基半乳糖(GalNAc)；B型为半乳 糖(Gal)。
❖ 凝集素可与糖专一性地结合。目前按结合糖的类型， 凝集素可分为六类： D-甘露糖或D-葡萄糖；N-乙 酰氨基葡萄糖； N-乙酰氨基半乳糖； D-半乳糖； L-岩藻糖；唾液酸。
❖ 在植物凝集素中，只有麦胚凝集素（WGA）可专 一结合唾液酸。
❖ 细胞间的粘附是细胞间相互作用起决定 性作用的起始步骤。作为致病的微生物， 首先对宿主细胞进行粘着，然后才能感 染和致病。
❖ 糖基化在许多生物过程中如免疫保护、病毒的复制、 细胞生长、炎症的产生等起着重要的作用;
❖ 脂基化对于生物体内的信号转导过程起着非常关键 的作用;
❖ 组蛋白上的甲基化和乙酰化与转录调节有关。 在体 内，各种翻译后修饰过程不是孤立存在的。
❖ 原核生物中肽链起始合成时，N端为甲酰甲硫氨 酸，真核肽链合成时N端是甲硫氨酸，但是成熟 的蛋白质中N端并无甲酰甲硫氨酸，大多数蛋自 质的N端也不是甲硫氨酸。
❖ 在真核动物 细胞中有 20多种蛋 白质翻译后 修饰过程， 常见的有泛 素化、磷酸 化与去磷酸 化、糖基化 与去糖基化、 脂基化、甲 基化和乙酰
化等。
❖ 近年来, 随着人类基因组和蛋 白质组学工作的开展, 关于蛋白质翻译后修饰的研究也取得一系列进展.
❖ 磷酸化涉及细胞信号转导、神经活动、肌肉收缩以 及细胞的增殖、发育和分化等生理病理过程;
❖ 许多疾病的发生和发展，如炎症及自身免疫疾病、 老化、癌细胞异常增殖及转移、病原体感染等都 与糖蛋白寡糖链的变化密切相关。
❖ 因此，针对糖链的变化，利用小分子化合物抑制 糖苷转移酶和糖苷酶的催化活性，可以控制糖链 的合成和水解，从而达到治疗疾病的目的。
糖蛋白的去糖基化酶
❖ 去糖基化的目的有三: (一)检测碳水化合物在糖蛋白功能 中的作用。(二)测定糖蛋白中蛋白质部分的分子量,尤其在 重组DNA研究中,证明所产生的蛋白质是否为目的蛋白。 (三)制备抗蛋白质抗体。
❖ 对肠道α-葡萄糖苷酶具有抑制作用的一些化合物 已成为治疗糖尿病的一类新药，如已经上市的治 疗糖尿病的拜糖平和米格列醇等。
❖ 在寡糖链生物合成中，内质网内有两种α-葡萄糖 苷酶催化寡糖链前体最末端的3个葡萄糖基，以 利于N-寡糖链的形成。因此，能够阻断寡糖链生 物合成的α-葡萄糖苷酶抑制剂，也被用作抗病毒 和抗肿瘤的药物。
❖ 细胞表面的凝集素能专一地识别并结合 另一细胞的糖链。凝集素的这种特性， 在细胞与细胞，细胞与基质的粘附中起 一定作用。
❖ 1990年11月，三个小组同时发现了血管 内皮细胞－白细胞黏附分子1（ELAM－ 1），后改称E选择素（E-selectin），又 称为动物凝集素，能识别白细胞表面的 SLex(一种血型抗原)四聚糖。
1） 寡 糖 链 前 体 的 合 成
2）寡糖链前体的转移
❖ 在寡糖链前体生物合成后，被完整地转移到 新生肽链的某些N-糖基化位点上（反应1）， 在合成过程中作为糖基载体的Dol-P-P被游 离出来。Dol-P-P经磷酸酶水解释放出无机 磷酸，变成磷酸长萜醇被循环使用。
3）寡糖链前体的后加工
❖ 转移到新生肽链上的寡糖链前体的后加工开始于内 质网，首先由两个不同的-葡萄糖苷酶分别切除由 Man延伸的3个Glc（反应2-3）和1个Man（反应 4），随后尚未完成加工过程的糖蛋白被裹在由膜 形成的囊泡中转移到高尔基体进一步加工。
❖ 糖蛋白是蛋白质通过共价键与糖类结合的复合物，其中的糖 基少则只有一个，多则可达数百个，后者的糖基常常连接成 寡糖链，又称为聚糖（glycan）。
1，糖肽连接键的类型
❖ 一条寡糖链与蛋白质中氨基酸残基可通过多种 方式共价连接，从而构成糖蛋白的糖肽连接键 （简称糖肽键）。参与糖肽共价连接的氨基酸 种类较少，常见的是丝氨酸、苏氨酸、天冬酰 胺、羟赖氨酸、羟脯氨酸。
❖ 糖链的存在对肽链的折叠，糖蛋白的进一步的成熟、 分拣、投送，以及最后的定位都有重要的影响。
1，N-糖链的合成
❖ N-寡糖链前体的开始合成是在内质网进行，随后又 在高尔基体内加工，全部合成大致可分为四步进行。
❖ （1）合成以酯键相连的寡糖链前体； ❖ （2）将寡糖链前体转移到正在增长着的肽链上； ❖ （3）除去寡糖链前体中的某些糖单位； ❖ （4）在剩余的寡糖核心上在加上另外的糖单位。
❖ 糖胺酶(Glycoamidase, N-糖苷酶)，这类酶 目前主要有两类:糖胺酶A (来自Almond)和糖 胺酶F (来自flavobacterium meningo septicum),都水解寡糖-G1cNAc-Asn-肽,释 放出完整的寡糖,并且对寡糖结构特异性较宽, 甘露糖型、复合型、杂合型糖链均可释放,包括 所有含果糖基,含二分型Glc-NAc、β-木糖、 Gal-GlcNAc重复单位以及含唾液酸基的N-乙 酰乳糖氨型寡糖。但对肽分子专一性较强,只能 释放含3-40个氨基酸的糖肽分子的糖基,对肽 中氨基酸序列有一定要求。
❖ 因此, 蛋白质翻译后修饰过程尤为重要，它使蛋白质的结 构更为复杂, 功能更为完善, 调节更为精细, 作用更为专一。
❖ 细胞内许多蛋白质的功能,是通过动态的蛋白质翻译后修 饰来调控的; 细胞的许多生理功能, 例如细胞对外界环境 的应答, 也是通过动态的蛋白质翻译后修饰来实现的。人 类生命过程的复杂性不单是基因直接表达的结果, 正是蛋 白质翻译后修饰, 使得一个基因并不只对应一个蛋白质, 从而赋予人类生命过程更多的复杂性.
第七章 蛋白质翻译后修饰与加工
❖ 蛋白质翻译后修饰, 是指在mRNA被翻译成蛋白质后, 对 蛋白质上个别氨基酸残基进行共价修饰的过程.
❖ 蛋白质翻译后修饰在生命体中具有十分重要的作用. 人类 基因组计划的完成是20世纪最伟大的科技成果之一。在 对人类基因组进行仔细研究后发现, 人类基因大约有 30000-50000 个，这仅仅是线虫和果蝇染色体基因数的 3-5倍. 而生命体内复杂生命过程的调控, 仅仅靠这样小数 目的基因远不能满足需要。
❖ 在生物合成过程中新生的肽链N端由去甲酞基酶 去除甲酰甲硫氨酸残基的甲酰基，氨肽酶去除N 端甲硫氨酸或N端某些氨基酸残基。一些分泌性 蛋白质、激素及酶最初合成的是不具有生物活 性的前体，如白蛋白原、胰岛素原等。
❖ 蛋白质前体要经过蛋白酶切割，去除一部分肽 段后才具有活性。它可以分为两种类型：①蛋 白质前体在细胞内被加工成有生物活性的蛋白 质，然后分泌到胞外；②蛋白质前体被分泌到 胞外或消化道，被蛋白酶加工成有生物活性的 蛋白质，如前胶原分子活化为胶原分子，胰蛋 白酶原激活等。
❖ 内切型糖苷酶有如下几类：这些酶由于都是从 糖链内部专一性切开某个键，因此在糖链结构 分析以及结构与功能关系研究中非常有用，也 是目前糖基化工程中的重要酶,，可应用于生物 学的多个领域。
❖ 例如：近年来内切型β-半乳糖苷酶结合单克隆 抗体，免疫化学方法检测红细胞表面带有血型 Ii-抗原的乳糖胺聚糖以及由聚乳糖胺修饰末端 的各种抗原包括ABH和SSEA-1(Lex)，建立了 正常人红细胞聚乳糖胺轮廓，并分析了遗传性 贫血病人的不正常糖基化轮廓。发现这类病人 的红细胞含增的聚乳糖胺神经酰胺。和乳糖 系列的糖脂,而其中有两条糖蛋白带很少被聚乳 糖胺糖基化。这是一种糖基化缺陷病，现已对 该病进行了广泛的分子生物学研究。