1、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. 蛋白后修饰概念和意义 (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。大部分细胞过程事实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2.作用位点:丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸是重要的磷酸化氨基酸,大多数磷酸化蛋白质都有多个磷酸化位点,并且其磷酸化位点是可变的。3.实例(MA
2、PK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,可以通过胁迫信号感受器或者信号分子的受体,或者其自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
3、后有3种也许的去向:(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.功能和意义: 一:调节酶蛋白及生理代谢 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 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结合结构域和转录激活结构域. 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-
4、b与其I型、II型受体结合,结合后的TGF-b I型受体辨认R-Smad涉及Smad2和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与其克制因子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失去其克制,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)和CREB(cAMP response element binging protein)都可以与D
5、NA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,重要通过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.功能和意义总结: 蛋白质磷酸化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 特别对细胞因子、生长因子的信号转导及细胞生长、分化和凋亡有重要作用 涉及细胞信号转导、肿瘤发生、新陈代谢、神经活动、肌肉收缩、细胞增殖、发育和分化,细胞骨架调控和细胞凋亡等。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
6、物蛋白质赖氨酸残基上的过程。其逆反映由蛋白质脱乙酰酶催化,称为蛋白质的脱乙酰化。初次发现组蛋白被乙酰化修饰。2.意义和功能;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和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
7、间互相作用 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,基因表达被克制 组蛋白乙酰化时,乙酰化中和了组蛋白赖氨酸
8、和精氨酸残基的正电荷,减少了与DNA互相作用的能力,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 多聚谷氨酰胺疾病是一种神经退行性遗传病,是由致病基因CAG反复片段的扩大引起的。在扩大的多谷氨酰胺诱导的疾病中,蛋白的乙酰化和去乙酰化的失衡是一个关键的过程。泛素化修饰1.概念: 泛素化是一种高度保守的
9、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辨认并降解,这是细胞内短寿命蛋白和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,初次从牛胸腺中分理出泛素 1977年,H.Busch初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
10、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和连接酶E3 在ATP酶作用下,E1在其半胱氨酸(Cys)和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可特异性辨认底物蛋白质,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,通过多次反复,多个泛素之间通过K48互相连接,在底物上形成多泛素链(polyubiquitin chain)。 26S蛋白酶体可以特异性辨认多泛素化的蛋白质,并将之完全水解为小多肽
11、片段 去泛素酶可以重新回收泛素3.功能和意义:一 介导蛋白质降解 调节细胞周期:Cdc34是E2酶,cyclinA, cyclinB,cyclinE, p21和p27可被泛素化修饰降解 与DNA修复、肿瘤和凋亡有关:p53降解受泛素介导的蛋白酶解调节,mdm2是其E3酶。 与免疫炎症反映有关:NF-kB与其克制蛋白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 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) 影响转录因子在细胞内定位: 控制转录共刺激因子活性: 3. 调整转录因子蛋白
12、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、应激反映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.功能和意义总结: Cells are continually building proteins, using them for asingle task, and then discarding them Signaling or controlling proteins (eg. transcription regulators and the cyclins) - lead very brief
13、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.SUMOyla
14、tion(SUMO化修饰)1.概念:SUMO(小泛素样修饰):是泛素和泛素样的家族成员。SUMO的氨基酸序列和空间结构高度相似,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)和去SUMO化修饰(PPT 47)过程: 3.SUMO连接酶 E3的种类和底物 (PPT 45)4.SENP(SUMO特异性蛋白酶)特性和种类 PPT 46 SENP是去SUMO化酶5.SUMO修饰的蛋白(底物):PPT 506.SUMO 和 Ubiquitin异同 (PPT 51):这两种蛋白质具有非常相似的二级和三级结构。泛素和SUMO1的比对表白只有18的氨基酸序列是相同的
15、。与泛素系统不同,SUMO系统重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 52-588.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克制素的表达并且克制肌细胞的生成。SENP2在调节肌肉生成克制素以诱导肌细胞生成中发挥关键作用SENP2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
16、互相影响和协调 翻译后修饰的蛋白质组学 由于蛋白质翻译后修饰并不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是一个动态的变化过程,有效探明细胞和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,有助于在分子水平上揭示细胞过程和蛋白质网络的功能,最终可以指导针对分子的更准确的药物控制