蛋白质翻译后修饰1

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
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
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。
•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：
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。 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。
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
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，
Leabharlann Baidu
（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。
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。
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。
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）
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。
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
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。
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
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。
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
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。
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。
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。 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。
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）。
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 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。
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。
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
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。
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
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。
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）
•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。
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。 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
组蛋白精氨酸甲基化
组蛋白赖氨酸甲基化。 组蛋白赖氨酸甲基化发生在H3-K4, H3-K9, H3-K27, H3K36, H3-K79和H4-K20 上, 还可发生于H1 N 端。 H3-K9, H3-K27,H4-K20 的甲基化与染色体的钝化过程有 关 , 而 H4-K9 的甲基化可能与大范围的染色质水平的抑 制有关。
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。
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