第七章 蛋白质翻译后修饰与加工
分子生物学第七章原核生物基因表达调控
原核生物基因表达调控的特点
01
原核生物基因表达调控通常由特 定的转录因子、RNA聚合酶以及 其他调控蛋白介导，通过与DNA 的结合或解离来调节基因转录。
02
原核生物基因表达调控具有快速 响应环境变化的特点，能够在短 时间内调整基因表达模式，以适 应外界刺激和压力。
翻译后加工的调控
翻译后加工的调控
在翻译后加工阶段，新合成的蛋白质经过一系列修饰和加工，最终成为具有生物学活性的蛋白质。原 核生物通过控制翻译后加工酶的合成和活性来调控翻译后加工过程。此外，原核生物还可以通过控制 蛋白质的稳定性来影响其功能和表达水平。
总结
翻译后加工是基因表达调控的重要环节，原核生物通过控制翻译后加工酶的合成和活性，以及蛋白质 的稳定性来精细调控基因表达。
翻译延伸的调控
翻译延伸的调控
在翻译延伸阶段，核糖体沿着mRNA移动，将氨基酸组装成蛋白质。原核生物通过控制翻译延伸因子的合成和活 性，以及核糖体的合成和组装来调控翻译延伸。此外，原核生物还可以通过控制mRNA的结构和稳定性来影响翻 译延伸。
总结
翻译延伸是基因表达调控的重要环节，原核生物通过控制翻译延伸因子的合成和活性，以及核糖体的合成和组装， 以及mRNA的结构和稳定性来精细调控基因表达。
翻译起始的调控
原核生物通过控制翻译起始来调控基因表达。在翻译起始阶段， mRNA与核糖体结合，招募翻译所需的起始因子和其他成分。原 核生物通过控制起始因子的合成和活性，以及mRNA与核糖体的 结合来调控翻译起始。
总结
翻译起始是基因表达调控的重要环节，原核生物通过控制翻译起 始因子的合成和活性，以及mRNA与核糖体的结合来精细调控基 因表达。
蛋白质翻译后修饰
细胞应激反应
在应激条件下，如氧化应激和DNA损伤， 蛋白质翻译后修饰可以调控应激反应相关蛋 白的活性和功能，从而影响细胞的生存和凋
亡。
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泛素化作用
泛素化可以影响靶蛋白的稳定性、定位、活性以及与其他蛋白质的相互作用，从 而调控细胞内的多种生物学过程，如细胞周期、信号转导和自噬等。
泛素化可以标记受损或不需要的蛋白质，引导其被蛋白酶体降解，从而维持细胞 内蛋白质的平衡。
泛素化调控
泛素化过程受到严格的调控，涉及多种酶的协同作用。这些酶包括E1（泛素活化酶）、 E2（泛素结合酶）和E3（泛素连接酶）。
E3酶在泛素化过程中起着关键作用，它能够识别并结合特定的靶蛋白，将泛素分子准 确地连接到靶蛋白上。
此外，去泛素化酶能够逆转泛素化过程，去除已经结合在靶蛋白上的泛素分子，从而对 泛素化进行动态调控。
05
其他翻译后修饰
乙酰化
总结词
乙酰化是一种常见的蛋白质翻译后修饰，通过将乙酰基团连接到蛋白质的特定氨基酸残基上，可以调节蛋白质的 活性和功能。
翻译后修饰可以影响蛋白质的稳定性 ，通过增加或减少蛋白质的降解速率 ，从而影响细胞内蛋白质的水平和功 能。
蛋白质降解
某些翻译后修饰，如泛素化，可以标 记蛋白质进行降解，通过蛋白酶体途 径降解蛋白质，维持细胞内蛋白质的 动态平衡。
蛋白质功能调控
酶活性调节
亚细胞定位
许多蛋白质在翻译后被修饰以改变其酶活性， 例如，磷酸化可以激活或抑制酶的活性，从 而调控代谢过程和信号转导。
03
疾病与磷酸化
许多人类疾病与蛋白质磷酸化的异常有关。例如，一些癌症和神经退行
性疾病的发生与特定蛋白质的异常磷酸化有关。因此，对蛋白质磷酸化
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1.3 核糖体（ribosome）与核糖体rRNA
核糖体是rRNA 与几十种蛋白质的复合体，有大、小两个亚基构成。含有 合成蛋白质多肽链所必需的酶、起始因子（IF）、延伸因子（EF）、释放 因子（RF）等。
原核的核糖体（70S）= 30S小亚基 + 50S大亚基 30S小亚基: 16S rRNA + 21种蛋白质 50S大亚基: 23S，5SrRNA + 34种蛋白质
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tRNA的结构—“四环一臂”
倒L形的三级结构
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tRNA的功能是解读mRNA上的密码子和搬运氨基酸。 tRNA上至少有4 个位点与多肽链合成有关：即3’CCA氨基酸接受位
点、氨基酰-tRNA合成酶识别位点、核糖体识别位点和反密码子位点。 每一个氨基酸有其相应的tRNA携带, 氨基酸的羧基与tRNA的 3’
反应如下：
A A t R N A A T P 氨 酰 基 - t R N A 合 成 酶 A A - t R N A A M P P P i
氨基酸的羧基与tRNA 的3’端CCA-OH 以酯键相连，因此其氨基是自 由的。
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tRNAfmet fMet-tRNA合成酶
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分泌型蛋白质在翻译过程中通过信号肽协助转入内质网的机制
信号肽（signal peptide）是在新生的多肽链中，可被细胞识别系统识别的 特征性氨基酸序列，在蛋白质翻译过程中或翻译后的定位发挥引导的作用。
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本章结束
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氨酰基tRNA进入A位
新的氨基酸-tRNA的进位依赖Tu-Ts因子和GTP的协助
蛋白质翻译后修饰与加工
VS
信号转导
在信号转导过程中，蛋白质的翻译后修饰 可以影响蛋白质与其他信号分子或受体的 结合，从而调控信号转导通路的激活或抑 制。
蛋白质构象变化
构象变化
某些蛋白质在翻译后经过特定的化学修饰， 如磷酸化、乙酰化等，这些修饰可以改变蛋 白质的构象，从而影响蛋白质的功能。
结构域运动
蛋白质的结构域之间可以发生相对运动，这 种运动可以影响蛋白质与其他分子的结合或 构象变化，从而调控蛋白质的功能。
糖基化
总结词
糖基化是一种在蛋白质翻译后发生的修饰，通过将糖链连接到蛋白质的特定氨基酸残基上，影响蛋白质的结构和 功能。
详细描述
糖基化分为两种类型：N-糖基化和O-糖基化。N-糖基化发生在新生蛋白的N-端，而O-糖基化发生在丝氨酸或苏 氨酸残基上。糖基化可以影响蛋白质的稳定性、分泌和细胞间的相互作用，参与多种生物学过程，如细胞识别、 信号转导和免疫应答等。溶酶体途径Fra bibliotek溶酶体
是一种细胞器，内部含有多种水解酶，能够分解各种生物大分子。
溶酶体途径
是指通过溶酶体降解细胞内物质的过程。
04
蛋白质定位与转运
核定位信号
01
02
03
04
核定位信号（NLS）
是一种特殊的氨基酸序列，能 够引导蛋白质进入细胞核。
核输出信号（NES）
存在于某些蛋白质中，能够将 蛋白质从细胞核输出到细胞质 。
酶的激活
某些蛋白质在翻译后经过特定的化学 修饰，如磷酸化、乙酰化或甲基化等， 这些修饰可以改变酶的构象或电荷分 布，从而激活酶的活性。
酶的失活
某些蛋白质经过特定的化学修饰后， 如泛素化或糖基化等，会导致酶的活 性降低或完全失活，从而调控蛋白质 的降解或功能。
蛋白质折叠和翻译后修饰的机制
蛋白质折叠和翻译后修饰的机制生命的奥秘来源于无处不在的化学反应和相互作用。
而在细胞内，则有许多复杂的生化过程在进行。
其中，蛋白质的折叠和翻译后修饰过程是细胞生命活动中至关重要的一环。
本文将从基础知识的介绍开始，逐步深入，探讨蛋白质折叠和翻译后修饰的机制。
一、蛋白质的基本结构蛋白质是植物、动物、微生物等生物体中最常见的生物分子之一，它在机体中扮演着多种生理功能。
蛋白质的基本结构是由氨基酸分子组装而成的，它是由数千个甚至数万个氨基酸残基有序排列连接成长链的大分子。
总体来说，蛋白质分子可以分为四个层次，分别为：一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
蛋白质的一级结构是相邻氨基酸之间的共价结合，即聚肽键所形成的多肽链。
根据氨基酸种类和数量的不同，蛋白质的一级结构会有所不同。
例如，当蛋白质由20种不同的氨基酸排列而成时，其可能的一级结构就有20^n种，其中n为氨基酸数目。
因此，蛋白质的一级结构决定了蛋白质的特异性和功能。
而蛋白质的二级结构则是由相邻氨基酸残基之间的氢键和非共价作用力所形成的二维结构。
主要有α-螺旋，β-折叠和β-转角等。
蛋白质的二级结构可以弯曲、环状、β-折叠叠层等多种形式。
蛋白质的三级结构是由相邻氨基酸残基之间的非共价作用力所形成的空间构象，主要是大分子的折叠和卷曲。
这一层次的形成需要蛋白质在水溶液中快速扭曲、折叠而成，其中的非共价作用力如氢键，疏水作用，静电作用和范德瓦尔斯力等起着至关重要的作用。
最后，蛋白质的四级结构则是由不同的蛋白质链所形成的结构，它是不同蛋白质链之间的空间构象通过相互作用而形成的。
最常见的四级结构蛋白质是由四个相同的多肽链组成的四聚体或者两个不同多肽链组成的二聚体。
二、蛋白质折叠的基本规律蛋白质的折叠是指在水溶液中，无序的氨基酸链迅速向着了结构化的方向变形，并组合成复杂的三维结构。
蛋白质在自然条件下的折叠过程自由能达到了最小值，并且遵循稳定性、可逆性和速度等原则。
蛋白翻译后修饰综述
蛋白翻译后修饰综述蛋白质翻译后修饰 (Protein translational modifications,PTMs) 通过功能基团或蛋白质的共价添加、调节亚基的蛋白水解切割或整个蛋白质的降解来增加蛋白质组的功能多样性。
三羧酸循环是葡萄糖在线粒体代谢的一个重要环节。
葡萄糖产生的乙酰辅酶A进入三羧酸循环，产生大量还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide，NADH）和还原型黄素腺嘌呤二核苷酸（reduced flavin adenine dinucleotide，FADH2），为呼吸链提供电子，推动氧化磷酸化反应合成三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）。
三羧酸循环有8个关键催化酶，它们的催化活性均受翻译后修饰的调节。
（一）乙酰化及琥珀酰化在调节三羧酸循环中，乙酰化的作用以抑制为主，而琥珀酰化以激活为主。
琥珀酸脱氢酶（succinate dehydrogenase，SDH）是三羧酸循环关键酶之一，位于线粒体内膜。
由A和B两个亚基组成。
SDH催化琥珀酸转为富马酸，并且产生FADH2。
A亚基（SDHA）活性既受乙酰化调节也受琥珀酰化调节，而两种修饰作用相反：乙酰化抑制该亚基活性，去乙酰化后该亚基活性提高[13]。
动物模型研究发现，胚胎期母亲低蛋白饮食可增加出生后肥胖及T2DM发生率，机制是SIRT3表达减少，增加SDH 乙酰化状态，降低SDH活性[14]。
柠檬酸合酶和异柠檬酸脱氢酶2（isocitrate dehydrogenase 2，IDH2）的催化活性也受乙酰化抑制[15,16]。
但是，乙酰化修饰也可增加三羧酸循环中某些酶的活性，如苹果酸脱氢酶（malate dehydrogenase，MDH）和顺乌头酸酶[16,17]。
与乙酰化修饰的作用相反，琥珀酰化增加SDH活性[13]，但抑制IDH2的活性[18]。
蛋白质的翻译后修饰
蛋白质的翻译后修饰蛋白质是生物体内最为重要的分子之一，其功能与结构多种多样，而这些功能与结构的多样性与蛋白质的翻译后修饰密切相关。
在蛋白质翻译过程结束后，细胞内往往还需要对蛋白质进行进一步的后修饰，以实现其功能的发挥。
这些后修饰包括糖基化、磷酸化、乙酰化等，它们能够调节蛋白质的结构与功能，从而对细胞的生理过程发挥重要作用。
一、糖基化修饰糖基化修饰是指在蛋白质分子上附加糖基的过程。
这种修饰可以发生在蛋白质的Asn残基上，形成N-糖基化，也可以发生在蛋白质的Ser或Thr残基上，形成O-糖基化。
糖基化修饰能够调节蛋白质的稳定性、可溶性和定位，还可以影响蛋白质与其他分子的相互作用。
例如，MUC1蛋白质的糖基化修饰在肿瘤细胞的侵袭和转移中起到重要的调节作用。
二、磷酸化修饰磷酸化修饰是指在蛋白质分子上附加磷酸基团的过程。
磷酸化修饰通过蛋白激酶的作用来实现，它能够调节蛋白质的活性、稳定性和相互作用，影响蛋白质的信号传导、细胞周期和调控等生理过程。
例如，磷酸化修饰能够激活转录因子NF-κB，参与细胞对炎症和免疫反应的应答。
三、乙酰化修饰乙酰化修饰是指在蛋白质分子上附加乙酰基的过程。
这种修饰通常发生在蛋白质的赖氨酸残基上，通过乙酰转移酶来实现。
乙酰化修饰能够调节蛋白质的稳定性、DNA结合能力和转录调控活性，对细胞发育、增殖和分化等过程具有重要作用。
例如，乙酰化修饰通过调控组蛋白交换和染色质结构的紧凑性，影响基因的表达。
四、其他修饰形式除了糖基化、磷酸化和乙酰化修饰外，蛋白质的翻译后修饰还包括甲基化、泛素化、酰化等多种形式。
这些修饰过程能够进一步改变蛋白质的结构与功能，从而参与调控细胞内的生物学过程。
例如，泛素化修饰能够调节蛋白质的降解和稳定性，参与细胞凋亡和细胞周期控制。
总结蛋白质的翻译后修饰是细胞内多种生物学过程的关键环节，它能够调节蛋白质的结构与功能，从而对细胞的生理过程发挥重要作用。
糖基化、磷酸化、乙酰化以及其他形式的修饰能够改变蛋白质的特性，对细胞信号传导、基因表达和细胞周期等起到调控作用。
蛋白质的翻译和翻译后修饰
蛋白质的翻译和翻译后修饰生命是由许许多多的分子组成的，而蛋白质是其中最为重要的一种。
蛋白质是由一串氨基酸组成的长链，这一长链需要经过翻译才能够转化为具有生物学功能的分子。
蛋白质的翻译和翻译后修饰是生命过程中最为重要的一环。
一、蛋白质的翻译大多数蛋白质翻译是在细胞的核内进行的，当DNA信息需要被转录成RNA信息时，核糖核酸（RNA）由RNA聚合酶开始合成。
生物体内细胞所合成的蛋白质大多是由核内DNA转录所得到的信息指令，它们之间的转化是通过RNA来实现的。
RNA只能单链存在，而DNA是双链的，因此DNA需要转录为RNA。
RNA与DNA之间的差别在于它们的碱基和糖分子不同，RNA的糖分子是核糖糖，而DNA的糖分子是脱氧核糖糖。
RNA分为mRNA、tRNA、rRNA三种类型。
其中，mRNA是单链的，又称为信使RNA，它携带着从DNA中转录来的信息，将这些信息传递到细胞质中的核糖体。
tRNA是转运RNA，它具有一定的三维结构，能够识别对应的氨基酸并将其运输到正在合成蛋白质的核糖体处。
rRNA是核糖体RNA，是组成核糖体的重要组成部分。
mRNA的翻译是通过核糖体完成的。
核糖体是由rRNA和蛋白质组成的复合物，每个核糖体可以同时合成一条蛋白质链。
当mRNA被核糖体识别后，它将被解码以便识别并对应一个氨基酸，这一过程是由tRNA完成的。
tRNA上有一个“反密码子”，它与mRNA相对应的“密码子”匹配，从而指示该tRNA上的氨基酸在蛋白质链的什么位置插入。
每次合成一个氨基酸后，核糖体会相对移动一个密码子，并等待下一个tRNA的到来。
这样反复进行直到整个蛋白质链合成完成。
在蛋白质链合成的过程中，核糖体会自动将一条完整的蛋白质链连在一起。
经过长时间的重复，整个蛋白质链就被合成出来了。
二、蛋白质翻译后修饰在蛋白质合成完成后，蛋白质还需要一些修饰才能够发挥其生物学功能。
蛋白质的修饰分为多种类型，包括切割、糖基化、磷酸化、酰化等，都是通过进一步地化学反应来修改已合成的蛋白质分子结构。
蛋白质翻译后修饰与功能调控机制
蛋白质翻译后修饰与功能调控机制蛋白质是生物体中最重要的分子之一，具有多种生物学功能。
然而，蛋白质在合成后并不是最终的活性形式，常常需要通过一系列的修饰过程来调节其结构和功能。
这些后修饰事件可以改变蛋白质的稳定性、局域性以及相互作用能力，从而调控细胞内信号传导、代谢途径、细胞结构和功能等生物学过程。
一、磷酸化修饰磷酸化是最常见的蛋白质后修饰方式之一。
这个修饰过程通过添加磷酸基团到特定的蛋白质残基上，通常通过激酶酶催化反应完成。
磷酸化修饰可用于激活或抑制蛋白质的功能，也可以影响它们的稳定性、互作能力和局域性。
二、甲基化修饰甲基化修饰通常通过甲基转移酶将甲基基团添加到蛋白质的氨基酸残基上。
这种修饰可以改变蛋白质的电荷状态、空间构象和稳定性。
甲基化修饰对于调控蛋白质的转录活性、DNA结合能力、蛋白质-蛋白质相互作用具有重要作用。
三、糖基化修饰糖基化是一种广泛存在于动植物蛋白质上的修饰方式。
这一修饰过程通常涉及糖基转移酶将糖基团附加到特定的蛋白质残基上。
糖基化修饰可以影响蛋白质的稳定性、折叠状态以及相互作用能力。
此外，糖基化修饰还可以作为蛋白质在细胞内的定位信号，参与细胞信号传导和互作等生物学过程。
四、乙酰化修饰乙酰化修饰是通过乙酰化酶将乙酰基团添加到蛋白质的氨基酸残基上。
这种修饰方式通常发生在赖氨酸残基上，并可改变蛋白质的电荷状态和折叠构象。
乙酰化修饰对于调控染色质结构、DNA修复和转录调控等生物学过程具有重要作用。
五、泛素化修饰泛素化是一种通过调控蛋白质的降解和功能的重要机制。
这种修饰方式涉及到泛素连接酶系统在蛋白质上附加泛素分子。
泛素化修饰可作为蛋白质降解的信号，参与调控细胞周期、DNA修复、蛋白质合成等生物学过程。
六、其他修饰方式除了上述提及的修饰方式外，蛋白质还可以通过糖酵素化修饰、硝化修饰、戊二酰化修饰等其他修饰方式调控其结构和功能。
这些修饰方式的存在丰富了蛋白质修饰的多样性，使得蛋白质能够更加精确地参与细胞内的生物学过程。
蛋白质的翻译后修饰和调控
蛋白质的翻译后修饰和调控蛋白质是生命活动中最为重要的分子之一，它们既可以是细胞的结构组成，也可以作为代谢酶、激素、调节因子等生物分子的重要载体。
蛋白质的结构和功能不仅与其天然的氨基酸序列有关，还与其经过多种酶催化的修饰过程密切相关。
这些修饰包括：翻译后修饰、翻译后超表达、裂解和脱附等。
本文将重点探讨蛋白质的翻译后修饰和调控。
一、蛋白质翻译后修饰敲蛋白质的翻译过程通常被认为是从N-到C-端，从氨基基团到羧基，由核酸和翻译机械制成。
生物细胞内的合成蛋白质，则需要进行多种酶的修饰，以使其最终呈现出所要求的生物活性和三维结构。
1. 磷酸化磷酸化是蛋白质修饰的最为普遍的一种方式，通常是由一些酪氨酸或苏氨酸上的酸性侧链上结合的磷酸基所完成。
磷酸化可以使蛋白质结构和荷电特性发生改变，进而影响蛋白质的结合和催化活性。
2. 糖基化蛋白质上的糖基化通常是由一种糖基转移酶催化的，常见的糖基包括N-糖基、O-糖基和C-糖基等。
这些糖基化行为通常可以增强蛋白质的稳定性和生物学活性，还可以改变蛋白质的质量和凝聚性质。
3. 甲基化和乙酰化蛋白质上还经常会发生一些特定结构上的编辑修饰，如甲基化和乙酰化等。
这些修饰可以影响某些细胞稳定性和外界刺激对蛋白质的响应。
二、蛋白质翻译后调控蛋白质合成不仅受制于基因表达水平和翻译效率，还受到各种内部和外部因素的调控。
下面分别分析各种调控因素。
1.蛋白酶降解蛋白质的稳定性一般由蛋白酶进行去催化。
当细胞感觉到一定的环境刺激，如氧化应激或低钙离子等，在一个较短的时间内，通常会发生蛋白酶催化或蛋白利氧化等情况。
2.磷酸酶反应蛋白质的翻译后编辑修饰中，蛋白酶对蛋白质的磷酸化处于一种动态调控周期。
在细胞中，有一类蛋白质酶能够催化磷酸化的去除，并且有很好的选择性。
这意味着当细胞需要调节某些类型蛋白质的磷酸化状态时，通过控制这些蛋白质磷酸酶反应来实现。
3.转录因子转录因子是一些能够识别DNA序列的特异性蛋白质，它们可以促进或阻止基因的转录。
蛋白质翻译后修饰与蛋白质分解代谢之间的联系
蛋白质翻译后修饰与蛋白质分解代谢之间的联系蛋白质是构成生物体内众多重要分子的基石。
在细胞内，蛋白质合成通常分为两个步骤，即转录和翻译。
转录通过RNA分子从DNA模板上复制出蛋白质的编码信息，翻译则将这些信息翻译成氨基酸序列，并将其组装到一起形成一个完整的蛋白质分子。
但是，蛋白质合成并不是结束了整个过程。
在蛋白质翻译后，蛋白质会经过一定的修饰过程，从而改变其功能和稳定性。
同时，蛋白质也会被分解代谢掉，以维持细胞内的平衡。
本文将探讨蛋白质翻译后修饰与蛋白质分解代谢之间的联系。
1. 翻译后修饰是什么？在蛋白质翻译完成之后，蛋白质通常会被一系列修饰作用影响。
这些修饰作用包括但不限于磷酸化、甲基化、糖基化、乙酰化、脱氨基化等。
这些修饰作用会改变蛋白质的结构、功能和稳定性，进而影响细胞中的许多生物学过程。
例如，磷酸化是一种重要的蛋白质修饰，它能够改变蛋白质的电荷性质，调节蛋白质的酶活性、蛋白质与其他分子的相互作用等一系列生理功能。
乙酰化是另一种常见的蛋白质修饰，它通过在蛋白质上加入乙酰基，调节蛋白质的功能和稳定性，包括对DNA修复、转录和基因表达的调节等。
2. 蛋白质修饰与蛋白质分解的联系虽然蛋白质修饰对生物过程产生了极为重要的影响，但是蛋白质也会被分解代谢掉，以维持细胞内的平衡。
蛋白质分解通常会通过两个不同的机制进行，即泛素化依赖性的蛋白质降解和独立于泛素化的蛋白质降解。
泛素化依赖性的蛋白质降解是指蛋白质被泛素附加到其分子上面，从而使其被降解的过程。
而独立于泛素化的蛋白质降解则是指蛋白质在没有泛素化标记的情况下被分解。
蛋白质修饰与蛋白质分解之间有着密切的联系。
一方面，蛋白质修饰可以调节蛋白质的转录水平和酶活性等生理过程，进而影响蛋白质的分解代谢。
例如，磷酸化是一种常见的蛋白质修饰，在一些情况下能够减缓蛋白质的降解速度。
另一方面，蛋白质分解也可以影响蛋白质修饰的过程。
一些分解酶如蛋白酶体和脂酰化酶参与了一些蛋白质修饰的过程，这些过程需要将修饰蛋白质分解成氨基酸序列并再生后续的修饰作用。
蛋白翻译后修饰
蛋白翻译后修饰的重要性
蛋白翻译后修饰是蛋白质功能多样化和动态调 控的重要机制，可以影响蛋白质的活性、稳定 性、定位和与其他蛋白质的相互作用。
蛋白翻译后修饰在细胞信号转导、细胞周期调 控、细胞分化、肿瘤发生等多种生物学过程中 发挥重要作用。
磷酸化与信号转导
磷酸化
磷酸化是一种常见的蛋白翻译后修饰，通过将磷酸基团添加到蛋白质上，可以调节蛋白质的活性和功 能。磷酸化在信号转导过程中起着至关重要的作用，可以影响蛋白质之间的相互作用和细胞内的信号 传递。
信号转导
信号转导是指细胞对外界信号的响应和内部信号的传递过程。磷酸化可以调节蛋白质的活性，从而影 响细胞内的信号转导过程，参与细胞生长、分化、代谢和凋亡等多种生物学过程。
抗体特异性检测
总结词
抗体特异性检测是确保所使用抗体能 够特异性识别目标蛋白及其翻译后修 饰的重要手段。
详细描述
抗体特异性检测主要包括Western blot、免疫荧光染色和ELISA等方法。 通过这些方法，可以检测抗体的特异 性、灵敏度和交叉反应情况，确保抗 体的可靠性。
05
蛋白翻译后修饰与疾病的关系
甲基化改变与遗传性疾病
总结词
蛋白质甲基化是一种重要的翻译后修饰，与遗传性疾 病的发生和发展密切相关。
详细描述
甲基化改变会导致基因表达的异常调控，进而引发威 廉姆斯综合征、唐氏综合征和囊性纤维化等遗传性疾 病。
糖基化异常与免疫疾病
总结词
糖基化是一种重要的蛋白质翻译后修饰，与免疫疾病 的发生和发展密切相关。
未来研究方向和挑战
• 尽管对蛋白翻译后修饰的研究已经取得了一些重要进展，但仍有许多修饰类型 和相关酶缺乏深入了解。未来需要进一步探索这些未知领域，以全面揭示蛋白 翻译后修饰的多样性和复杂性。
蛋白质的翻译和翻译后修饰
蛋白质的翻译和翻译后修饰蛋白质是细胞中最基本的生物大分子，参与了生物体内几乎所有的生命活动。
蛋白质的合成涉及到翻译过程和翻译后修饰两个主要步骤。
一、蛋白质的翻译蛋白质的翻译是指将mRNA上的遗传信息转化为氨基酸序列的过程。
这一过程主要发生在细胞质中的核糖体上。
1. 启动子与小核仁RNA（rRNA）的结合：翻译开始前，mRNA的5'端结合到核糖体小亚基上的小核仁RNA，形成启动复合体。
这一步骤确保正确的起始点和适当的翻译框架。
2. 外显子剪接和核糖体扫描：mRNA经过剪接后，转录内含子被去除，形成成熟的mRNA转录本。
核糖体扫描该mRNA，寻找起始密码子(AUG)，确定翻译开始位置。
3. 起始复合物形成：核糖体识别起始密码子并与亚单位Met-tRNAiMet结合，形成起始复合物。
这一复合物包含大、小核糖体亚基以及tRNAiMet。
4. 转移rna（tRNA）结合：核糖体在mRNA上滑动，直到识别到一个新的密码子。
合适的tRNA通过抗密码子与mRNA上的密码子配对，保证正确的氨基酸被加入到蛋白质链上。
5. 肽键形成和elongation：肽键的形成是翻译的关键步骤，它由蛋白合成酶催化，将新到达的氨基酸与蛋白质链上的上一氨基酸连接起来。
步骤重复进行，直到到达终止密码子。
6. 翻译终止：终止密码子标志着蛋白质链的结束。
在终止密码子到达时，核糖体与复合物解离，蛋白质链被释放，并经过后续的修饰和折叠。
二、蛋白质的翻译后修饰蛋白质翻译后经历一系列修饰过程，使其成为活性蛋白质并能够履行其功能。
1. 氨基酸修饰：氨基酸修饰包括磷酸化、甲基化和乙酰化等。
这些修饰可以改变蛋白质的稳定性、活性以及与其他分子的相互作用。
2. 糖基化修饰：糖基化修饰是将糖基添加到蛋白质上，形成糖蛋白。
糖蛋白在细胞识别、细胞黏附和信号传导等过程中起着重要作用。
3. 蛋白质折叠：翻译后的蛋白质链通常处于未折叠的状态，需要经过蛋白质折叠过程才能形成稳定的三维结构。
蛋白质的翻译后修饰和质量控制研究蛋白质发生突变的机制
蛋白质的翻译后修饰和质量控制研究蛋白质发生突变的机制蛋白质的翻译后修饰和质量控制研究——蛋白质发生突变的机制蛋白质是生物体内最为重要的分子之一，它们在维持生命活动、参与代谢过程以及调控细胞功能方面发挥着重要的作用。
然而，在蛋白质合成的过程中，极少数情况下会发生突变现象，这可能导致蛋白质的功能异常、稳定性下降甚至失去生物活性。
为了维护细胞内正常的蛋白质水平和功能，细胞内存在着一套严格的翻译后修饰和质量控制机制，它们能够识别和修复突变蛋白质的问题，保证其正常功能。
本文将重点探讨蛋白质发生突变的机制以及细胞中用于修饰和质量控制的相关机制。
一、蛋白质突变的机制蛋白质发生突变的机制多种多样，常见的包括基因突变、蛋白质拷贝数变异以及蛋白质后转录修饰异常等。
基因突变是指DNA序列发生改变，进而导致蛋白质编码信息发生错误。
这种突变可以是点突变、插入突变、缺失突变等多种形式，常见于遗传性疾病的发病机制中。
另外，蛋白质拷贝数变异也是一种常见的突变机制，它会影响到蛋白质在细胞中的表达水平。
最后，蛋白质后转录修饰异常是指在蛋白质翻译过程中，由于修饰酶的异常活性或翻译后修饰途径的异常，导致蛋白质的修饰状态发生改变。
二、蛋白质的翻译后修饰翻译后修饰是指蛋白质合成完成后，进一步在蛋白质分子上进行的修饰过程。
这些修饰通常可以改变蛋白质分子的结构与功能，使其更适应细胞内的生理需求。
常见的翻译后修饰包括磷酸化、乙酰化、甲基化、泛素化等。
1. 磷酸化磷酸化是一种常见的蛋白质翻译后修饰方式，它通过添加磷酸基团改变蛋白质的电荷分布和空间构象，从而影响蛋白质的结构与功能。
磷酸化修饰可以使蛋白质进行结构变化，从而影响其在细胞内的定位、相互作用等。
例如，磷酸化可以调控受体激酶的活性，进而参与信号转导网络的调控。
2. 乙酰化乙酰化是指在蛋白质分子上添加乙酰基团的修饰方式，它可以通过改变蛋白质的电荷分布和空间构象，影响蛋白质的结构与功能。
乙酰化修饰常见于组蛋白，它可以调控染色质的结构和功能，进而影响基因的表达。
蛋白质翻译后修饰
Chapter VChapter VPost‐translational ModificationOf ProteinsOne gene more proteinsOne gene, more proteins•蛋白质翻译后修饰（PTM）是指蛋白质在翻译中或翻译后经历的个共价加工过程，即通过1个或几个氨基酸残基加上修饰的一个基团或通过蛋白质水解剪去基团而改变蛋白质的性质。
•从定义的角度，可以如下理解蛋白质翻译后修饰：1. 对某氨基酸的修饰包括共价连接简单的官能团（如乙酰基或磷酸基）1对某一氨基酸的修饰包括和引入一些复杂结构，如脂类和糖类。
2. 将已经结束翻译的转录本产物切割成成熟的形式，如信号肽或活性肽的加工等。
3. 氨基酸的交联，如丝氨酸和酪氨酸。
•可以说，蛋白质组中任一蛋白质都能在翻译时或翻译后进行修饰。
不同类型的修饰都会影响蛋白质的电荷状态、疏水性、构饰不同类型的修饰都会影响蛋白质的象和（或）稳定性，最终影响其功能。
•诸多实例表明蛋白质的修饰都采取一种可逆模式‐“开”或“关”的状态行或者调节蛋白质的功能或者作为个真实的分的状态进行，或者调节蛋白质的功能，或者作为一个真实的分子开关。
•目前已发现300多种不同的翻译后修饰，主要形式包括磷酸化、糖基化、乙酰化、泛素化、羧基化、核糖基化以及二硫键的配对等。
等•加入官能团乙酰化—通常于蛋白质的N末端加入乙酰。
磷酸化—加入磷酸根至Ser、Tyr、Thr或His。
糖化—将糖基加入Asn、羟离氨酸、Ser或Thr，形成糖蛋白。
烷基化加入如甲基或乙基等烷基。
—甲基化—烷基化中常见的一种，在Lys、Arg等的侧链氨基上加入甲基。
生物素化—主要有组蛋白的生物素酰化修饰，由羧化全酶合成酶与组蛋白直接相互作用完成，以及生物素附加物令赖氨酸残基酰化。
以及生物素附加物令赖氨酸残基酰化谷氨酸化—谷氨酸与导管素及其他蛋白质之间建立共价键。
甘氨酸化—一个至超过40种甘氨酸与导管素的C末端建立共价键。
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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。