蛋白质翻译后修饰课件

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,.,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,.,*,现代生物医学进展,2008 Vol.8 1729,.,现代生物医学进展 2008 Vol.8 1729.,1,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。,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。,.,很长时间里，蛋白质翻译后修饰并未引起足够重视，直到2004,2,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,.,第三章 蛋白质翻译后修饰第一节 原核生物的翻译后修饰.,3,一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。,第一节 原核生物的翻译后加工,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,.,一些新生肽链从核糖体上释放下来后可以直接折叠成最,4,1.,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 peptide,），是决定多肽最终去向的一段序列，通常较短，典型情况下位于,N,端。在细菌中的一个例子就是多肽要插入细胞质膜必须借助信号肽序列。,2.,糖基化,曾经一度认为糖基化只存在于真核细胞中，但研究表明，原核生物中也存在蛋白质的糖基化修饰，而且由于在糖基的单糖结构和组成上的不同而显得比真核生物中的更加丰富多样。,.,1.切除加工.,5,3.,甲基化,蛋白质的甲基化是指在甲基转移酶催化下，甲基基团由,S-,腺苷基甲硫氨酸转移至相应蛋白质的过程，既可以形成可逆的甲基化修饰，如羧基端的甲基化修饰；也可以形成不可逆的甲基化修饰，如氨基端的甲基化修饰。在原核生物中也普遍存在蛋白质的甲基化。,在大肠杆菌和有关细菌中发现的一种甲基转移酶能甲基化膜结合的化学受体蛋白的谷氨酸残基。这种甲基转移酶和另外一种甲基酯酶催化的甲基化,/,去甲基化过程在细菌趋化性的信号转导中起重要作用。,.,3.甲基化.,6,4.,磷酸化,蛋白质的磷酸化是指通过酶促反应将磷酸基团转移到目的蛋白特定的氨基酸残基上的过程，是可逆的。这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。,近年来，已经发现由蛋白激酶和蛋白磷酸化酶催化的蛋白质磷酸化,/,去磷酸化在原核生物中十分普遍。磷酸化,/,去磷酸化的意义还不太清楚。目前只知在细菌趋化性和氮代谢调空中有瞬间的磷酸化作用。,.,4.磷酸化.,7,5.,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,-NH,2,，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,.,5.乙酰化.,8,6.,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。,.,6.类泛素化.,9,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,.,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,10,1.,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。,.,1.切除加工.,11,包含信号肽的胰岛素前体称为前胰岛素原（,pre-proinsulin,）。,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,）,.,包含信号肽的胰岛素前体称为前胰岛素原（pre-proinsu,12,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。,.,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,13,蛋白质内含子,90,年代初，发现了两类新的内含子。,一类是蛋白质内含子，其,DNA,序列与外显子一起转录和翻译，产生一条多肽链，然后从肽链中切除与内含子对应的氨基酸序列，再把与外显子对应的氨基酸序列连接起来，成为有功能的蛋白质。,另一类是翻译内含子，,mRNA,中存在与内含子对应的核苷酸序列，在翻译过程中这一序列被,“,跳跃,”,过去，因此产生的多肽链不含有内含子对应的氨基酸序列。,.,蛋白质内含子.,14,.,.,15,2.,糖基化,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,.,2.糖基化.,16,3.,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,Gly-pro-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,）。,.,3.羟基化.,17,4.,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。,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。,.,4.磷酸化.,18,.,.,19,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；,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。,.,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、,20,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。,.,有丝分裂原激活蛋白激酶（MAPKs）MAPKs家族成员存在,21,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（,mitogen-activated protein kinase kinase kinase,MAPKKK,）,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,。,.,该家族成员包括3种类型：1.分裂原活化的蛋白激酶（mit,22,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。,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。,.,MAPKKK位于级联系统的最上游。它能够通过胁迫信号感受器或,23,5.,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。,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。,.,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,24,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