蛋白翻译后修饰

蛋白翻译后修饰(齐以涛老师)
上课老师没说重点
1.蛋白的概念:由许多氨基酸通过肽键相连形成的高分子含氮化合
物。

2.蛋白后修饰概念与意义(PPT4-5)
3.蛋白后修饰种类
1、切除加工
2、糖基化
3、羟基化
4、甲基化
5、磷酸化
6、乙酰化
7、泛素化
8、类泛素化
9、…
200、…
磷酸化修饰
1、概念:
磷酸化就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就是被可逆
的蛋白磷酸化所调控的,至少有30%的蛋白被磷酸化修饰
2、作用位点:
丝氨酸、苏氨酸与酪氨酸就是主要的磷酸化氨基酸,大多数
磷酸化蛋白质都有多个磷酸化位点,并且其磷酸化位点就是
可变的。

3、实例(MAPK途径):
分裂原活化的蛋白激酶(MAPK)、分裂原活化的蛋白激酶的激酶( MAPKK)、分裂原活化的蛋白激酶的激酶之激酶(MAPKKK)。

在真核细胞中,这3种类型的激酶构成一个MAPK级联系统(MAPK 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。

具体过程如下:
•MAPKKK位于级联系统的最上游,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
•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
4、功能与意义:
一:调节酶蛋白及生理代谢
①糖分解代谢中糖原磷酸化酶活性的调节,被磷酸化的酶具有活
性,去磷酸化的酶无活性
②磷酸化或去磷酸化使胞内已存在酶的活性被激活或失活,调节
胞内活性酶的含量
二:调节转录因子活性
转录因子通常包含DNA结合结构域与转录激活结构域、转录因子在转录激活结构域或调控结构域发生磷酸化,直接影响其转录活性、c-Jun转录激活结构域的两个丝氨酸残基磷酸化,正调控c-Jun的转录活性、
三:调节转录因子核转位
•TGF-b与其I型、II型受体结合,结合后的TGF-b I型受体识别R-Smad包括Smad2与Smad3,作用于C末端的丝氨酸使其磷酸化而被激活,激活后的R-Smad与Smad4结合转入细胞核内,发挥转录调节活性
•NF-kB与其抑制因子IkB形成复合体时存在于胞质。

当IkB磷酸化、泛素化后,与NF-kB解离后,NF-kB失去其抑制,得以转入核内,间接调节基因转录活性。

四:调节转录因子与DNA结合活性
•ATF/CREB家族成员ATF-1(activating transcription factor 1)与CREB(cAMP response element binging protein)都可以与DNA序列TGACG结合。

ATF-1在Ser残基上磷酸化可以增强其与DNA位点的结合,从而增强转录因子DNA结合活性
•紫外线照射激活p53的DNA结合活性,主要通过p38蛋白激酶磷酸化p53的Ser残基
•c-Jun DNA结合结构域附件的3个氨基酸磷酸化,就不能与DNA结合。

5、功能与意义总结:
•蛋白质磷酸化就是生物体内普遍存在的一种调节方式,几乎涉及所有生理及病理过程
•尤其对细胞因子、生长因子的信号转导及细胞生长、分化与凋亡有重要作用
•包括细胞信号转导、肿瘤发生、新陈代谢、神经活动、肌肉收缩、细胞增殖、发育与分化,细胞骨架调控与细胞凋亡等。

乙酰化修饰
1、概念:
在乙酰化酶催化下将乙酰基团转移到底物蛋白质赖氨酸残基上的过程。

其逆反应由蛋白质脱乙酰酶催化,称为蛋白质的脱乙酰化。

首次发现组蛋白被乙酰化修饰。

2、意义与功能;
一:刺激DNA转录
•组蛋白N端包裹于DNA外使DNA无法暴露,乙酰化后组蛋白与DNA结合减弱,DNA得以暴露,从而刺激DNA的转录
二:调节转录因子与DNA结合活性
•1、刺激转录因子与DNA结合:p53, E2F1, GATA1与EKLF(erythroid kruppel like factor)的乙酰化位点靠近其DNA结合结构域
•2、阻止转录因子与DNA结合: HMG1(high mobility group 1)乙酰化的赖氨酸残基位于DNA结合结构域内。

三:调节蛋白质间相互作用
•1、TCF(T-cell specific transcription factor)与其共刺激因子armadillo 的结合可被TCF的乙酰化干扰
•2、核受体的乙酰化影响其与共刺激因子ACTR(activator of the thyroid and retinoicacid receptor)的结合。

四:影响蛋白质稳定性
•E2F1乙酰化延长其半衰期
•a-微管蛋白乙酰化影响微管稳定性
五.组蛋白乙酰化
•组蛋白低乙酰化,由于组蛋白N末端富含正电荷的氨基酸,与带负电的DNA靠静电招募结合紧密,因此转录因子很难与DNA的
启动区域结合,基因表达被抑制
•组蛋白乙酰化时,乙酰化中与了组蛋白赖氨酸与精氨酸残基的正电荷,降低了与DNA相互作用的能力,转录因子可以很容易的与DNA 的启动子区域结合,介导基因表达。

六.乙酰化与疾病
•组蛋白乙酰化酶p300/CBP(CREB binding protein)广泛参与涉及白血病的染色体移位,导致多种包含HAT(Histone acetyltransferase)活性的融合蛋白产生,与白血病的发生发展密切相关
•组蛋白去乙酰基酶亦通过多种机制参与癌症进程
•多聚谷氨酰胺疾病就是一种神经退行性遗传病,就是由致病基因CAG重复片段的扩大引起的。

在扩大的多谷氨酰胺诱导的疾病中,蛋白的乙酰化与去乙酰化的失衡就是一个关键的过程。

泛素化修饰
1、概念:
泛素化就是一种高度保守的翻译后水平的蛋白质修饰过程,可以将泛素共价结合到目的底物蛋白质的赖氨酸残基上。

也就是一种可逆性的过程,可由去泛素化酶将泛素从蛋白质上除去。

•泛素由76个氨基酸组成,高度保守,普遍存在于真核细胞内,故名泛素
•共价结合泛素的蛋白质能被蛋白酶识别并降解,这就是细胞内短寿命蛋白与一些异常蛋白降解的普遍途径
•与消化道内进行的蛋白质水解不同,从泛素与蛋白的结合到将蛋白水解成小的肽段,整个水解过程需要能量参与
•20世纪70年代中期,首次从牛胸腺中分理出泛素
•1977年,H、Busch首次发现泛素可以共价结合在H2A上,形成H2A 单泛素化
2、泛素化(泛素化介导的蛋白质降解途径)过程:(图示如下)
•泛素-蛋白酶系统存在于所有真核生物细胞的调控系统,需要三种酶的参与:激活酶E1、结合酶E2与连接酶E3
•在ATP酶作用下,E1在其半胱氨酸(Cys)与泛素羧基端的甘氨酸(Gly)之间形成巯酯键(thiol ester bond),即E1-SH-Ub,激活泛素
•在E2酶作用下,泛素从E1转移到E2,同样以巯酯键的方式结合(E2-SH-Ub)
•E3可特异性识别底物蛋白质,并与之结合。

与此同时,E2将激活的泛素直接转移到E3结合的底物上,经过多次重复,多个泛素之间通过K48相互连接,在底物上形成多泛素链(polyubiquitin chain)。

•26S蛋白酶体可以特异性识别多泛素化的蛋白质,并将之完全水解为小多肽片段
•去泛素酶可以重新回收泛素
3、功能与意义:
一．介导蛋白质降解
•调节细胞周期:Cdc34就是E2酶,cyclinA, cyclinB,cyclinE, p21与p27可被泛素化修饰降解
•与DNA修复、肿瘤与凋亡有关:p53降解受泛素介导的蛋白酶解调节,mdm2就是其E3酶。

•与免疫炎症反应有关:
①NF-kB与其抑制蛋白IkB结合,无活性状态存在于胞浆内。

感染或收到某种信号,IkB被泛素化降解,NF-kB进入核内激活靶基因
③泛素为MHC-I类分子提供多肽,提呈给T淋巴细胞抗病毒感染•调节基因转录水平:(PPT 33-35)
①影响转录因子在细胞内定位:
②控制转录共刺激因子活性:
③3、调整转录因子蛋白水平:
二．泛素化的非蛋白酶解功能
•K63泛素化的蛋白质与细胞表面受体的胞吞、DNA损伤后修复、核糖体功能、应激反应及蛋白激酶的激活有关
•组蛋白H2A的单泛素化与基因转录激活有关,并不导致其降
4、功能与意义总结:
•Cells are continually building proteins, using them for a
single task, and then discarding them
•Signaling or controlling proteins (eg、transcription regulators and the cyclins) - lead very brief lives, carrying their messages and then being thrown away
•Specialized enzymes - built just when they are needed,allowing cells to keep up with their minute-by-minute synthetic needs
•The approach may seem wasteful, but it allows each cell to respond quickly to constantly changing requirements、
SUMOylation(SUMO化修饰)
1、概念:
SUMO(小泛素样修饰):
就是泛素与泛素样的家族成员。

SUMO的氨基酸序列与空间结构高度相似,与泛酸具有相同的功能。

共有四个成员,分别为SUMO1-4。

2、SUMO化修饰(PPT44)与去SUMO化修饰(PPT 47)过程:
3、SUMO连接酶E3的种类与底物(PPT 45)
4、SENP(SUMO特异性蛋白酶)特征与种类PPT 46
SENP就是去SUMO化酶
5、SUMO修饰的蛋白(底物):PPT 50
6、SUMO 与Ubiquitin异同(PPT 51):
这两种蛋白质具有非常相似的二级与三级结构。

泛素与SUMO1的比对表明只有18％的氨基酸序列就是相同的。

与泛素系统不同,SUMO系统主要针对底物蛋白的蛋白酶,SUMO1缀合有不同的细胞功能。

7、SUMO化的功能(PPT 56 表格) PPT 52-58
8、SENP2的作用
一.SENP2在肌肉的发生中的作用
•SENP2去SUMO化修饰MEF2A,在骨骼肌中促进肌肉生成抑制素的表达并且抑制肌细胞的生成。

•SENP2在调节肌肉生成抑制素以诱导肌细胞生成中发挥关键作用•SENP2就是骨骼肌再生的潜在的治疗靶标。

二．SENP2对于神经元的功能至关重要
多种蛋白修饰
•各种翻译后修饰的过程不就是孤立存在的,在很多细胞活动中,需要各种翻译后修饰的蛋白共同作用
•同一个蛋白可以拥有一种以上的后修饰过程
•各种翻译后修饰形式相互影响与协调
蛋白翻译后修饰
翻译后修饰的蛋白质组学
•由于蛋白质翻译后修饰并不就是直接由基因决定的,研究蛋白质翻译后修饰对蛋白组学的研究具有更重要的意义,因此诞生了翻译后修饰的蛋白质组学
•蛋白质翻译后修饰在体内就是一个动态的变化过程,有效探明细胞与组织内蛋白质修饰谱的“翻译后修饰蛋白质组学”成为当今功能蛋白质组学研究的重要内容
•翻译后修饰的蛋白质组学研究,不仅有助于理解翻译后修饰在生命过程中的重要意义,还对未来的药物开发提供了极大的保证。

蛋白质翻译后修饰
•蛋白质的翻译后修饰就是蛋白质行使正常生理功能所必需的,蛋白质翻译后修饰过程使蛋白质结构更为复杂,功能更为完善,调节更为精细,作用更为专一
•理解调控翻译后修饰过程因素,有利于在分子水平上揭示细胞过程与蛋白质网络的功能,最终可以指导针对分子的更准确的药物控制。