蛋白质修饰(糖基化-乙酰.ppt

蛋白质修饰（糖基化，乙酰化等）蛋白质修饰（糖基化，乙酰化等）的机制及功能意义的机制及功能意义What How why1.什么是蛋白质的修饰蛋白质的修饰分为侧链氨基酸残基的修饰和分子主链结构的修饰，这里我们主要讲的是侧链氨基酸残基的修饰1.什么是蛋白质的修饰肽链合成时直接掺入的氨基酸只有20种，合成后某些氨基酸残基的侧链集团发生的化学修饰显著增加了肽链中氨基酸的种类。已发现蛋白质中存在100多种修饰性氨基酸，这些修饰可以进一步改变蛋白质的溶解度、稳定性、亚细胞定位及与其它细胞蛋白质相互作用的性质等，使蛋白质功能具有多样性（p349）甲基化乙酰化磷酸化组蛋白多样的共价修饰瓜氨酸化泛素化常常见的化学修的化学修饰种种类发生修生修饰的主要氨基酸残基的主要氨基酸残基磷酸化丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸N-糖基化天冬酰胺O-糖基化丝氨酸、苏氨酸羟基化脯氨酸、赖氨酸甲基化赖氨酸、精氨酸、组氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、谷氨酸乙酰化赖氨酸、丝氨酸硒化半胱氨酸上述化学修饰均为酶促反应，蛋白激酶，糖基转移酶，羟化酶，甲基转移酶等都在这一过程中发挥作用蛋白质糖基化所谓糖基化，是指单糖或者寡糖与蛋白质之间通过共价结合形成糖蛋白的过程。根据糖苷链类型，蛋白质糖基化可以分为五类，N-linked糖基化，O-linked糖基化，C-甘露糖基化，Phospho-serine糖基化（磷酸-丝氨酸糖基化），形成GPI锚(glypiation)糖基化类型 N-连接糖基化：N-糖基化主要包括N-糖的合成，转移和修饰三个过程。N-糖的合成和转移在内质网中进行，其修饰过程在内质网和高尔基体中都存在。N-糖的合成N-糖的合成起始于内质网膜胞质一侧，多萜醇磷酸化后形成活化态，在糖基转移酶ALG7和ALG13/14的作用下将两个N-乙酰葡糖胺与磷酸多萜醇链接，后在ALG1，ALG2和ALG11的作用下加上5个甘露糖分子,通过Flipase转运至内质网腔一侧。在内质网腔中一系列糖基转移酶（ALG3，ALG9，ALG12，ALG9，ALG6，ALG8，ALG10）的作用下形成一个具有2分子N-乙酰葡糖胺，9分子甘露糖和三分子葡萄糖的寡糖链，形成a,b和c三只爪的天线结构（如图）。N-糖的转移：N-糖参与新生肽链的修饰是通过寡糖基转移酶复合体进行的。该糖基转移酶是一个多聚复合体，负责将合成的寡糖链转移至新生肽链中特定三肽序列的的天冬酰胺残基上（Asn-X-Ser或者Asn-X-Thr，X为除Pro外任何氨基酸）N-糖的修饰：在内质网中糖链的修饰包括切除末端的3分子葡萄糖和b支的末端甘露糖，进入内质网后在各种糖基转移酶和糖苷酶的剪切和加工后最终形成复杂型，杂交型和高甘露糖型的N-糖链。高甘露糖型，复杂型和杂交型的N-糖链甘露糖N-乙酰基葡糖胺半乳糖岩藻糖乙酰基唾液酸多萜醇细胞液内质网腔糖基化的种类O-糖基化：不同于N-糖基化，O-糖基化的合成与修饰完全是在高尔基复合体内完成的。O-连接的糖基化是将糖链转移到多肽链的丝氨酸、苏氨酸或羟赖氨酸的羟基的氧原子上。O-连接的糖基化是由不同的糖基转移酶催化的,每次加上一个单糖。N-连接糖蛋白接糖蛋白O-连接糖蛋白接糖蛋白糖基化糖基化发生的位置生的位置糙面内质网高尔基复合体连接的氨基酸残基接的氨基酸残基天冬氨酸丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、脯氨酸连接基接基团NH2OH第一个糖基第一个糖基N-乙酰葡糖胺半乳糖、N-乙酰半乳糖胺糖糖链长度度525个糖基16个糖基糖基化方式糖基化方式寡糖链一次性连接单糖基逐个添加1.3C位糖基化3 一分子甘露糖基通过C-C键连接到色氨酸吲哚环2号位C上，以此形式修饰蛋白质。这种糖基化多发生在W-X-X-WW-X-X-C或者W-X-X-F序列的第一个色氨酸残基上。在生命体中，这种糖基化并不多见。糖基磷脂酰肌醇脂锚定蛋白（GPI）糖基磷脂酰肌醇锚定连接：GPI 锚定蛋白的C末端是通过乙醇胺磷酸盐桥接于核心聚糖上,该结构高度保守,另有一个磷脂结构将GPI 锚连接在细胞膜上。不同GPI锚结构中的多糖成分是不同的。GPI锚的一般结构主要是由乙醇胺，糖核心和肌醇连接而成，肌醇最终通过磷酸基团与细胞膜中的磷脂结构相连，乙醇胺则与蛋白质的羧基端相连。生物体中，许存在此类糖基化，包括一些水解酶、黏附多蛋白质蛋白、免疫蛋白、补体调节蛋白等。糖基化在生命体中的作用 1.糖基化对蛋白质有保护作用，使得它们免遭水解酶的降解2.糖基化具有运输信号的作用，可引导蛋白质包装形成运输小泡，以便进行蛋白质的靶向运输糖基化形成细胞膜表面的糖被，在细胞膜的保护、识别以及通讯联络的生命活动中发挥重要作用（医学细胞生物学P117）糖基化在生命体中的作用 2.1参与免疫分子的成熟包装 未组装主要组织相容性复合体（MCH）I类分子需要 通过与天冬酰胺残基相连的糖链的帮助与内质网分子伴侣钙联素相互作用，然后此糖链与Clx分离，并与另一分子伴侣钙网素（calreticulin，Clr）相结合。这两种分子伴侣或其中一种捕获二巯基氧化酶ERp57，使MHCI重链链内二硫键的形成。同时MHCI的轻链2M与重链相连接。而轻链2M又与包括TAP运载体和跨膜糖蛋白tapasin在内的复合体相连。外来的蛋白被细胞的蛋白酶体摄取并酶解成肽段，然后被 TAP结合并转运到内质网，使其与MHCI相连。结果导致MHCI轻链与TAP，tapasin复合体解离。最终形成了成熟的MHCI：多肽复合体。2.2信号传导途径调控 II型糖尿病中，研究人员认为高血糖引起了异常的O-GlcNAc（N-乙酰氨基葡萄糖）修饰，人们怀疑，它们所扮演的一个角色是充当营养传感器，与通过氨基己糖生物合成通道的葡萄糖流量相关。对O-GlcNAc相应于葡萄糖流量所起作用所做的一项研究显示，在O-GlcNAc转移酶(OGT)上有一个新型类脂结合点：在胰岛素刺激下，有一种类脂与OGT结合，将其吸收进胞质膜中。然后，OGT用糖来“装饰”胰岛素信号通道蛋白，抑制它们的活性，阻滞胰岛素反应。OGT在小鼠肝脏中的过度表达引起胰岛素抗性和血脂异常。因此，胰岛素信号通道的异常O-GlcNAc修饰有助于胰岛素抗性、肥胖症和2型糖尿病的形成。2.3蛋白降解调控 许多关键蛋白都受合成速率和降解速率控 制。而拥有PEST序列或者富含P、E、S、T残基的肽很容易被磷酸化或其他机制降解，而研究表明被 O-GlcNAc糖基化的蛋白序列富含P、E、S、T残基 而未被降解，这可能是因为蛋白的糖基化阻碍了其磷酸化，使蛋白不那么容易被降解。2.4参与蛋白质的翻译调控 真核起始因子eIF-2参与了蛋白质合成起始，但是它的磷酸化能抑制蛋白合成。Gupta的实验室鉴定了一个能保护eIF-2不受磷酸化的67kDa的eIF-2关联蛋白p67，他们后来发现这个 p67蛋白有参与调控eIF-2活性的O-GlcNAc糖基 化。把p67蛋白与一种凝集素WGA共培养后，发现抑制了p67蛋白保护eIF-2的能力，从而导致其磷酸化，抑制蛋白其始合成。2.5糖基化与疾病 一些疾病也被发现与糖基化异常有关。如第一 个被鉴定为糖基化异常引起的疾病I-细胞病就是因为N-糖链不能进一步进行甘露糖-6-磷酸修饰而导致蛋白分解代谢失常所引发的一类贮积病。在囊性纤维病中，也被证实存在异常糖基化：岩藻糖增多而唾液酸下降。这也成了该病的一种标志。正因为某些疾病中存在着异常的糖基化现象，一些针对糖基化的抑制剂也已开始运用于到疾病的治疗试验中。如-葡萄糖苷酶抑制剂阿卡玻糖，米格列醇等被用于糖尿病治疗临床试验。N-丁基脱氧野尻霉素和6-0-丁基脱氧野尻霉素 也都已被运用于治疗艾滋病的临床试验中蛋白质的乙酰化蛋白质乙酰化：乙酰化修饰即在蛋白质分子链上嫁接上一个乙酰基分子是蛋白质最主要的修饰方式之一。是细胞控制基因表达，蛋白质活性或生理过程的一种机制。在此以组蛋白常见的修饰方式组蛋白乙酰化为例,说明组蛋白修饰影响基因转录的机制。组蛋白乙酰化多发生于H3和H4氨基酸的赖氨酸残基。在组蛋白乙酰基转移酶（HAT，也称乙酰化酶）作用下，于组蛋白N端尾部的赖氨酸加上乙酰基，称为组蛋白乙酰化。组蛋白N-端的赖氨酸残基乙酰化会移去正电荷，降低组蛋白和DNA分子之间的亲和力，使得RNA聚合酶和通用转录因子容易进入启动子区域。因此，在大多数情况下，组蛋白乙酰化有利于基因转录。低乙酰化的组蛋白通常位于非转录活性的常染色质区域或异染色质区域。一些组蛋白可以快速地乙酰化，然后又去乙酰化，使得组蛋白结合基因的表达受到精确的调控。组蛋白的去乙酰化由组蛋白去乙酰化酶（HDAC）催化完成，组蛋白去乙酰化则抑制转录。其具体机制是：基因激活因子结合于特定上游激活序列（USA）并招募组蛋白乙酰化酶，催化附近的组蛋白乙酰化，促进既用激活；而结合于上游抑制序列（）的转录抑制因子则招募组蛋白去乙酰酶，催化附近的组蛋白去乙酰化，抑制转录。组蛋白乙酰化多发生在核心组蛋白N一端碱性氨基酸集中区的特定赖氨酸残基，将乙酰辅酶A的乙酰基转移到赖氨酸的sNH3+中和掉1个正电荷。组蛋白乙酰化水平是由组蛋白乙酰基转移酶(histone acetyltmnsferse，HATs)和组蛋白去乙酰基转移酶(histone deacetylase，HDACs)共同决定在细胞核内，组蛋白乙酰化与组蛋白去乙酰化过程处于动态平衡，精确地调控基因的转录和表达。1、调控功能性乙酰化蛋白ACS的活性乙酰辅酶A是能量代谢的重要中间产物，在植物和细菌中，它可以由乙酰盐和辅酶A经乙酰辅酶A合成酶（ACS)催化得到。蛋白质乙酰化功能蛋白质乙酰化功能2、调控代谢随着乙酰化检测技术的发展，人们开始在蛋白质组学水平上对赖氨酸乙酰化蛋白进行鉴定，并在细胞内发现了大量受乙酰化调控的中间代谢酶和代谢相关蛋白，这也为人们进一步研究乙酰化在代谢调控中的作用提供了依据。3.调控转录生物通过调控DNA结合蛋白、转录因子或者与转录相关的其他蛋白乙酰化状态来控制基因的表达。4.参与蛋白质降解蛋白质组学研究证明，在许多情况下，蛋白质乙酰化影响蛋白质的活性、稳定性和蛋白质与蛋白质之间或者蛋白质与DNA之间的相互作用，从而影响细胞的生理状况。核糖核酸核酶RNaseR是存在于细菌中的非常特殊的酶，对细菌的生存至关重要。RNaseR的表达受多种逆境诱导的分子机制是由蛋白质乙酰化引起的，乙酰化修饰能促进tmRNA和SmpB复合物的结合，改变RNaseR结构，从而导致其被蛋白酶降解。在逆境条件下，RNaseR不被修饰，不能被蛋白质降解，所以保持稳定。