蛋白质翻译后修饰

6.类泛素化
➢ 2008 年之前在原核生物中只发现了蛋白酶体，却从未发 现泛素或类泛素的蛋白质的修饰，因此一度认为蛋白酶 体对原核生物蛋白质的降解完全依赖于蛋白质自身的组 成和结构。
➢ 2008年,Pearce等在结核分枝杆菌中发现了与泛素功能相 似 的 蛋 白 质 , 命 名 为 原 核 类 泛 素 蛋 白 (prokaryotic ubiquitin-like protein,Pup)。Pup可以在辅助因子的 作用下标记多种功能蛋白,并介导被标记蛋白质通过蛋白 酶体降解。Pup-蛋白酶体通路的发现揭示了原核生物中 一个崭新的蛋白质降解机制。
• N-磷酸盐是通过精氨酸、赖氨酸或组氨酸的磷酸化形成的； • 酰基磷酸盐是通过天冬氨酸或谷氨酸的磷酸化形成的； • 而S-磷酸盐则通过半胱氨酸磷酸化形成。
有丝分裂原激活蛋白激酶（MAPKs）
•MAPKs家族成员存在于所有的真核生物中，在多种信号传递 过程中起作用。 •它们是一类丝氨酸/苏氨酸（Ser/Thr）蛋白激酶，Mr约为 38000-55000，具有11个保守的蛋白激酶亚区。
5.乙酰化 乙酰化修饰首先是在真核生物中发现的，发生乙酰化的 位点是结合在DNA 上组蛋白的赖氨酸残基着-NH2，对基 因转录起到重要的调节作用。随着研究的深入，近些年 在原核生物中也发现了蛋白质乙酰化修饰。 DNA结合蛋白的乙酰化修饰 乙酰辅酶A合成酶(ACS)的乙酰化修饰 核糖体蛋白的乙酰化修饰
4.磷酸化
➢ 磷酸化是通过蛋白质磷酸化激酶将ATP 的磷酸基转移到 蛋白的特定位点上的过程。大部分细胞过程实际上是被 可逆的蛋白磷酸化所调控的, 至少有30%的蛋白被磷酸 化修饰。
➢ 在磷酸化调节过程中，细胞的形态和功能都发生改变。 可逆的磷酸化过程几乎涉及所有的生理及病理过程, 如 细胞信号转导、肿瘤发生、新陈代谢、神经活动、肌肉 收缩以及细胞的增殖、发育和分化等。
的原因是Ras 蛋白发生了点突变, 是
化学信号刺激还是基因变异导致了Ras
蛋白的突变, 尚不清楚。以蛋白质脂
基化作为药物靶点已取得一定成绩。
➢ 法呢基转移酶把焦磷酸法呢酯(FPP)转移到Ras
蛋白的Cys巯基上。法呢基转移酶抑制剂 在抗肿瘤治疗中具有很好的疗效, 而 对于正常的细胞却没有任何毒性。同
➢现代生物医学进展 2008 Vol.8 1729
➢ 很长时间里，蛋白质翻译后修饰并未引起足够重视，直到 2004 年泛素介导蛋白质降解的发现获得诺贝尔奖之后，这一 情形才有明显改观。迄今，人们已发现多达200 多种的蛋白 质修饰。蛋白质翻译后修饰是调节蛋白质生物学功能的关键 步骤之一，是蛋白质动态反应和相互作用的一个重要分子基 础，同时，它也是细胞信号网络调控的重要靶点。
该家族成员包括3种类型 ：
1.分裂原活化的蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase, MAPK）；
2.分裂原激活蛋白激酶的激酶（mitogen-activated protein kinase kinase, MAPKK）
3.分裂原激活蛋白激酶的激酶之激酶（mitogenactivated protein kinase kinase kinase, MAPKKK）
包含信号肽的胰岛素前体称 为 前 胰 岛 素 原 （ preproinsulin）。
去掉信号肽的胰岛素的前体 称为胰岛素原(proinsulin)。
进一步切除称为C链的肽段后 才能形成活性形式的胰岛素 （insulin）
➢ 蜂毒素能溶解动物细胞，也能溶解蜜蜂自身 的细胞，在细胞内合成没有活性的前毒素， 分泌进入刺吸器后，N端的22个氨基酸残基被 蛋白酶水解生成毒素。
5.脂酰化
➢ 真核生物体内的许多蛋白质在翻译合成的同时或之后， 常与脂类共价连接。其连接方式有的是直接的，有的 是间接的；其存在部位有的是在细胞膜外表面，有的 是在细胞膜内表面,还有的存在于细胞浆的可溶性区域 中；
➢ 其功能涉及蛋白质与膜的连接、生长调节、形态发生、 受体表达、膜融合以及保护蛋白免受水解作用等。尤 其对于生物体内的信号转导过程起着非常关键的作用, 脂化蛋白相当于细胞信号转导的开关。
•MAPKKK磷酸化后变为活化状态，可以使MAPKK磷酸化。
•MAPKK始终存在于细胞质中。MAPKK磷酸化以后通过双
重磷酸化作用将MAPK激活，磷酸化的位点是苏氨酸/酪氨 酸（Thr/Tyr）残基。
MAPK被磷酸化后有3种可能的去向：
（1）停留在细胞质中，激活一系列其它的蛋白激酶； （2）在细胞质中使细胞骨架成分磷酸化； （3）进入细胞核，通过磷酸化转录因子，调控基因的表达。
➢ 脂化修饰多在蛋白质分子的N端甘氨酸残基的氨基或靠 近c端半胱氨酸残基的巯基通过酰胺键或硫酯键与脂肪 酸连接。能与蛋白质直接相连的脂肪酸有两种，一种 是肉豆蔻酸，另一种是棕榈酸。
➢ 非正常修饰的脂蛋白, 会影响信号转 导的过程。在30％的人体肿瘤中都发
现了Ras 蛋白的变体, 其中80％肿瘤 为恶性。在细胞内, 产生非正常修饰
2.பைடு நூலகம்基化
➢ 真核生物中糖基化修饰很普遍。 ➢ 通常情况下，分泌蛋白的寡糖链较复杂，而内质网膜蛋白含有
较高的甘露糖。 下图是细胞中涉及糖基化的蛋白
3.羟基化
在结缔组织的胶原蛋白和弹性蛋白中pro和lys是经过羟基化的。 此外，在乙酰胆碱酯酶（降解神经递质乙酰胆碱）和补体系统（参 与免疫反应的一系列血清蛋白）都发现有4-羟辅氨酸。 位 于 粗 糙 内 质 网 （ RER ） 上 的 三 种 氧 化 酶 （ 脯 氨 酰 -4- 羟 化 酶 ， prolyl-4-hydroxylase ， 脯 氨 酰 -3- 羟 化 酶 和 赖 氨 酰 羟 化 酶 ， lysylhydroxylase）负责特定pro和lys残基的羟化。 脯氨酰-4-羟化酶只羟化-Gly-x-pro-，脯氨酰-3-羟化酶羟化Glypro-4-Hyp（Hyp: hydroxyproline），赖氨酸羟化酶只作用于Gly-X-lys-。 胶原蛋白的脯氨酸残基和赖氨酸残基羟化需要Vc，饮食中Vc不足时 就易患坏血症（血管脆弱，伤口难愈），原因就是胶原纤维的结构 不力（weak collagen fiber structure）。
➢ H3-K4, H3-K36, H3-K79 位的甲基化与染色体转录激活 过程有关, 其中H3-K4 的单甲基化修饰可以对抗H4-K9 甲基化所导致的基因抑制。
组蛋白精氨酸甲基化
组蛋白精氨酸甲基化位点为H3-R2, H3R4, H3-R17, H3-R26, 它们都可以增强 转录。
➢ 另外也有对天冬氨酸或谷氨酸侧链羧基进行甲基化形 成甲酯的形式。天冬氨酸的甲基化能促进已破坏蛋白 的修复或降解。
➢ 组蛋白上的甲基化修饰 组蛋白对于转录等过程至关重要, 它是通过对其末端的 化学修饰作用如磷酸化、乙酰化和甲基化等参与细胞核 中生命活动。组蛋白赖氨酸和精氨酸的甲基化同转录调 节和异染色体的形成有关。组蛋白乙酰化水平增加与转 录活性增强有关, 而组蛋白甲基化修饰的结果则相对复 杂, 它可以是转录增强或转录抑制。 组蛋白赖氨酸甲基化 组蛋白精氨酸甲基化
➢ 蛋白质翻译后修饰几乎参与了细胞所有的正常生命活动过程， 并发挥十分重要的调控作用，目前已经成为国际上蛋白质研 究的一个极其重要的领域。
第三章 蛋白质翻译后修饰
第一节 原核生物的翻译后修饰 第二节 真核生物的翻译后修饰
第一节 原核生物的翻译后加工
一些新生肽链从核糖体上释放下来后可以直接折叠成 最终的三维结构。但多数情况下是新生肽要经过一系列的 加工修饰，才具有功能。
•在真核细胞中，这3种类型的激酶构成一个MAPK级联系统 （mitogen-activated protein kinase cascade）,通过 MAPKKK- MAPKK- MAPK逐级磷酸化，将外来信号级联 放大并传递下去。
•MAPKKK位于级联系统的最上游。它能够通过胁迫信号感受器 或者信号分子的受体，或者其本身就直接感受胞外信号刺激而发 生磷酸化。
1.切除加工
➢ 典型的情况包括切除N-端甲硫氨酸、信号肽序列 和切除部分肽段将无活性的前体转变成活性形式。
➢ 一些酶的前体（称为前体酶proenzyme，或酶原 zymegen）或无活性的多肽前体（称为前体蛋白， proprotein）只有切除特定的肽段后才能从无活 性形式转变成活性形式。下图是胰岛素的翻译后 加工。
➢ Fisher 和Krebs 因其在蛋白质可逆磷酸化作为一种生 物调节机制方面的研究而获得1992 年诺贝尔生理学及 医学奖。
蛋白质磷酸化
➢ 蛋白质磷酸化可分为4类：O-磷酸盐、N-磷酸盐、酰基磷酸盐和S磷酸盐。
• O-磷酸盐是通过羟基氨基酸的磷酸化形成的，如丝氨酸、苏氨酸或 酪氨酸、羟脯氨酸或羟赖氨酸磷酸化；
第二节 真核生物的翻译后加工
➢ 许多真核生物的新生肽都要经过翻译后加工或修饰，这种加工 修饰可以发生在延伸着的肽链中和翻译后。
➢ 一般情况下，翻译后修饰一是为了功能上的需要，另一种情况 是折叠成天然构象的需要。
1.切除加工 2.糖基化 3.羟基化 4.磷酸化 5.脂酰化 6.甲基化 7.乙酰化 8.泛素化 9.二硫键形成
样, 棕榈酰基转移酶抑制剂也表现出
抗肿瘤特性, 对于乳腺癌、前列腺癌
等均有作用。
图片：Ras蛋白的脂化修饰，生命的化学，1996.5
6.甲基化
➢ 蛋白质的甲基化修饰是在甲基转移酶催化下, 在赖氨 酸或精氨酸侧链氨基上进行的甲基化。甲基化增加了 立体阻力, 并且取代了氨基的氢, 影响了氢键的形成。 因此, 甲基化可以调控分子间和分子与目标蛋白的相 互作用。
1.切除加工 2.糖基化 3.甲基化 4.磷酸化 5.乙酰化 6.泛素化
1.切除加工 ➢ 包括去掉N端的甲酰甲硫氨酸和信号肽序列。 ➢ 信 号 肽 （ Signal peptide ） ， 也 叫 引 导 肽 （ leader