蛋白激酶与磷酸酶
蛋白磷酸化的名词解释
蛋白磷酸化的名词解释蛋白磷酸化是一种重要的细胞信号传导过程，它在调控蛋白功能、细胞生理和病理过程中起着关键作用。
磷酸化是一种化学修饰，通过在蛋白质分子上加上磷酸基团改变其结构和功能。
一、蛋白磷酸化的基本概念蛋白磷酸化是指将磷酸基团（PO4）连接到蛋白质的氨基酸残基上。
磷酸化可以发生在多种氨基酸残基上，包括丝氨酸（Ser）、苏氨酸（Thr）和酪氨酸（Tyr）。
这个化学修饰过程由蛋白激酶（protein kinase）和蛋白磷酸酶（protein phosphatase）这两类酶催化进行。
二、蛋白磷酸化的功能蛋白磷酸化在调控细胞的多种生理过程中起着重要作用。
它可以调节蛋白质的酶活性、亚细胞定位、特异性结合以及稳定性。
这种化学修饰可以改变蛋白质的电荷分布和构象，从而调控它们与其他蛋白质、DNA或小分子的相互作用。
1. 调节酶活性：许多蛋白激酶通过磷酸化来激活或抑制底物的酶活性。
例如，丝氨酸/苏氨酸激酶（serine/threonine kinase）可以磷酸化肌球蛋白，进而改变细胞骨架的结构和细胞形态。
另外，酪氨酸激酶可以磷酸化细胞表面受体，从而触发细胞信号通路。
2. 调节亚细胞定位：磷酸化可以改变蛋白质的亚细胞定位，影响它们在细胞内的分布。
例如，磷酸化可以使特定的核转录因子转入或转出细胞核，从而影响基因的转录。
此外，它还可以调节细胞骨架的动态重组，参与细胞的形态变化和迁移。
3. 调节特异性结合：蛋白磷酸化可以改变蛋白质与其他分子的结合能力。
例如，磷酸化可以促使某些蛋白质与DNA结合或解离，从而影响基因的表达。
此外，它还可以调节蛋白质与其他蛋白质之间的相互作用，介导细胞信号转导。
4. 调节蛋白稳定性：磷酸化可以影响蛋白质的降解速率。
一些磷酸化位点的出现或消失可以增加或降低蛋白质的稳定性。
这种调控方式在一些疾病的发生中起着重要作用，如肿瘤的发生和进展。
三、蛋白磷酸化与人类疾病蛋白磷酸化异常与多种人类疾病的发生和进展相关。
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。
细胞信号传导中的磷酸化调控机制
细胞信号传导中的磷酸化调控机制细胞信号传导中的磷酸化调控机制是细胞内信息传递中的重要环节。
磷酸化是指将磷酸基加到分子中的化学反应，常常会导致蛋白质结构和功能的改变。
通过磷酸化调控蛋白质活性、互作和/或定位，细胞可以响应各种内外部信号。
这种调控机制在许多重要的生物学过程中发挥着关键作用，如细胞周期、细胞分化、细胞凋亡、代谢和免疫反应等。
磷酸化调控机制复杂而精密，涉及到许多相关的蛋白和酶。
其中最知名的是蛋白激酶和磷酸酶。
蛋白激酶是一种可以将磷酸基加到靶蛋白的酶，而磷酸酶则是可以将已经加入到蛋白质中的磷酸基移除的酶。
这两个反应都是可逆的，因此可以通过这些相对运动的关键分子，控制特定的信号通路。
不同类型的信号(如激素、生长因子、细胞外基质、体内外压力和感染识别等)被特定的膜受体捕获，这些受体会激活一系列的信号分子，并触发一系列的磷酸化和去磷酸化反应。
其中，细胞内的使蛋白激酶系列和磷酸酶系列尤其重要。
蛋白激酶可以根据其底物的位置分为三个类别。
第一类激酶，如下游的丝氨酸/苏氨酸激酶，可以磷酸化激酶-丝氨酸/苏氨酸底物。
第二类激酶，如JNK和p38等，激活一系列重要的转录因子，进而调节各种生物学反应。
第三类激酶，如十四三烷基化磷酸酰化蛋白激酶(TAK1)和编码蛋白激酶（MEKK），与其他激酶相互协调，参与各种生物过程，例如细胞凋亡、炎症反应和代谢调节等。
另一方面，一系列蛋白磷酸酶也是细胞信号传导的重要组成部分。
蛋白磷酸酶可以基于它们去磷酸化靶蛋白质的位置被分类为“酸性”和“碱性”。
在细胞信号传导中，酸性蛋白磷酸酶主要参与凋亡信号的传导和细胞生长、分化等过程。
特别是，半胱氨酸蛋白磷酸酶家族(如PP2A)是细胞信号传导的重要调节因子，可以调控多种细胞生命活动，包括细胞凋亡、代谢和细胞周期等。
此外，碱性蛋白磷酸酶也可以通过调节肌动蛋白网络和细胞骨架蛋白，调节细胞的结构和运动。
总之，磷酸化调控机制是细胞信号传导的重要组成环节。
蛋白激酶
b）JAK激酶家族
JAK (Janus kinase) 家族成员有 JAK1、JAK2、JAK3和TYK2。
特征性结构是有两个激酶结构域：激 酶区（JH1）和激酶相关区（JH2或假SH1 区）。此外，还有5个同源结构域（ JH3 ~JH7 ）。
O
分类： （1）非受体酪氨酸蛋白激酶（NRTK） （2）受体酪氨酸蛋白激酶（RTK） （3）核内酪氨酸蛋白激酶
（1）非受体酪氨酸蛋白激酶（NRTK）
1）非受体酪氨酸蛋白激酶的重要结构域
有SH1（c-Src homology domain 1）、SH2、SH3、PH、PTB等。它们在激 酶的催化反应、酶定位、活性调节以及与 其他分子相互作用中起重要作用。
1）受体酪氨酸激酶的自主磷酸化位点
常位于受体的羧基末端胞质域的非催 化区，或质膜与酪氨酸激酶结构域之间。
主要功能是与靶蛋白的SH2结构域结合， 激活靶蛋白。
靶蛋白与磷酸化位点的结合依赖于 pTyr附近的氨基酸组成及顺序。
2）受体酪氨酸激酶激活信号蛋白的机制 一是信号分子的膜转位； 二是通过结构改变而被激活； 三是通过酪氨酸的磷酸化被激活。
DNA-PK可发生自主磷酸化，其催化 亚基和Ku蛋白都依赖于DNA和ATP而磷酸 化。
2. 酪氨酸蛋白激酶（PTK）
是一类催化ATP上 -磷酸基团转移到蛋 白酪氨酸残基酚羟基上的激酶，使多种底物 蛋白磷酸化，在细胞增殖、分化中起重要作 用。
NH
HC CH2
OH
OC
NH HC CH2 OC
O OP O
作为PTK底物的信号蛋白又分为具有酶 活性和不具有酶活性的接头蛋白两类。
蛋白质的磷酸化与信号转导
蛋白质的磷酸化与信号转导在细胞内，蛋白质磷酸化是一种常见的化学修饰方式，通过磷酸化作用，可以调控蛋白质的活性、位置、互作等特性，进而影响细胞内的信号转导过程。
本文将探讨蛋白质磷酸化与信号转导之间的关系，以及这种修饰机制对细胞功能的影响。
一、蛋白质磷酸化的概述蛋白质磷酸化是一种在细胞中广泛发生的化学修饰方式，通过将磷酸基团（PO4）结合到蛋白质分子的氨基酸残基上，改变蛋白质的性质和功能。
常见的磷酸化位点包括丝氨酸（Ser）、苏氨酸（Thr）和酪氨酸（Tyr）残基。
磷酸化修饰是由蛋白激酶（protein kinase）催化的，而蛋白磷酸酶（protein phosphatase）则可以去除这些磷酸基团。
二、蛋白质磷酸化与信号转导信号转导是指细胞内外信号的传递与转导过程，确保细胞能够及时做出响应。
蛋白质的磷酸化在信号转导中起着重要的作用。
当外界刺激（如荷尔蒙、生长因子等）到达细胞表面受体时，会引起受体聚合或构象变化，进而激活相应的酪氨酸激酶。
此时，激酶会磷酸化特定的底物蛋白，从而传递信号并触发下游的生物效应。
蛋白质磷酸化的信号转导机制可以分为两类：直接激活型和级联激活型。
直接激活型机制中，磷酸化直接影响底物蛋白的功能，如激活或抑制其酶活性。
级联激活型机制中，磷酸化作用会导致一系列的修饰和调节步骤，进而介导信号传导到细胞内的不同部位。
三、蛋白质磷酸化调控的生物效应蛋白质磷酸化的调控可以影响多种生物效应，包括细胞周期调控、基因转录调节、细胞凋亡、细胞增殖等。
例如，细胞增殖的调控往往伴随着信号转导通路的激活，而蛋白质的磷酸化是这一过程中不可或缺的关键步骤。
磷酸化修饰可以激活或抑制蛋白质的酶活性，从而介导细胞周期的进行。
另外，蛋白质磷酸化还可以调节蛋白质的亚细胞定位和相互作用。
磷酸化作用可以导致蛋白质结构的变化，从而影响蛋白质的定位和与其他蛋白质的相互作用。
这种调控方式在细胞信号转导通路中起着至关重要的作用，确保蛋白质在特定的细胞区域发挥正确的功能。
蛋白激酶和蛋白磷酸酶蛋白激酶
SH1：催化活性结构域 SH2、SH3、PH：分子间相互作用
Src家族蛋白酪氨酸激酶
Lck(p56lck): 与CD4/CD8相关，受体交联后，Lck活
化并磷酸化CD3z链ITAM的酪氨酸，使ZAP-70能结合 该处，ZAP-70进一步传递信号。
Fyn(p59fyn): 与CD3z链相关，Fyn活化后，细胞内
锚定蛋白:
特殊的接头蛋白，通过分子的一段将某一 信号途径中密切相关的信号分子定位于近膜 区，也称支架蛋白（scaffold protein）。如 Shc、IRS-1等.
穿膜接头蛋白(含大量酪氨酸)
LAT(linker for activation of T cells)主要介 导TCR的信号。TCR交联后激活ZAP-70，后 者磷酸化LAT的酪氨酸残基，为Grb2、Grap 或PLCg提供停泊位点。
ITIM：某些免疫受体胞浆区具有单个排列的 YXXL序列，免疫受体活化后，其酪氨酸残基 可被细胞内的酪氨酸激酶磷酸化，结合抑制性 信号分子，是免疫受体酪氨酸抑制模块。
（四）胞浆信号分子的募集
酶、接头蛋白或锚定蛋白
二. 信号分子的特殊结构域
50－100aa组成、具有一定的空间结构的蛋白 结构域，或称蛋白模块（protein modular） 结合特定的基团或氨基酸序列
SH3结构域：PxxP，存在于NRTK、PSK、 磷脂代谢酶、小G蛋白、接头蛋白、转录 因子等
WW（色胺酸）结构域：PPxY或PPLP基 序
（三）其他结构域
PH结构域：血小板－白细胞C激酶底物同 源区，识别膜磷脂成分及其代谢产物如 PIP2、PIP3、IP3等
死亡结构域：涉及死亡结构域蛋白、TNF 受体相关蛋白及其它多种信号转导蛋白
磷酸蛋白的互作原理
磷酸蛋白的互作原理磷酸蛋白的互作原理可以概括为以下几点:1. 蛋白质激酶可以催化其底物蛋白发生磷酸化反应,在底物蛋白特定位点的羟基上转移γ-磷酸基团。
2. 磷酸化会改变蛋白质的构象和性质,从而影响其与其他分子的相互作用,是重要的后转录调控方式。
3. 激酶识别特定底物的关键在于结合部位的氨基酸序列和空间构象互补性。
激酶的催化域与底物配体识别域协同工作。
4. 激酶激活往往需要第二信使(如cAMP)或结合蛋白的结合,使激酶磷酸化部位暴露,进而激活。
5. 激酶也可以自身发生自磷酸化,通过改变构象开启激酶活性。
还可产生级联放大效应,继续磷酸化下游靶点。
6. 磷酸酶可以去除蛋白质上的磷酸基团,反向调控磷酸化过程,动态平衡磷酸化状态。
7. 磷酸化后的部位可与其他含磷酸结合蛋白域(如SH2结构域)识别结合,从而进行信号转导。
8. 例如,受体酪氨酸激酶在激素诱导下,磷酸化靶蛋白酪氨酸残基,激活下游信号级联反应。
9. MAP激酶磷酸化并激活其他蛋白激酶,产生放大级联效应,扩大信号网络范围。
10. 细胞骨架蛋白也可通过磷酸化改变组装状态,影响细胞形态。
11. 磷酸化调控网络异常会引起多种疾病。
药物通过作用于蛋白激酶或磷酸酶调节这些过程。
12. 综上,蛋白质的可逆磷酸化构成细胞内信息流和功能调节的重要环节。
既有高选择性,也有放大作用。
13. 磷酸蛋白网络关系复杂,一个激酶可作用于多靶点,不同激酶可共同作用于一个靶点实现协同调控。
14. 同时受多种机制(第二信使、蛋白相互作用等)的上下游调控,构成一个动态平衡、高度协同的系统,以应对细胞内外环境变化。
第五章蛋白激酶
PLC-1的PH domain与IP3结合
血影蛋白的PH domain与膜磷脂结合
e）PTB结构域
PTB结构也可识别一些含磷酸化酪氨 酸的模体。
Shc PTB Domain
非受体酪氨酸蛋白激酶重要结构域的特点：
• 一个信号分子可含有两种以上的结构域， 因此可同时与两种以上的其他信号分子结 合。
（一）蛋白激酶的结构
共同的结构特征：
• 保守的催化结构域/亚基
• 调节结构域/亚基
• 其他功能结构域
PKC
1. 催化结构域/亚基
催化核心含有12个高度保守的亚区。
功能： • 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。
2. 调节结构域/亚基
p p
ANK ANK ANK ANK
Kinase domain
Mig-2
RTK
paxillin
Integrins
ECM
Generously provided to the CMC by Cary Wu (Apr-03
（9）DNA依赖性蛋白激酶 DNA依赖性蛋白激酶（DNA-dependent protein kinaes，DNA-PK）可磷酸 化许多核蛋白，包括核受体、转录因子、 DNA拓扑异构酶和RNA聚合酶Ⅱ等。 DNA-PK可发生自主磷酸化，其催化 亚基和Ku蛋白都依赖于DNA和ATP而磷酸 化。
（2）受体酪氨酸蛋白激酶
PDGF一类的跨膜受体，可磷酸化靶蛋 白的酪氨酸，因此称为受体酪氨酸蛋白激 酶（receptor tyrosine kinase，RTK）。
1）受体酪氨酸激酶的自主磷酸化位点
常位于受体的羧基末端胞质域的非催 化区，或质膜与酪氨酸激酶结构域之间。 主要功能是与靶蛋白的SH2结构域结合， 激活靶蛋白。 靶蛋白与磷酸化位点的结合依赖于 pTyr附近的氨基酸组成及顺序。
蛋白激酶
因产物等。
SH2能特异地识别磷酸化的酪氨酸残 基以及磷酸化残基的羧基端氨基酸序列并 与其相互结合。
SH2的主要功能是介导胞质内多种信 号蛋白的相互连接，形成蛋白异聚体复合 物，从而调节信号传递。
Cterminal PLC SH2 domain
c）SH3结构域
可见于多种胞质信号蛋白及肌动蛋白 结合蛋白中。
SH3识别的部位是一些富含脯氨酸的 区域PXXP。
功能：参与PTK介导的蛋白质间的相 互作用，可能在亚细胞定位和细胞骨架蛋 白相互作用中起作用。
SH3 Domain
d）PH结构域
最初于一种血小板内PKC底物 pleckstrin中发现的结构域，称为 pleckstrin 同源 (pleckstrin homology， PH) 结构域。
PINCH, ILK domain structures & interacting partners
Nck-2
SH3 SH3 SH3
SH2
PINCH
LIM5 LIM4 LIM3 LIM2
LIM1
ILK
pp
ANK ANK ANK ANK PH
RTK
CH-ILKBP/actopaxin parvins/affixin
黏附斑激酶（focal adhesion kinase， FAK）在黏附分子整合素介导的细胞与细 胞外基质的黏附和信号转导中具有起始作 用。
整 合 素 结 构 模 型
Linear structure of FAK
（2）受体酪氨酸蛋白激酶
PDGF一类的跨膜受体，可磷酸化靶蛋 白的酪氨酸，因此称为受体酪氨酸蛋白激 酶（receptor tyrosine kinase，RTK）。
蛋白磷酸化与蛋白激酶
蛋白激酶、蛋白磷酸酶与信号转导
一、 蛋白激酶
蛋白磷酸化是多种信号转导途径中 的重要环节，细胞内大部分重要的生命过 程都涉及蛋白磷酸化。
可逆的蛋白质磷酸化：
ATP 蛋白激酶 蛋白质 蛋白磷酸酶 Pi H2O 蛋白质 P ADP
蛋白激酶（protein kinase，PK）：
是一类磷酸转移酶，其作用是将 ATP 的 - 磷酸基转移到底物特定的氨基 酸残基上，使蛋白质磷酸化， 发挥其生理 生化功能。
SH2能特异地识别磷酸化的酪氨酸残 基以及磷酸化残基的羧基端氨基酸序列并 与其相互结合。 SH2的主要功能是介导胞质内多种信 号蛋白的相互连接，形成蛋白异聚体复合 物，从而调节信号传递。
Cterminal PLC SH2 domain
c）SH3结构域
可见于多种胞质信号蛋白及肌动蛋白 结合蛋白中。 SH3识别的部位是一些富含脯氨酸的 区域PXXP。 功能：参与PTK介导的蛋白质间的相 互作用，可能在亚细胞定位和细胞骨架蛋 白相互作用中起作用。
（一）蛋白激酶的结构
共同的结构特征：
• 保守的催化结构域/亚基
• 调节结构域/亚基
• 其他功能结构域
PKC
1. 催化结构域/亚基
催化核心含有12个高度保守的亚区。
功能： • 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。
2. 调节结构域/亚基
NH HC CH2 O C OH NH HC CH2 O C O O P O O
（1）蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）
即cAMP依赖性蛋白激酶。
全酶存在胞浆，被cAMP激活后，催化亚 基可① 调节代谢；②调节离子通道；③调 节其他信号转导途径的蛋白；④ 进入细胞 核调节基因表达。
蛋白质磷酸化修饰及其生物学效应
蛋白质磷酸化修饰及其生物学效应蛋白质磷酸化修饰是一种常见的蛋白质后翻译修饰方式，它通过添加磷酸基团改变蛋白质的空间构象和功能。
磷酸化修饰是细胞信号传导中的关键过程，它调控了细胞的生长、分化和代谢过程，也参与了许多疾病的发生发展。
磷酸化修饰可分为蛋白激酶介导的和磷酸酶介导的两种方式。
蛋白激酶通过催化磷酸转移作用，将ATP磷酸基团添加到蛋白质的羟基、羧基或其他特定位置，从而改变蛋白质的生物学活性。
而磷酸酶可以催化磷酸基团的去除，实现磷酸化修饰的逆转过程。
蛋白质磷酸化修饰具有多种生物学效应。
一方面，磷酸化修饰可以改变蛋白质的空间构象和稳定性，以调控其相互作用和功能。
例如，肌动蛋白磷酸化后能够促进细胞体结构的重构，从而参与肌肉收缩和细胞迁移等生物学过程。
另一方面，磷酸化修饰还可以调控蛋白质的局部化和降解，影响其在细胞内和细胞外的动态平衡。
例如，多种信号分子的磷酸化修饰可以导致它们在不同的细胞区域发挥不同的生物学功能，并通过特定的降解机制被清除，以确保信号通路的精准调控。
磷酸化修饰还可以参与许多复杂疾病的发生发展。
例如，癌症细胞具有高度活性的蛋白激酶，其能够促进癌细胞的增殖、转移和耐药性。
因此，磷酸化修饰作为一种重要的靶点被广泛应用于肿瘤治疗。
另外，神经元的磷酸化修饰变化也与许多神经退行性疾病（如阿尔茨海默病、帕金森氏病等）密切相关，这提示我们磷酸化修饰在神经系统疾病的治疗中也可能发挥重要作用。
虽然蛋白质磷酸化修饰是一种常见的蛋白质修饰方式，但其复杂的信号通路和多重作用机制仍有待进一步研究。
未来的研究将集中于发掘新的磷酸化效应和靶点，以及深入探究磷酸化修饰与细胞生命活动和疾病发生发展的关系，为其在临床应用中提供更准确和可靠的参考。
蛋白激酶和蛋白磷酸酶在信号转导中的作用
蛋白激酶：催化蛋白质磷酸化的酶类，反应中需有高能化合物(如ATP)参加。
将A TP的γ磷酸基转移到底物特定的氨基酸残基上，使蛋白质磷酸化的一类磷酸转移酶。
根据其底物蛋白被磷酸化的氨基酸残基种类，可将它们分为5类：蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶、蛋白酪氨酸激酶、蛋白组氨酸激酶、蛋白色氨酸激酶和蛋白天冬氨酰基/谷氨酰基激酶。
蛋白磷酸酶：催化磷酸化氨基酸残基脱磷酸的酶。
与蛋白激酶一起配合调节底物蛋白质的磷酸化作用，调控多种细胞生物学过程。
根据底物蛋白质分子上磷酸化的氨基酸残基的种类主要分为蛋白质丝氨酸/苏氨酸磷酸酶、蛋白质酪氨酸磷酸酶和双特异性磷酸酶。
蛋白激酶可使蛋白质磷酸化，蛋白磷酸酶使蛋白去磷酸化。
蛋白磷酸化与去磷酸化是真核细胞信号转导的共同通路，其动态变化几乎涉及从胚胎发育到个体成熟的所有过程，包括细胞的癌变和凋亡。
磷酸化与去磷酸化的平衡主要由蛋白激酶(protein kinases,PK)和磷酸酶(protein phosphatases, PPs)调控。
磷酸化和去磷酸化作为分子开关，是信号转导中最简便而又十分快捷的反应方式,一般是通过磷酸化而激活,去磷酸化而失活。
大量研究结果表明蛋白质的磷酸化与去磷酸化过程在多种信号识别与转导中起重要作用,它是生物体中普遍存在的一种调节过程。
蛋白激酶是一类将ATP γ位的磷酸基团转移到底物的氨基酸残基上引起靶蛋白发生磷酸化的调节酶,它通过促进功能蛋白的磷酸化而使细胞对各种刺激做出相应的反应。
泛素化途径的功能：由于基因突变、自由基破坏、环境胁迫、疾病等导致反常蛋白的产生，需要被及时降解清除，以免干扰正常的生命活动；维持体内的氨基酸代谢库；防御机制的组成部分；蛋白质前体的裂解加工等。
蛋白磷酸化的作用
蛋白磷酸化的作用蛋白磷酸化是一种常见的细胞信号传递过程，它通过酶类催化将磷酸基团添加到蛋白质分子中，从而改变蛋白质的结构和功能。
这个过程对于细胞的生长、分化和代谢具有重要的调控作用。
在细胞中，蛋白磷酸化是由蛋白激酶和蛋白磷酸酶两类酶完成的。
蛋白激酶可以在细胞内通过多种信号通路被激活，例如细胞因子、激素、环境刺激等。
激活后，蛋白激酶会将ATP中的磷酸基团转移给目标蛋白质的特定氨基酸残基上，如丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸等。
这些磷酸基团的添加会改变蛋白质的构象，从而影响其结构和功能。
蛋白磷酸化的作用非常广泛，它可以调控细胞的基础生理过程，如细胞周期、细胞凋亡、细胞分化、细胞迁移等。
在细胞周期中，蛋白磷酸化可以调节细胞周期各个阶段的进程，例如G1/S和G2/M 的转换。
在细胞凋亡中，蛋白磷酸化可以调控凋亡信号通路的激活和细胞死亡程序的执行。
在细胞分化中，蛋白磷酸化可以调节转录因子的活性，从而控制基因表达。
在细胞迁移中，蛋白磷酸化可以调节细胞骨架的变化，从而影响细胞的形态和运动。
除了影响细胞基础生理过程外，蛋白磷酸化还可以调节细胞对外界环境的应答。
例如，磷酸化可以调节细胞内的信号通路，从而影响细胞的反应速度和选择性。
磷酸化还可以调节细胞对营养和能量的利用，从而影响细胞的代谢状态。
此外，磷酸化还可以调节细胞对物理和化学刺激的敏感性，从而影响细胞的生存和发展。
蛋白磷酸化是一个复杂的过程，它受到多种因素的调节。
例如，蛋白激酶和蛋白磷酸酶的表达水平和活性可以受到基因调控、蛋白质修饰和信号通路等多种因素的影响。
此外，蛋白磷酸化还受到蛋白质的结构和环境等因素的影响。
因此，对蛋白磷酸化的研究需要综合运用分子生物学、生物化学、细胞生物学等多种技术手段。
蛋白磷酸化是一种重要的细胞信号传递过程，它可以调节细胞的基础生理过程和对外界环境的应答。
对蛋白磷酸化的研究不仅可以深入了解细胞内部的调控机制，还可以为疾病的治疗和新药的开发提供重要的理论基础。
蛋白激酶与磷酸酶
同时，磷酸酶将已磷酸化的蛋白去磷酸化，终止信号转导，防止信号过强 或过久。
蛋白激酶与磷酸酶在细胞周期和细胞凋亡中的相互调节
01
蛋白激酶和磷酸酶共同参与细 胞周期的调控，确保细胞分裂 的正常进行。
02
在细胞凋亡过程中，蛋白激酶 和磷酸酶的平衡被打破，通过 磷酸化或去磷酸化特定蛋白， 影响细胞凋亡的启动和执行。
03
蛋白激酶和磷酸酶的相互作用 对维持细胞稳态和防止异常增 殖具有重要意义。
蛋白激酶与磷酸酶在肿瘤发生和发展中的相互调节
肿瘤细胞中蛋白激酶和磷酸酶的表达和活性常 常发生异常，导致细胞信号转导、细胞周期和 细胞凋亡等过程紊乱。
蛋白激酶的异常激活可以促使肿瘤细胞增殖、 迁移和侵袭；而磷酸酶的异常表达或活性降低 则可能维持肿瘤细胞的恶性表型。
蛋白激酶与磷酸酶的重要性
信号转导
蛋白激酶和磷酸酶在细胞信号转导过程中起着关键作用，能够调节细胞反应和行为，维持细胞正常功 能。
疾病治疗
许多人类疾病与蛋白质磷酸化异常有关，因此蛋白激酶和磷酸酶成为药物研发的重要靶点，对疾病治 疗具有重要意义。
蛋白激酶与磷酸酶的分类
蛋白激酶分类
根据催化底物不同，蛋白激酶可分为丝氨酸/苏氨酸激酶、酪 氨酸激酶、组氨酸激酶等类型。
神经系统疾病
02
磷酸酶在神经系统的信号转导中发挥重要作用，与神经系统疾
病如阿尔茨海默病、帕金森病等有关。
代谢性疾病
03
一些磷酸酶与糖代谢、脂代谢等代谢过程有关，其异常表达或
活性改变可能导致代谢性疾病的发生。
04
蛋白激酶与磷酸酶的相互作用
蛋白激酶与磷酸酶在细胞信号转导中的相互调节
蛋白激酶与蛋白磷酸酶名词解释
蛋白激酶与蛋白磷酸酶名词解释嘿，你知道吗？蛋白激酶和蛋白磷酸酶就像是一对奇妙的“魔法搭档”！蛋白激酶呢，就好比是一个“建筑师”，它能给蛋白质加上磷酸基团。
比如说，细胞就像是一个庞大的建筑工地，而蛋白激酶就是在这个工地上忙碌工作的建筑师，它精心地在蛋白质上添砖加瓦，让它们具备特定的功能和活性。
那蛋白磷酸酶呢，则像是一个“拆迁队”啦！它能把蛋白质上的磷酸基团给去掉。
想象一下，那些被蛋白激酶修饰过的蛋白质，在完成特定任务后，就需要蛋白磷酸酶这个“拆迁队”来把它们恢复到原来的状态，好为下一次的任务做好准备呀！
蛋白激酶和蛋白磷酸酶的作用可太重要啦！它们一起调节着细胞内无数的生理过程，这就像一场精妙绝伦的舞蹈，蛋白激酶和蛋白磷酸酶就是配合默契的舞伴。
如果它们其中一个出了问题，那这场舞蹈可就乱套了呀！比如说，如果蛋白激酶过于活跃，就可能导致一些蛋白质过度磷酸化，引发一系列的疾病。
反过来，如果蛋白磷酸酶的功能不正常，那也会让细胞的正常运作受到影响。
你看，它们俩的平衡就像是走钢丝，得小心翼翼地保持着。
这可不是开玩笑的呀！在我们的身体里，每一个小小的变化都可能引发巨大的连锁反应。
所以啊，蛋白激酶和蛋白磷酸酶可不是什么普通的分子，它们是细胞这个神奇世界里的关键角色。
我们得好好了解它们，才能更好地理解我们的身体是怎么运作的呀！我觉得它们真的太神奇了，你难道不这么认为吗？。
蛋白磷酸化与蛋白激酶
在基因表达调控中的作用
01
蛋白激酶通过磷酸化转录因子，影响其结合DNA的 能力和转录活性，从而调控基因表达。
02
磷酸化作用还可以影响染色质结构和表观遗传修饰 ，进一步调控基因表达。
03
蛋白激酶和磷酸酶在信号转导通路中相互作用，将 胞外信号转化为基因表达的改变。
在细胞凋亡与自噬中的作用
01
蛋白激酶通过磷酸化作用参与细胞凋亡的调控，如
荧光共振能量转移法
利用荧光标记的ATP和底物蛋白，通过检测荧光共 振能量转移来测定激酶活性。
酶联免疫吸附法
利用特异性抗体识别磷酸化底物蛋白，通过 酶联免疫吸附反应来测定激酶活性。
磷酸化蛋白的鉴定技术
二维凝胶电泳
通过二维凝胶电泳分离磷酸化蛋白，结合质谱技术进 行鉴定。
免疫沉淀法
利用特异性抗体沉淀磷酸化蛋白，结合质谱技术进行 鉴定。
磷酸化动态平衡
蛋白质的磷酸化状态是动态变化 的，受到激酶和磷酸酶的共同调 控，以维持细胞内信号传导的平 衡。
磷酸化蛋白的特性
结构变化
磷酸化会导致蛋白质构象的改变，从而影响其与其他分子的相互作用 和功能。
功能多样性
不同位点的磷酸化可以引发不同的生物学效应，如激活或抑制酶的活 性、改变蛋白质的定位和稳定性等。
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磷酸化蛋白质组学
利用特异性富集磷酸化肽段的技术，结合高分辨质谱 技术进行全蛋白质组范围内的磷酸化蛋白鉴定。
基于质谱的蛋白组学研究方法
鸟枪法蛋白质组学
利用高分辨质谱技术对复杂蛋白质样品进行全面分析，包括磷酸化蛋白的鉴定和定量。
数据依赖型采集模式
通过质谱仪的数据依赖型采集模式，对磷酸化肽段进行自动识别和碎裂，实现高通量的 磷酸化蛋白鉴定。
激酶和磷酸酶信号转导途径的动态调控
激酶和磷酸酶信号转导途径的动态调控信号转导通常涉及激酶和磷酸酶，它们可以向细胞内外发送信号并启动各种细胞过程。
这个过程需要动态调控，否则它会导致疾病的发展或生理功能的丧失。
因此，了解激酶和磷酸酶的信号转导途径及其调控机制至关重要。
激酶是酶蛋白，其主要功能是将磷酸基转移至底物蛋白中。
磷酸酶是酶蛋白，其主要功能是通过水解将磷酸基从底物蛋白中移除。
激酶和磷酸酶信号转导途径作为一种广泛存在于生物体中的信号传递机制，非常复杂。
该途径的第一阶段涉及信号分子与细胞受体的结合，其次将信号从受体传递至激酶和磷酸酶，最后激酶和磷酸酶实现目标基因的可读形式。
激活或抑制这种酶的机制多种多样，其中包括蛋白质结构和表达，还包括化学修饰和受体亚型。
首先，激酶和磷酸酶本身的结构对其活性产生影响。
例如，在Ser/Thr激酶中，磷酸基将与蛋白质相互作用，改变蛋白质的构象并增强其活性。
其次，在信号转导过程的不同阶段，激酶和磷酸酶的表达也会影响其活性。
此外，化学修饰也是影响激酶和磷酸酶活性的一种机制。
例如，代表性的半胱氨酸氧化可以抑制蛋白质酪氨酸激酶的活性，而酪氨酸激酶也可以被磷酸化和脱磷酸化来调节其活性。
除了这些机制之外，激酶和磷酸酶的激动剂和拮抗剂也可以用来调节其活性。
例如，许多乳腺癌患者接受通过PI3K/Akt/mTOR途径抑制激酶活性的治疗，而阿霉素等阻断酪氨酸激酶抑制剂可以用来治疗肺癌。
总之，激酶和磷酸酶信号转导途径至关重要，主要通过化学修饰、表达调控以及拮抗剂来进行动态调控。
这些机制可以调节目标基因的表达，并随着身体的需要而发生变化，从而对细胞和组织的生长和发育产生影响。
如果我们能够更好地控制这些机制，我们就有可能开发出更高效和更精确的治疗方法，有望解决一些严重的健康问题。
蛋白质激酶 蛋白质磷酸酶
蛋白质激酶蛋白质磷酸酶
蛋白质激酶是生物体内一类重要的酶，它可以在细胞信号转导过程中对蛋白质进行磷酸化，通过磷酸化来调节蛋白质的活性。
不同种类的蛋白激酶对不同蛋白质进行磷酸化，例如蛋白激酶A（PKA）可以调节代谢、离子通道和其他信号转导途径的蛋白；蛋白激酶C（PKC）则可以调节转录因子、翻译因子、S6K、Raf激酶等基因表达；钙/钙调素依赖性蛋白激酶（CaMK）包括肌球蛋白轻链激酶、磷酸化酶激酶等。
另一方面，蛋白质磷酸酶则可以对已磷酸化的蛋白质进行去磷酸化，使其失去活性。
例如，蛋白磷酸酶1和/或蛋白磷酸酶2A在长期抑郁症中，可以通过对蛋白质的去磷酸化，导致AMPA受体的去磷酸化，从而改变突触后靶标的后续变化。
蛋白激酶和蛋白质磷酸酶的相互作用，形成了一个复杂的细胞调控网络，通过蛋白质的逐级磷酸化和去磷酸化，调节着细胞的许多重要功能，如代谢、转录、细胞周期等。
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OH
OH
PI-Kinase
PI PIP
4 5 P
P
HO
P
P
3
P
OH
o
o o
o
o
o o
o
PI-Phosphatase
磷酸肌醇循环
PI3K-PKB/Akt信号通路
蛋白激酶与磷酸酶
+ PPP inhibitor
Western blot analysis of whole cell lysates of Jurkat cells, with 0.1M calyculin A for 20 minutes prior to lysis, using Phospho-Thr antibody.
蛋白质磷酸酶
丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶 (PP1, PP2A)； 酪氨酸蛋白磷酸酶 (PTP1B)； 双特异性蛋白磷酸酶 (DUSP1)； 脂质磷酸酶 (PTEN, SHIP)。
Ser/Thr与Tyr蛋白磷酸酶
Ser/Thr磷酸酶 (PP1)
催化机制：
含有双核的金属离子中心； 通过水分子来进行亲核攻击； 磷酸基团不转移到磷酸酶上， 是一步催化反应。 没有金属离子的参与； 通过催化结构域的半胱氨酸残基进 行亲核攻击； 形成磷酸基-酶中间体，是二步催 化反应。
人类的激酶组包括518蛋白激酶基因 约占人类基因总数的1.7% 其中218个基因与人类疾病的发生发展密切相关
约30个基因是肿瘤抑制基因
约100个为原癌基因 ~30%的蛋白质可以发生磷酸化修饰
蛋白激酶的结构
激酶结构域（Kinase domain） 调节结构域（Regulatory domain） 靶向性结构域（Targeting domain）
蛋白激酶与磷酸酶
病理生理学教研室
蛋白质翻译后修饰
Post-translational modifications (PTMs)
磷酸化修饰（Phosphorylation ） 糖基化修饰（Glycosylation ） 泛素化修饰（Ubiquitination ） 乙酰化修饰（Acetylation ） 甲基化修饰（Methylation ）
受体二聚体化与激酶的激活
胰岛素受体
Binding of insulin to the alpha subunits causes the beta subunits to phosphorylate themselves (autophosphorylation), thus activating the catalytic activity of the receptor.
蛋白激酶的分类
酪氨酸蛋白激酶
受体激酶 (EGFR,FGFR,PDGFR) 非受体激酶 (JAK,Src,Abl)
丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶 (PKC,MAPK,Plk,Rho Kinases) 双特异性蛋白激酶 (MAPKK) 磷酯酰肌醇激酶 ( PI3K)
受体酪氨酸激酶（RTK）
受体酪氨酸激酶包括大多数生长因子的受体，参与了 细胞的多种生命活动如细胞的生长、细胞形态与细胞 周期调控、基因的转录与细胞凋亡等； RTKs通常是含有单次跨膜结构域的单体蛋白分子，与 配基结合后发生二聚体化，使细胞内的结构域靠近， 通过自磷酸化而激活； 该家族受体的激活与许多原癌基因的活化密切相关。
EEVAS*EPEEAAS*PTTPK y1-y5, M y6-y12, M+80 y13-y17,M+160
磷酸化蛋白质组（Phosphoproteome）
IMAC: Immobilized Metal Affinity Chromatography 固定化 金属离子亲和性层析法 SIMAC: sequential elution from IMAC 从IMAC顺序洗脱
Tyr磷酸酶 (PTP, DUSP1)
结构上：
数量有限的催化亚基与众多调 节亚基配对。
多基因家族，在单一磷酸酶中同时 含有催化与调节结构域。
Ser/Thr蛋白磷酸酶催化模式图
Fe H O Zn
O
O
P
O
O-Ser-substrate
H-His
PP2A磷酸酶的多样性与复杂性
翻译后修饰对磷酸酶功能的调控作用
MAPKKK
MAPKK
MEK1/2
MKK3/6
MKK4/7
MEK5
MAPK
ERK1/2
p38 MAPK
JNK1,2,3
ERK5/BMK1
Biological responses
Growth, Differentiation, Development
Inflammation, Apoptosis, Growth, Differentiation
蛋白激酶与磷酸酶
Protein Kinase
Protein OH + ATP Protein O O P O Pi H2O O + ADP
Protein Phosphatase
蛋白激酶将ATP末端的磷酸基团转移到蛋白质侧 链的羟基上； 磷酸酶催化蛋白质侧链上磷酸基团的水解。
Human Kinome
2 Active protein kinase 1 transfers a phosphate from ATP to an inactive molecule of protein kinase 2, thus activating this second kinase.
Active protein kinase 2 ATP ADP Pi PP Inactive protein Active protein kinase 3 ATP ADP P i PP Active protein P P
Growth, Differentiation, Development
磷酸酶的信号级联反应
14-3-3
14-3-3 S287 T138 S287 T138
During interphase, Cdc25 is held inactive via by inhibitory phosphorylation at Ser287 and 14-3-3 binding. Likewise, PP2A/B56δ maintains Thr138 in the dephosphorylated state. At the G2/M transition, Cdc25 is activated in a stepwise fashion. First, Cdk2 phosphorylates Thr138 which triggers the release of 14-3-3. Phosphorylated keratin intermediate filaments assist in 14-3-3 removal from Cdc25 and Plx1 may also play a role in this process. Exposed Ser287 is then readily dephosphorylated by PP1, inducing the activation and nuclear translocation of Cdc25 and dephosphorylation of Cdc2. Once activated, Cdc2/Cyclin B phosphorylates multiple sites on Cdc25, enhancing its activity and preventing inactivation. Cdc2/Cyclin B may also activate the MAP kinase cascade which can phosphorylate Cdc25 in a parallel positive feedback loop.
4 Finally, active protein kinase 3 phosphorylates a protein (pink) that brings about the cell’s response to the signal.
P Cellular response
MAPK信号级联反应
Stimulus
6：磷酸化修饰可诱导其下游的促凋亡蛋白基因如p53AIP1 等的表达；
S392: UV诱导其磷酸化修饰，其功能与抑制UV诱导的皮肤癌 密切相关。
蛋白质的磷酸化修饰分析
生物质谱分析蛋白质的磷酸化修饰
生物质谱分析蛋白质的磷酸化修饰
EEVASEPEEAASPTTPK y1-y17, M
EEVAS*EPEEAASPTTPK y1-y12, M y13-y17,M+80
位点特异性的磷酸化修饰
p53:
Kinase: ATM, ATR, DNAPK, CK1, CK2, Chk1, Chk2, etc.
T55/S376:在正常细胞中发生磷酸化修饰，但在受到应激刺激 时发生去磷酸化；
S15/S20: 磷酸化修饰降低其与Hdm2的结合，并促进与转录 共刺激分子的结合，但它们在细胞中的功能是冗余的；
Growth factors, Mitogen, GPCR Raf, Mos, Tpl2
Stress, GPCR, Inflammatory cytokines, Growth factors
MLK3, TAK, DLK MEKK1, 4, MLK3, ASK1
Stress, Growth factors, Mitogen, GPCR MEKK2, 3, Tpl2
3 Active protein kinase 2 then catalyzes the phosphorylation (and activation) of protein kinase 3.