蛋白質(zhì)共價(jià)修飾.

1、高級(jí)生物化學(xué)高級(jí)生物化學(xué) 2011第第5章章 蛋白質(zhì)的共價(jià)修飾蛋白質(zhì)的共價(jià)修飾 主講主講 王保莉王保莉 第第5章章 蛋白質(zhì)的共價(jià)修飾蛋白質(zhì)的共價(jià)修飾 Protein Covalent Modification 5.1 蛋白質(zhì)的共價(jià)修飾蛋白質(zhì)的共價(jià)修飾5.2 蛋白質(zhì)的可逆磷酸化作用蛋白質(zhì)的可逆磷酸化作用5.3 蛋白激酶蛋白激酶5.4 蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶5.5 蛋白質(zhì)可逆磷酸化的生物學(xué)意義蛋白質(zhì)可逆磷酸化的生物學(xué)意義高級(jí)生物化學(xué)高級(jí)生物化學(xué)2011 蛋白質(zhì)的翻譯后修飾，通常是蛋白質(zhì)在核糖體由蛋白質(zhì)的翻譯后修飾，通常是蛋白質(zhì)在核糖體由RNA翻譯出來之后，受到特定的信號(hào)的刺激才發(fā)生。翻譯出來之后，受

2、到特定的信號(hào)的刺激才發(fā)生。 共價(jià)修飾分為兩大類，一類是將小分子、或者小的共價(jià)修飾分為兩大類，一類是將小分子、或者小的蛋白質(zhì)通過共價(jià)鍵與蛋白質(zhì)特定的氨基酸殘基結(jié)合，蛋白質(zhì)通過共價(jià)鍵與蛋白質(zhì)特定的氨基酸殘基結(jié)合，另一類是蛋白質(zhì)主鏈可以被特定的酶在特定的位置另一類是蛋白質(zhì)主鏈可以被特定的酶在特定的位置切斷，比如切斷，比如MHC復(fù)合物識(shí)別的短肽段，就需要先復(fù)合物識(shí)別的短肽段，就需要先利用蛋白酶體將外源的蛋白質(zhì)切成短肽。利用蛋白酶體將外源的蛋白質(zhì)切成短肽。 蛋白質(zhì)的共價(jià)修飾已經(jīng)發(fā)了四個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)，第一個(gè)蛋白質(zhì)的共價(jià)修飾已經(jīng)發(fā)了四個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)，第一個(gè)是是1992年發(fā)給磷酸化的發(fā)現(xiàn)，第二個(gè)是年發(fā)給磷酸化的發(fā)現(xiàn)，

3、第二個(gè)是2001年年CDK/Cyclin介導(dǎo)的磷酸化在細(xì)胞周期的功能，第三介導(dǎo)的磷酸化在細(xì)胞周期的功能，第三個(gè)是泛素化調(diào)控蛋白質(zhì)降解個(gè)是泛素化調(diào)控蛋白質(zhì)降解(化學(xué)獎(jiǎng)化學(xué)獎(jiǎng))，第四個(gè)是，第四個(gè)是2002年年Caspase介導(dǎo)的蛋白質(zhì)切割和細(xì)胞凋亡。介導(dǎo)的蛋白質(zhì)切割和細(xì)胞凋亡。 引引 言言 新生多肽鏈離開核糖體很少是有功能的，多數(shù)都新生多肽鏈離開核糖體很少是有功能的，多數(shù)都必須經(jīng)過翻譯后修飾才會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓牡鞍踪|(zhì)。必須經(jīng)過翻譯后修飾才會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓牡鞍踪|(zhì)。 原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的蛋白質(zhì)合成分別以甲酰蛋氨酸原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的蛋白質(zhì)合成分別以甲酰蛋氨酸（fMet）和甲硫氨酸（）和甲硫氨酸（Met）起始

4、，而成熟蛋白質(zhì)）起始，而成熟蛋白質(zhì)N-端沒端沒有有fMet，很少為，很少為Met，因?yàn)樵陔逆満铣缮形赐瓿蓵r(shí)，因?yàn)樵陔逆満铣缮形赐瓿蓵r(shí)N-端已端已被去甲酰基酶和氨肽酶修飾過。被去甲酰基酶和氨肽酶修飾過。 分泌蛋白和膜蛋白以及線粒體和葉綠體蛋白均以前體形式分泌蛋白和膜蛋白以及線粒體和葉綠體蛋白均以前體形式合成，合成，N-端的信號(hào)序列在分揀運(yùn)輸中已被切除。端的信號(hào)序列在分揀運(yùn)輸中已被切除。 許多蛋白質(zhì)要分別經(jīng)過甲基化、羥基化、糖基化、羧基化、許多蛋白質(zhì)要分別經(jīng)過甲基化、羥基化、糖基化、羧基化、磷酸化、乙?；⒅；彤愇煜┗裙矁r(jià)修飾。磷酸化、乙酰化、脂?；彤愇煜┗裙矁r(jià)修飾。 本章將本章將重

5、點(diǎn)介紹蛋白質(zhì)可逆磷酸化作用重點(diǎn)介紹蛋白質(zhì)可逆磷酸化作用。新合成多肽鏈加工新合成多肽鏈加工 原核生物和真核生物的一些新生蛋白質(zhì)都需要經(jīng)原核生物和真核生物的一些新生蛋白質(zhì)都需要經(jīng)過翻譯后修飾的一次或多次加工反應(yīng)才最終獲得過翻譯后修飾的一次或多次加工反應(yīng)才最終獲得具有生物活性的構(gòu)象。具有生物活性的構(gòu)象。 包括：氨基末端和羧基末端的修飾包括：氨基末端和羧基末端的修飾 信號(hào)序列的切除信號(hào)序列的切除 個(gè)別氨基酸的修飾個(gè)別氨基酸的修飾 糖類側(cè)鏈的連接糖類側(cè)鏈的連接 異戊二烯基團(tuán)的添加異戊二烯基團(tuán)的添加 輔基的加入輔基的加入 蛋白酶的加工蛋白酶的加工 二硫鍵的形成二硫鍵的形成個(gè)別氨基酸的修飾個(gè)別氨基酸的修飾-

6、羧基谷氨酸 三甲基賴氨酸 甲基谷氨酸糖蛋白中常見的糖糖蛋白中常見的糖-肽連接鍵肽連接鍵 以以GalNAc和和GlcNAc為例為例 GalNAc：乙酰：乙酰氨基半乳糖氨基半乳糖 GlcNAc：乙酰：乙酰氨基葡萄糖氨基葡萄糖 輔基的加入輔基的加入 共價(jià)連接的輔基是許多原核和真核蛋白質(zhì)發(fā)共價(jià)連接的輔基是許多原核和真核蛋白質(zhì)發(fā)揮活性所必需的。揮活性所必需的。 乙酰乙酰CoA羧化酶的羧化酶的生物素生物素和細(xì)胞色素和細(xì)胞色素c中的中的血紅素血紅素基團(tuán)?；鶊F(tuán)。 乙酰輔酶乙酰輔酶A羧化酶羧化酶(acetyl-CoA catboxylase) 催化催化: 乙酰乙酰CoAATPHCO3-丙二酰丙二酰CoA+ADP

7、Pi 生物素酶。生物素酶。 FIGURE The acetyl-CoA carboxylase reaction. Acetyl-CoA carboxylase has three functional regions: biotin carrier protein (gray); biotin carboxylase, which activates CO2 by attaching it to a nitrogen in the biotin ring in an ATP-dependent reaction ; and transcarboxylase, which transfers

8、activated CO2 (shaded green) from biotin to acetyl-CoA, producing malonyl-CoA. The long, flexible biotin arm carries the activated CO2 from the biotin carboxylase region to the transcarboxylase active site, as shown in the diagrams below the reaction arrows. The active enzyme in each step is shaded

9、blue.蛋白酶的加工蛋白酶的加工 許多蛋白質(zhì)的初始合成產(chǎn)物很大，這種無許多蛋白質(zhì)的初始合成產(chǎn)物很大，這種無活性的蛋白質(zhì)前體經(jīng)蛋白酶的作用，產(chǎn)生活性的蛋白質(zhì)前體經(jīng)蛋白酶的作用，產(chǎn)生較小的有活性的蛋白質(zhì)。較小的有活性的蛋白質(zhì)。 例如：胰島素、一些病毒蛋白質(zhì)、胰蛋白例如：胰島素、一些病毒蛋白質(zhì)、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶酶和胰凝乳蛋白酶蛋白酶切的酶原激活蛋白酶切的酶原激活胰凝乳蛋白酶原胰蛋白酶原胰蛋白酶胰蛋白酶腸肽酶腸肽酶5.1 蛋白質(zhì)的共價(jià)修飾蛋白質(zhì)的共價(jià)修飾 5.1.1 蛋白質(zhì)前體的加工性部分水解蛋白質(zhì)前體的加工性部分水解5.1.2 氨基酸殘基的修飾氨基酸殘基的修飾5.1.3 蛋白質(zhì)與脂類共價(jià)結(jié)合

10、蛋白質(zhì)與脂類共價(jià)結(jié)合5.1.4 泛素化及泛素樣修飾泛素化及泛素樣修飾5.1.5 組蛋白的共價(jià)修飾組蛋白的共價(jià)修飾5.1.1 蛋白質(zhì)前體的加工性部分水解蛋白質(zhì)前體的加工性部分水解 酶原的激活、前體在分揀運(yùn)輸中發(fā)生裂解切去酶原的激活、前體在分揀運(yùn)輸中發(fā)生裂解切去N-端端的信號(hào)序列。的信號(hào)序列。 動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)有多種加工性蛋白酶，如動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)有多種加工性蛋白酶，如弗林蛋白酶弗林蛋白酶（furin）和和前激素轉(zhuǎn)換酶前激素轉(zhuǎn)換酶PC1、PC2、PC3，能識(shí)，能識(shí)別前體分子中的別前體分子中的雙堿性雙堿性序列序列-RR-、-KR、-KK-等，等，從其羧基一側(cè)切斷肽鏈。從其羧基一側(cè)切斷肽鏈。 furin負(fù)責(zé)細(xì)胞中

11、負(fù)責(zé)細(xì)胞中組成型組成型表達(dá)的蛋白前體加工表達(dá)的蛋白前體加工 PC1、PC2、PC3負(fù)責(zé)受調(diào)控的負(fù)責(zé)受調(diào)控的激素前體激素前體的切割加的切割加工。工。 前體蛋白轉(zhuǎn)化酶前體蛋白轉(zhuǎn)化酶(proprotein convertases,PC)：切割前體蛋白，促進(jìn)前體蛋白獲得生物活性的一類切割前體蛋白，促進(jìn)前體蛋白獲得生物活性的一類同源蛋白。同源蛋白。1. Furin 蛋白酶（結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和特性）蛋白酶（結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和特性） 1989年發(fā)現(xiàn)，由年發(fā)現(xiàn)，由794個(gè)氨基酸組成的個(gè)氨基酸組成的I 型跨膜蛋白型跨膜蛋白。 一種廣泛存在的類似枯草桿菌蛋白酶的蛋白質(zhì)前一種廣泛存在的類似枯草桿菌蛋白酶的蛋白質(zhì)前體轉(zhuǎn)化酶。體轉(zhuǎn)化酶

12、。 分泌途徑分泌途徑的主要加工酶，定位于高爾基體反面的的主要加工酶，定位于高爾基體反面的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)部位。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)部位。 底物包括底物包括：凝血因子、血清蛋白和生長因子受體：凝血因子、血清蛋白和生長因子受體（如：（如：IGF受體）。受體）。 最短的切割識(shí)別位點(diǎn)：最短的切割識(shí)別位點(diǎn)：Arg-X-X-Arg。傾向作用。傾向作用于于 Arg-X-(Lys/Arg)-Arg位點(diǎn)。位點(diǎn)。 Furin 活性受活性受 EGTA、1-抗胰蛋白酶硅酸鹽和聚抗胰蛋白酶硅酸鹽和聚精氨酸化合物抑制。精氨酸化合物抑制。I I 型跨膜蛋白：一次跨膜，多肽鏈的型跨膜蛋白：一次跨膜，多肽鏈的N N端在胞膜外，端在胞膜外，C C端

13、在胞內(nèi)。端在胞內(nèi)。 2. 胰島素（胰島素（insulin) 胰島素在胰島素在細(xì)胞中以細(xì)胞中以前胰島素原前胰島素原的形式合成，的形式合成，進(jìn)入進(jìn)入ER-Golgi系統(tǒng)中先切去系統(tǒng)中先切去N-端的信號(hào)肽，端的信號(hào)肽，重排二硫鍵，形成正確折疊的重排二硫鍵，形成正確折疊的胰島素原胰島素原。 在分泌小泡中由在分泌小泡中由PC2和和PC3切去中間的切去中間的C肽，肽，產(chǎn)生的產(chǎn)生的A鏈與鏈與B鏈由兩個(gè)鏈由兩個(gè)二硫鍵相連，再切去二硫鍵相連，再切去B鏈鏈C-端兩個(gè)精氨酸，成為成熟的端兩個(gè)精氨酸，成為成熟的胰島素。胰島素。 C肽含有指導(dǎo)胰島素原正確折疊的信息肽含有指導(dǎo)胰島素原正確折疊的信息 PC2和和PC3的加工

14、可能與調(diào)控胰島素分泌有關(guān)。的加工可能與調(diào)控胰島素分泌有關(guān)。In beta cells, insulin is synthesized from the proinsulin precursor molecule by the action of proteolytic enzymes, known as prohormone convertases (PC1 and PC2), as well as the exoprotease carboxypeptidase E. These modifications of proinsulin remove the center portion of

15、 the molecule (ie, C-peptide), from the C- and N- terminal ends of proinsulin. The remaining polypeptides (51 amino acids in total), the B- and A- chains, are bound together by disulfide bonds/disulphide bonds. Insulin:Synthesis and post-translational modification Effect of insulin on glucose uptake

16、 and metabolism. Insulin binds to its receptor (1) which in turn starts many protein activation cascades (2). These include: translocation of Glut-4 transporter to the plasma membrane and influx of glucose (3), glycogen synthesis (4), glycolysis (5) and fatty acid synthesis (6). 腦垂體細(xì)胞合成的腦垂體細(xì)胞合成的前阿片促

17、黑皮質(zhì)素（前阿片促黑皮質(zhì)素（POMC） 在垂體前葉中被加工成在垂體前葉中被加工成-促脂解素促脂解素（-LPH）和）和促腎上腺促腎上腺皮質(zhì)激素皮質(zhì)激素（ACTH）；）； 在在垂體中間葉垂體中間葉則被加工成則被加工成-促黑素促黑素（-MSH）、）、-LPH、內(nèi)啡肽內(nèi)啡肽和和中間葉促皮質(zhì)樣肽中間葉促皮質(zhì)樣肽（CLIP）。）。 通過組織專一的加工，一個(gè)基因編碼的前體在不同組織中通過組織專一的加工，一個(gè)基因編碼的前體在不同組織中按嚴(yán)格的比例產(chǎn)生多種不同的生理活性產(chǎn)物，具有重要的按嚴(yán)格的比例產(chǎn)生多種不同的生理活性產(chǎn)物，具有重要的生理意義。生理意義。Pro-opiomelanocortin 前阿黑皮素前阿黑

18、皮素LPH:脂肪酸釋放激素脂肪酸釋放激素(lipotropic hormone，lipotropin)CLIP: Corticotropin-like intermediate peptide ACTH: Adrenocorticotropic hormone MSH:Melanocyte-stimulating hormoneEndorphin:內(nèi)啡肽內(nèi)啡肽3. 多蛋白前體的水解裂解多蛋白前體的水解裂解垂體前葉垂體前葉垂體中間葉垂體中間葉在垂體前葉在垂體前葉：促黑素：促黑素 -MSH、促脂解素促脂解素-LPH和促腎上腺皮和促腎上腺皮質(zhì)激素質(zhì)激素ACTH。在垂體中間葉在垂體中間葉：促黑素：促黑

19、素-MSH、中間葉促皮質(zhì)樣肽、中間葉促皮質(zhì)樣肽CLIP；促脂解素；促脂解素-LPH和和內(nèi)內(nèi)啡肽。啡肽。4. 蛋白質(zhì)剪接蛋白質(zhì)剪接(protein splicing)：外顯肽：外顯肽（exteins）和內(nèi)含肽（）和內(nèi)含肽（inteins） 蛋白質(zhì)剪接是蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)剪接是蛋白質(zhì)內(nèi)含肽內(nèi)含肽介導(dǎo)的，一介導(dǎo)的，一種在蛋白質(zhì)水平上翻譯后的加工過程種在蛋白質(zhì)水平上翻譯后的加工過程,它由一系列分子內(nèi)的剪切它由一系列分子內(nèi)的剪切-連接反應(yīng)組連接反應(yīng)組成。成。 蛋白質(zhì)內(nèi)含肽是一個(gè)蛋白質(zhì)前體中的多蛋白質(zhì)內(nèi)含肽是一個(gè)蛋白質(zhì)前體中的多肽序列，可以肽序列，可以催化自身催化自身從蛋白質(zhì)前體中從蛋白質(zhì)前體中斷裂，使兩側(cè)的蛋

20、白質(zhì)外顯肽連接成成斷裂，使兩側(cè)的蛋白質(zhì)外顯肽連接成成熟的蛋白質(zhì)熟的蛋白質(zhì)。 Series of reactions catalyzed by inteins to splice themselves out of a polypeptide chain.1.Attack by the N-terminal intein residue (Ser, Thr, or Cys; shown in Fig. as Ser) on its preceding carbonyl group, yielding a linear (thio)ester intermediate.線性酯中間物線性酯中間物2.

21、 A transesterification酯交換酯交換 reaction in which the -OH or -SH group on the C-exteins N-terminal residue (shown in Fig. as Ser) attacks the above (thio)ester linkage, thereby yielding a branched intermediate in which the N-extein has been transferred to the C-extein.分支中間物分支中間物3. Cleavage of the amide

22、 linkage connecting the intein to the C-extein by cyclization of the inteins C-terminal Asn or Gln (shown in Fig. as Asn).通過內(nèi)含肽通過內(nèi)含肽C-端端Asn or Gln的環(huán)化打開連接外顯肽的環(huán)化打開連接外顯肽的酰胺鍵的酰胺鍵 4. Spontaneous自發(fā)自發(fā) rearrangement of the (thio)ester linkage between the ligated exteins to yield the more stable peptide bond

23、.5.1.2 氨基酸殘基的修飾氨基酸殘基的修飾 1.乙?；阴；?2.甲基化甲基化 3. 酰胺化酰胺化 4.-羧基化羧基化1. 乙?；阴；?人體內(nèi)約人體內(nèi)約50%左右的蛋白質(zhì)末端氨基被乙?；笥业牡鞍踪|(zhì)末端氨基被乙?；匝娱L其在細(xì)胞內(nèi)的半壽期，是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)翻以延長其在細(xì)胞內(nèi)的半壽期，是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)翻譯后修飾的一種重要形式。譯后修飾的一種重要形式。 蛋白質(zhì)乙?；揎楊愋停旱鞍踪|(zhì)乙?；揎楊愋停?N端氨基酸修飾：端氨基酸修飾：N末端末端-乙?；ǔＪ欠g中同乙酰化通常是翻譯中同時(shí)發(fā)生的，一般發(fā)生在新生肽鏈大約時(shí)發(fā)生的，一般發(fā)生在新生肽鏈大約40個(gè)殘基長的時(shí)候。個(gè)殘基長的時(shí)候。由由NAT(N

24、-乙酰轉(zhuǎn)移酶乙酰轉(zhuǎn)移酶)催化。催化。 賴氨酸賴氨酸 氨基乙酰化修飾氨基乙?；揎?組蛋白乙?；揎椢稽c(diǎn)組蛋白乙?；揎椢稽c(diǎn) 其他氨基酸的乙?；揎椘渌被岬囊阴；揎?絲氨酸和蘇氨酸側(cè)鏈絲氨酸和蘇氨酸側(cè)鏈的羥基可以被乙?；揎棥５牧u基可以被乙?；揎棥cetyl CH3-C(=O)- 在甲基轉(zhuǎn)移酶催化下，在在甲基轉(zhuǎn)移酶催化下，在賴氨酸賴氨酸或或精氨酸精氨酸側(cè)鏈氨側(cè)鏈氨基上進(jìn)行的甲基化?；线M(jìn)行的甲基化。 甲基化增加了立體阻力，并且取代了氨基的氫，甲基化增加了立體阻力，并且取代了氨基的氫，影響了氫鍵的形成。影響了氫鍵的形成。 甲基化可以調(diào)控分子間和分子與目標(biāo)蛋白的相互甲基化可以調(diào)控分子間和分

25、子與目標(biāo)蛋白的相互作用。作用。 肌動(dòng)蛋白、鈣調(diào)素、細(xì)胞色素肌動(dòng)蛋白、鈣調(diào)素、細(xì)胞色素c等少數(shù)幾個(gè)蛋白等少數(shù)幾個(gè)蛋白中發(fā)現(xiàn)中發(fā)現(xiàn)組氨酸組氨酸的的N-3和和賴氨酸賴氨酸-氨基可被甲基化。氨基可被甲基化。 甲基由甲基由S-腺苷基蛋氨酸腺苷基蛋氨酸轉(zhuǎn)移至組織蛋白是由轉(zhuǎn)移至組織蛋白是由組織組織蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶所催化。所催化。 蛋白質(zhì)甲基化是其中一種蛋白質(zhì)甲基化是其中一種后翻譯修飾后翻譯修飾。 2. 甲基化甲基化3. 酰胺化酰胺化 有些蛋白質(zhì)的羧基端的有些蛋白質(zhì)的羧基端的甘氨酸被酰胺化甘氨酸被酰胺化，以免被，以免被羧肽酶降解。羧肽酶降解。 反應(yīng)分為兩步；先是甘氨酸羥基化，然后脫去反應(yīng)分為兩步；

26、先是甘氨酸羥基化，然后脫去1分子分子乙醛酸，乙醛酸，并產(chǎn)生新的并產(chǎn)生新的酰胺化羧基端酰胺化羧基端。 有些蛋白質(zhì)有些蛋白質(zhì)N-端谷氨酸殘基的氨基可與其端谷氨酸殘基的氨基可與其-羧基羧基脫水形成焦谷氨酸，以消除脫水形成焦谷氨酸，以消除N-端氨基。端氨基。NH2-CH(R1)-CO-NH-CH2-COOHNH2-CH(R1)-CO-NH-CH(OH)-COOH 甘氨酸羥基化甘氨酸羥基化NH2-CH(R1)-CO-NH2 +CHO-COOH 酰胺化羧基端酰胺化羧基端(RC(=O)-NH-) 4.-羧基化羧基化 在凝血酶原以及凝血因子在凝血酶原以及凝血因子、中均發(fā)現(xiàn)中均發(fā)現(xiàn)谷氨谷氨酸殘基酸殘基-羧基化羧

27、基化。 反應(yīng)由依賴維生素反應(yīng)由依賴維生素K的的羧化酶羧化酶催化，形成催化，形成-碳上有碳上有兩個(gè)羧基，能與兩個(gè)羧基，能與Ca2+螯合，在凝血中起重要作用。螯合，在凝血中起重要作用。 5.脯氨酰和賴氨酰的羥基化脯氨酰和賴氨酰的羥基化 膠原新生肽鏈在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)首先在脯氨酰膠原新生肽鏈在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)首先在脯氨酰-4-羥化羥化酶（識(shí)別酶（識(shí)別-Gly-x-Pro-）和賴氨酰羥化酶（識(shí)別）和賴氨酰羥化酶（識(shí)別-Gly-x-Lys-）催化下，生成）催化下，生成4-羥脯氨酰羥脯氨酰和和-羥賴氨羥賴氨酰酰Hyl，再由脯氨酰，再由脯氨酰-3-羥化酶（識(shí)別羥化酶（識(shí)別-Gly-Pro-Hyp-）把中間的脯氨酰）把中

28、間的脯氨酰3-羥基化，然后羥基化，然后Hyl再糖基再糖基化，才能形成三股螺旋化，才能形成三股螺旋前膠原前膠原。 分泌到胞外后，切去分泌到胞外后，切去N-端和端和C-端肽段，變?yōu)槌墒於穗亩危優(yōu)槌墒斓牡脑z原原膠原。 原膠原自發(fā)聚合形成原膠原自發(fā)聚合形成膠原微纖維膠原微纖維。 羥賴氨酰氧化酶催化羥賴氨酰氧化酶催化Hyl形成醛賴氨酰，兩個(gè)醛賴形成醛賴氨酰，兩個(gè)醛賴氨?？s合成醇醛，進(jìn)一步與氨酰縮合成醇醛，進(jìn)一步與His和和Hyl殘基反應(yīng)形殘基反應(yīng)形成鏈間共價(jià)交聯(lián)，成為成鏈間共價(jià)交聯(lián)，成為穩(wěn)定和強(qiáng)度高的膠原蛋白穩(wěn)定和強(qiáng)度高的膠原蛋白。 6.ADP-核糖基化核糖基化 蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)的ADP-核糖基化普遍

29、存在于各類生物。核糖基化普遍存在于各類生物。 哺乳動(dòng)物核外蛋白質(zhì)以單哺乳動(dòng)物核外蛋白質(zhì)以單ADP-核糖基化為主，核糖基化為主，ADP-核糖基轉(zhuǎn)移酶從核糖基轉(zhuǎn)移酶從NAD+中把中把ADP-核糖基轉(zhuǎn)移核糖基轉(zhuǎn)移到到Arg、Asn或或His的修飾產(chǎn)物的修飾產(chǎn)物白喉酰胺白喉酰胺的側(cè)鏈的側(cè)鏈N原原子上。子上。 核內(nèi)蛋白核內(nèi)蛋白大多發(fā)生大多發(fā)生多聚多聚ADP-核糖基化核糖基化：ADP-核糖核糖基聚合酶（基聚合酶（poly(ADP-ribose)polymerase, PARP）先將先將NAD+中的中的ADP-核糖基轉(zhuǎn)移到核糖基轉(zhuǎn)移到Glu側(cè)鏈羧基上，側(cè)鏈羧基上，再不斷添加再不斷添加ADP-核糖基，形成含有

30、數(shù)百個(gè)核糖基，形成含有數(shù)百個(gè)ADP-核核糖且有分枝的糖且有分枝的多聚多聚ADP-核糖核糖。 PARP自己就以這種方式修飾，并參與自己就以這種方式修飾，并參與DNA斷裂的斷裂的修復(fù)。修復(fù)。 白喉毒素、百日咳毒素和霍亂毒素等具有白喉毒素、百日咳毒素和霍亂毒素等具有ADP-核核糖基轉(zhuǎn)移酶活性，分別把糖基轉(zhuǎn)移酶活性，分別把ADP-核糖基轉(zhuǎn)移到白喉核糖基轉(zhuǎn)移到白喉酰胺、酰胺、Cys和和Arg殘基上。殘基上。 diphthamide 白喉酰胺白喉酰胺 5.1.3 蛋白質(zhì)與脂類共價(jià)結(jié)合蛋白質(zhì)與脂類共價(jià)結(jié)合1.蛋白質(zhì)與糖基肌醇磷脂（蛋白質(zhì)與糖基肌醇磷脂（glycosyl phosphatidylinosito

31、l, GPI）共價(jià)結(jié)合）共價(jià)結(jié)合2.豆蔻?；罐Ⅴ；?.棕櫚?；貦磅；?.C-端異戊烯基化端異戊烯基化 棕櫚?；ㄟ^硫棕櫚?；ㄟ^硫酯鍵與酯鍵與Cys相連相連 N-肉豆蔻?；c肉豆蔻酰基與氨基端的氨基端的Gly相相連連 與羧基端與羧基端Cys殘殘基相連的是含基相連的是含15-C和和20C的類異戊的類異戊二烯的法呢基或二烯的法呢基或牻牛兒牻牛兒基牻牛兒牻牛兒基 糖基磷脂酰肌醇：糖基磷脂酰肌醇：GPIGPI錨定蛋白與脂結(jié)合的膜蛋白外側(cè)內(nèi)側(cè)1.蛋白質(zhì)與糖基肌醇磷脂（蛋白質(zhì)與糖基肌醇磷脂（glycosyl phosphatidylinositol, GPI）共價(jià)結(jié)合）共價(jià)結(jié)合 某些蛋白質(zhì)新生肽鏈的停

32、止轉(zhuǎn)運(yùn)肽位于某些蛋白質(zhì)新生肽鏈的停止轉(zhuǎn)運(yùn)肽位于C-端，被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)肽酶切除后，生成新的端，被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)肽酶切除后，生成新的C-端在膜中與糖基磷脂酰肌醇端在膜中與糖基磷脂酰肌醇GPI的氨基反的氨基反應(yīng)，以酰胺鍵與應(yīng)，以酰胺鍵與GPI連接定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜連接定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜內(nèi)側(cè)，然后運(yùn)到質(zhì)膜成為內(nèi)側(cè)，然后運(yùn)到質(zhì)膜成為膜錨蛋白膜錨蛋白。 哺乳動(dòng)物至少有哺乳動(dòng)物至少有50多種蛋白以此種方式與多種蛋白以此種方式與膜結(jié)合，包括水解酶、受體、粘附分子、膜結(jié)合，包括水解酶、受體、粘附分子、補(bǔ)體抑制因子和功能不詳?shù)谋砻婵乖?。補(bǔ)體抑制因子和功能不詳?shù)谋砻婵乖取?GPI是由膜中組分是由膜中組分PI糖基化再與磷酸乙醇糖基

33、化再與磷酸乙醇胺結(jié)合而成的，合成途徑酶缺陷將導(dǎo)致細(xì)胺結(jié)合而成的，合成途徑酶缺陷將導(dǎo)致細(xì)胞表面胞表面GPI結(jié)合蛋白缺乏。結(jié)合蛋白缺乏。2.豆蔻?；罐Ⅴ；?在在N-端豆蔻酰轉(zhuǎn)移酶催化端豆蔻酰轉(zhuǎn)移酶催化下，有些蛋白質(zhì)下，有些蛋白質(zhì)H2N-Gly-x-x-x-Ser/Thr-Lys（Arg）-Lys（Arg）-的的N-端氨基酸以端氨基酸以酰胺鍵酰胺鍵與一個(gè)豆蔻?；噙B，并以此與一個(gè)豆蔻?；噙B，并以此插入脂雙層成為一種插入脂雙層成為一種膜錨蛋白膜錨蛋白。 G蛋白蛋白亞基、亞基、Src或介導(dǎo)小泡運(yùn)輸?shù)幕蚪閷?dǎo)小泡運(yùn)輸?shù)腁rf均以這種均以這種方式與質(zhì)膜或小泡膜結(jié)合。這種修飾是方式與質(zhì)膜或小泡膜結(jié)合。這種修

34、飾是伴伴翻譯的，翻譯的，不可逆。不可逆。Arf: ADP-ribosylation factorSrc:非受體酪氨酸蛋白非受體酪氨酸蛋白激酶家族成員激酶家族成員3.棕櫚酰化棕櫚?；?棕櫚?；D(zhuǎn)移酶棕櫚?；D(zhuǎn)移酶可將棕櫚酰基轉(zhuǎn)移至一些肽鏈可將棕櫚?；D(zhuǎn)移至一些肽鏈C-端附近的端附近的Cys殘基上，使之成為膜錨蛋白；經(jīng)硫酯殘基上，使之成為膜錨蛋白；經(jīng)硫酯酶水解切去棕櫚酰基重新成為可溶性胞質(zhì)蛋白。酶水解切去棕櫚酰基重新成為可溶性胞質(zhì)蛋白。這種細(xì)胞定位的改變與其功能調(diào)節(jié)有密切關(guān)系。這種細(xì)胞定位的改變與其功能調(diào)節(jié)有密切關(guān)系。 4.C-端異戊烯基化端異戊烯基化 一些一些C-端為端為-C-xx-S/M/Q-

35、COOH的肽鏈，在酶催的肽鏈，在酶催化下從法尼基焦磷酸上把含化下從法尼基焦磷酸上把含3個(gè)異戊二烯單位的個(gè)異戊二烯單位的法尼基轉(zhuǎn)移到法尼基轉(zhuǎn)移到Cys殘基殘基S原子原子上，再由水解酶切掉上，再由水解酶切掉Cys后面的殘基，產(chǎn)生的新羧基端又被甲基化，后面的殘基，產(chǎn)生的新羧基端又被甲基化，通過法尼基把蛋白質(zhì)錨定在膜上。通過法尼基把蛋白質(zhì)錨定在膜上。 Ras蛋白以這種方式與膜結(jié)合，如阻斷其法尼基化蛋白以這種方式與膜結(jié)合，如阻斷其法尼基化反應(yīng)，也就阻斷了它與膜的結(jié)合，從而逆轉(zhuǎn)反應(yīng)，也就阻斷了它與膜的結(jié)合，從而逆轉(zhuǎn)Ras轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化細(xì)胞的功能?；?xì)胞的功能。 C-端為端為-CC、-CxxL或或-CxC的肽鏈不進(jìn)

36、行法尼基化的肽鏈不進(jìn)行法尼基化而發(fā)生牻牛兒牻牛兒基化，在而發(fā)生牻牛兒牻牛兒基化，在Cys的的S原子上連接原子上連接由由4個(gè)異戊二烯單位聚合而成的牻牛兒牻牛兒基。個(gè)異戊二烯單位聚合而成的牻牛兒牻牛兒基。 疏水尾巴越長，膜錨蛋白與膜的結(jié)合越牢固。疏水尾巴越長，膜錨蛋白與膜的結(jié)合越牢固。5.1.4 泛素化及泛素樣泛素化及泛素樣UBL修飾修飾 泛素泛素(Ub)是一種含是一種含76個(gè)氨個(gè)氨基酸的多肽，存在于除細(xì)基酸的多肽，存在于除細(xì)菌外的許多不同組織和器菌外的許多不同組織和器官中，具有標(biāo)記待降解蛋官中，具有標(biāo)記待降解蛋白質(zhì)的功能。白質(zhì)的功能。 與磷酸化修飾過程一樣，與磷酸化修飾過程一樣，泛素化修飾過程也

37、是一種泛素化修飾過程也是一種可逆的共價(jià)修飾過程，它可逆的共價(jià)修飾過程，它能夠調(diào)節(jié)被修飾蛋白的穩(wěn)能夠調(diào)節(jié)被修飾蛋白的穩(wěn)定性、功能活性狀態(tài)以及定性、功能活性狀態(tài)以及細(xì)胞內(nèi)定位等情況。細(xì)胞內(nèi)定位等情況。 科學(xué)網(wǎng)：蛋白質(zhì)泛素化研究進(jìn)展探索蛋白修飾的秘密泛素蛋白連接機(jī)制泛素蛋白連接機(jī)制蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)的SUMO化修飾化修飾 SUMO: small uniquitin-related modifier 為類泛素為類泛素蛋白家族成員，蛋白家族成員，可與多種蛋白質(zhì)可與多種蛋白質(zhì)結(jié)合發(fā)揮相應(yīng)的結(jié)合發(fā)揮相應(yīng)的功能。功能。 參與轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)、參與轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)、核轉(zhuǎn)運(yùn)、維持基核轉(zhuǎn)運(yùn)、維持基因組完整性、及因組完整性、及信號(hào)傳導(dǎo)等

38、。信號(hào)傳導(dǎo)等。5.1.5 組蛋白的共價(jià)修飾組蛋白的共價(jià)修飾 磷酸化和去磷酸化磷酸化和去磷酸化 乙酰化和去乙?；阴；腿ヒ阴；?甲基化和去甲基化甲基化和去甲基化 泛素化和去泛素化泛素化和去泛素化 組蛋白是染色體的基本組蛋白是染色體的基本單位單位核小體的蛋白核小體的蛋白質(zhì)組成部分，在進(jìn)化上質(zhì)組成部分，在進(jìn)化上十分保守。十分保守。 真核生物的染色體上主真核生物的染色體上主要含有要含有5種組蛋白，即核種組蛋白，即核心組蛋白心組蛋白H2a、H2b、H3、H4及連接組蛋白及連接組蛋白H1。 核心組蛋白八聚體、蛋核心組蛋白八聚體、蛋白白H1和和200 bp的的DNA共共同組成了核小體。同組成了核小體。組蛋

39、白修飾的結(jié)構(gòu)組蛋白修飾的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)基礎(chǔ)組蛋白修飾的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)組蛋白修飾的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 5 種組蛋白中，除種組蛋白中，除H1 的的N 端富含疏水氨基酸，端富含疏水氨基酸，C 端端富含堿性氨基酸之外，其余富含堿性氨基酸之外，其余4種都是種都是N 端富含堿性氨端富含堿性氨基酸基酸(如精氨酸、賴氨酸如精氨酸、賴氨酸)，C 端富含疏水氨基酸端富含疏水氨基酸(如如纈氨酸、異亮氨酸纈氨酸、異亮氨酸)。 在組蛋白中帶有折疊基序在組蛋白中帶有折疊基序(motif)的的C 端結(jié)構(gòu)域與組蛋端結(jié)構(gòu)域與組蛋白分子間發(fā)生相互作用，并與白分子間發(fā)生相互作用，并與DNA 的纏繞有關(guān)。的纏繞有關(guān)。 N 端可同其他調(diào)節(jié)蛋白和端可同其他調(diào)

40、節(jié)蛋白和DNA 作用，且富含賴氨酸，作用，且富含賴氨酸，具有高度精細(xì)的可變區(qū)。具有高度精細(xì)的可變區(qū)。 組蛋白組蛋白N端端尾部的尾部的1538 個(gè)氨基酸殘基是翻譯后修個(gè)氨基酸殘基是翻譯后修飾的主要位點(diǎn)，飾的主要位點(diǎn)，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)DNA 的生物學(xué)功能。的生物學(xué)功能。 組蛋白修飾、組蛋白密碼與表觀遺傳學(xué)組蛋白修飾、組蛋白密碼與表觀遺傳學(xué) 單一組蛋白的修飾往往不能獨(dú)立地發(fā)揮作用，一個(gè)單一組蛋白的修飾往往不能獨(dú)立地發(fā)揮作用，一個(gè)或多個(gè)組蛋白尾部的不同共價(jià)修飾依次發(fā)揮作用或或多個(gè)組蛋白尾部的不同共價(jià)修飾依次發(fā)揮作用或組合在一起，形成一個(gè)修飾的級(jí)聯(lián)，它們通過協(xié)同組合在一起，形成一個(gè)修飾的級(jí)聯(lián)，它們通過協(xié)同或拮抗

41、來共同發(fā)揮作用這些多樣性的修飾以及它或拮抗來共同發(fā)揮作用這些多樣性的修飾以及它們時(shí)間和空間上的組合與生物學(xué)功能的關(guān)系可作為們時(shí)間和空間上的組合與生物學(xué)功能的關(guān)系可作為一種重要的表觀標(biāo)志或語言，也被稱為一種重要的表觀標(biāo)志或語言，也被稱為“組蛋白密組蛋白密碼碼” (histone code)。 組蛋白修飾與組蛋白修飾與DNA DNA 甲基化、染色體重塑和非編碼甲基化、染色體重塑和非編碼RNA RNA 調(diào)控等，在基因的調(diào)控等，在基因的DNA DNA 序列不發(fā)生改變時(shí)，使序列不發(fā)生改變時(shí)，使基因的表達(dá)發(fā)生改變，并且這種改變還能通過有絲基因的表達(dá)發(fā)生改變，并且這種改變還能通過有絲分裂和減數(shù)分裂進(jìn)行遺傳，

42、這種遺傳方式是遺傳學(xué)分裂和減數(shù)分裂進(jìn)行遺傳，這種遺傳方式是遺傳學(xué)的一個(gè)分支，被稱為的一個(gè)分支，被稱為“表觀遺傳學(xué)表觀遺傳學(xué)”。組蛋白密碼。組蛋白密碼擴(kuò)展了擴(kuò)展了DNA DNA 序列自身包含的遺傳信息，構(gòu)成了重要序列自身包含的遺傳信息，構(gòu)成了重要的表觀遺傳學(xué)標(biāo)志。的表觀遺傳學(xué)標(biāo)志。Histone Modification and Remodeling Play an Essential Role in Transcriptional ActivationHistone modifications on the nucleosome core particle. Posttranslational

43、 modification sites are indicated by the residue numbers and the colored symbols, which are defined in the key at the lower left (acK acetyl-Lys, meR methyl-Arg, meK methyl-Lys, PS phospho-Ser, and uK ubiquitinated Lys). Note that H3 Lys 9 can be either methylated or acetylated. The N-terminal tail

44、modifications are shown on only one of the two copies of H3 and H4 and only one molecule each of H2A and H2B are shown. The C- terminal tails of one H2A and one H2B are represented by dashed lines. The green arrows indicate the sites in intact完整完整 nucleosomes that are susceptible to易被易被 trypsin clea

45、vage. Histone-Modifying Enzymes, the sites for modification are marked in color 組蛋白修飾的調(diào)節(jié)組蛋白修飾的調(diào)節(jié) 組蛋白的不同化學(xué)修飾之間相互作用，不組蛋白的不同化學(xué)修飾之間相互作用，不僅表現(xiàn)為同種組蛋白不同殘基的一種修飾僅表現(xiàn)為同種組蛋白不同殘基的一種修飾能加速或抑制另一修飾的發(fā)生，并且在影能加速或抑制另一修飾的發(fā)生，并且在影響其他組蛋白殘基的同時(shí)，也受到另外組響其他組蛋白殘基的同時(shí)，也受到另外組蛋白殘基修飾的調(diào)節(jié)。蛋白殘基修飾的調(diào)節(jié)。 另一方面，組蛋白上相同氨基酸殘基不同另一方面，組蛋白上相同氨基酸殘基不同修飾

46、之間也會(huì)發(fā)生協(xié)同或者拮抗。修飾之間也會(huì)發(fā)生協(xié)同或者拮抗。 同一組蛋白的不同修飾類型之間發(fā)生相互同一組蛋白的不同修飾類型之間發(fā)生相互影響稱順式作用，不同組蛋白的修飾之間影響稱順式作用，不同組蛋白的修飾之間發(fā)生的相互影響稱反式作用。發(fā)生的相互影響稱反式作用。 1.1.磷酸化與去磷酸化磷酸化與去磷酸化 組蛋白磷酸化在有絲分裂、細(xì)胞死亡、組蛋白磷酸化在有絲分裂、細(xì)胞死亡、DNA損傷損傷修復(fù)、修復(fù)、DNA 復(fù)制和重組過程中發(fā)揮著直接的作復(fù)制和重組過程中發(fā)揮著直接的作用。用。 例如，組蛋白例如，組蛋白H3 N 端的磷酸化可能促進(jìn)染色質(zhì)端的磷酸化可能促進(jìn)染色質(zhì)在有絲分裂期間的凝集。在有絲分裂期間的凝集。 組

47、蛋白組蛋白H1 被細(xì)胞周期蛋白依賴的激酶磷酸化是被細(xì)胞周期蛋白依賴的激酶磷酸化是其翻譯后主要的修飾作用。組蛋白其翻譯后主要的修飾作用。組蛋白H1 的磷酸化的磷酸化能夠影響能夠影響DNA 二級(jí)結(jié)構(gòu)的改變和染色體凝集狀二級(jí)結(jié)構(gòu)的改變和染色體凝集狀態(tài)的改變。態(tài)的改變。 另一方面，組蛋白另一方面，組蛋白H1 的磷酸化需要的磷酸化需要DNA 的復(fù)制，的復(fù)制，并且激活并且激活DNA 復(fù)制的蛋白激酶也促進(jìn)組蛋白復(fù)制的蛋白激酶也促進(jìn)組蛋白H1 的磷酸化。因此，組蛋白的磷酸化。因此，組蛋白H1 磷酸化與磷酸化與DNA 的復(fù)的復(fù)制存在一個(gè)協(xié)同發(fā)生的機(jī)制制存在一個(gè)協(xié)同發(fā)生的機(jī)制。組蛋白相同殘基修飾之間的調(diào)節(jié)組蛋白相

48、同殘基修飾之間的調(diào)節(jié) 2. 組蛋白的乙酰化和去乙?；M蛋白的乙?；腿ヒ阴；?組蛋白乙酰化與去乙?；謩e是由組蛋白乙?；c去乙酰化，分別是由組蛋白乙酰轉(zhuǎn)組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶移酶(HAT)(HAT)和去乙酰化轉(zhuǎn)移酶和去乙?；D(zhuǎn)移酶(HDAC) (HDAC) 催化催化的。的。 HAT HAT 和和HDAC HDAC 催化的乙?；磻?yīng)在真核生物基因的表催化的乙?；磻?yīng)在真核生物基因的表達(dá)調(diào)控中起著重要作用，這兩種酶通過對(duì)核心組蛋達(dá)調(diào)控中起著重要作用，這兩種酶通過對(duì)核心組蛋白進(jìn)行可逆修飾來調(diào)節(jié)核心組蛋白的乙酰化水平，白進(jìn)行可逆修飾來調(diào)節(jié)核心組蛋白的乙酰化水平，從而調(diào)控轉(zhuǎn)錄的起始與延伸。從而調(diào)控轉(zhuǎn)錄的起始

49、與延伸。 一般來說，一般來說，組蛋白的乙酰化促進(jìn)轉(zhuǎn)錄，而去乙酰化組蛋白的乙?；龠M(jìn)轉(zhuǎn)錄，而去乙?；瘎t抑制轉(zhuǎn)錄。則抑制轉(zhuǎn)錄。 組蛋白相同殘基修飾之間的調(diào)節(jié)組蛋白相同殘基修飾之間的調(diào)節(jié) 核心組蛋白核心組蛋白N 端的末端富含賴氨酸，端的末端富含賴氨酸， 生理生理?xiàng)l件下條件下帶正電帶正電，它可與帶負(fù)電的，它可與帶負(fù)電的DNA 或相或相鄰的核小體發(fā)生作用，鄰的核小體發(fā)生作用， 導(dǎo)致核小體構(gòu)象緊導(dǎo)致核小體構(gòu)象緊湊及染色質(zhì)高度折疊。湊及染色質(zhì)高度折疊。 乙酰化使組蛋白與乙?；菇M蛋白與DNA 間的作用減弱，導(dǎo)間的作用減弱，導(dǎo)致染色質(zhì)構(gòu)象松散，這種構(gòu)象有利于轉(zhuǎn)錄致染色質(zhì)構(gòu)象松散，這種構(gòu)象有利于轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子的接

50、近，從而可以和轉(zhuǎn)錄因子結(jié)調(diào)節(jié)因子的接近，從而可以和轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，促進(jìn)基因的轉(zhuǎn)錄。合，促進(jìn)基因的轉(zhuǎn)錄。HAT催化的組蛋白催化的組蛋白Lys的乙的乙?；兔撘阴；；兔撘阴；疞egubeLegube 等提出，調(diào)控等提出，調(diào)控HAT HAT 和和HDAC HDAC 的機(jī)制主要分為三類，的機(jī)制主要分為三類，即調(diào)節(jié)酶量、調(diào)節(jié)酶活性、調(diào)即調(diào)節(jié)酶量、調(diào)節(jié)酶活性、調(diào)節(jié)與特異性轉(zhuǎn)錄因子相互作用節(jié)與特異性轉(zhuǎn)錄因子相互作用. .3. 組蛋白的甲基化和去甲基化修飾組蛋白的甲基化和去甲基化修飾 組蛋白甲基化由特異的組蛋白甲基化由特異的組蛋白甲基組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶和和脫甲基酶脫甲基酶協(xié)調(diào)催化完成，協(xié)調(diào)催化完成，是一

51、個(gè)可逆的是一個(gè)可逆的動(dòng)態(tài)修飾動(dòng)態(tài)修飾過程。過程。組蛋白相同殘基修飾之間的調(diào)節(jié)組蛋白相同殘基修飾之間的調(diào)節(jié) （1） 組蛋白賴氨酸甲基化組蛋白賴氨酸甲基化 組蛋白組蛋白賴氨酸賴氨酸甲基化發(fā)生在甲基化發(fā)生在H3-K4、H3-K9、 H3-K27、H3-K36、 H3-K79和和H4-K20 上，上， 還還可發(fā)生于可發(fā)生于H1 N 端。端。 H3-K9、 H3-K27、H4-K20 的甲基化與染色體的的甲基化與染色體的鈍化鈍化過程有關(guān)，而過程有關(guān)，而H4-K9 的甲基化可能與大范圍的甲基化可能與大范圍的染色質(zhì)水平的的染色質(zhì)水平的抑制抑制有關(guān)。有關(guān)。 H3-K4、H3-K36、 H3-K79 位的甲基化

52、與染色體位的甲基化與染色體轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄激活過程激活過程有關(guān)，其中有關(guān)，其中H3-K4 的單甲基化修飾的單甲基化修飾可以對(duì)抗可以對(duì)抗H4-K9 甲基化所導(dǎo)致的基因抑制。甲基化所導(dǎo)致的基因抑制。（2 2）組蛋白精氨酸甲基化組蛋白精氨酸甲基化 組蛋白精氨酸甲基化位點(diǎn)為組蛋白精氨酸甲基化位點(diǎn)為H3-R2、H3-R4、 H3-R17和和H3-R26，它們都可以，它們都可以增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄。 組蛋白組蛋白的甲基化修飾主要是由一類含有組蛋白組蛋白的甲基化修飾主要是由一類含有SET結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域的蛋白來執(zhí)行的。的蛋白來執(zhí)行的。Histone Methylation SET蛋白蛋白是一類包含保守的是一類包含保守的SE

53、T結(jié)構(gòu)域、與組蛋結(jié)構(gòu)域、與組蛋白甲基化密切相關(guān)的蛋白質(zhì)。白甲基化密切相關(guān)的蛋白質(zhì)。 4. 組蛋白的泛素化與去泛素化修飾組蛋白的泛素化與去泛素化修飾 組蛋白泛素化也是可逆轉(zhuǎn)的調(diào)控。組蛋白泛素化也是可逆轉(zhuǎn)的調(diào)控。 組蛋白泛素化的動(dòng)態(tài)平衡過程由兩個(gè)因素決定：組蛋白泛素化的動(dòng)態(tài)平衡過程由兩個(gè)因素決定：細(xì)細(xì)胞內(nèi)可以利用的游離泛素、組蛋白泛素化或去泛素胞內(nèi)可以利用的游離泛素、組蛋白泛素化或去泛素化酶的活性。化酶的活性。 組蛋白泛素化需要一系列酶組蛋白泛素化需要一系列酶E1、E2、E3 的作用，而的作用，而組蛋白去泛素化則需要肽酶的作用。組蛋白去泛素化則需要肽酶的作用。 組蛋白組蛋白H2A 泛素化修飾位點(diǎn)是

54、高度保守的泛素化修飾位點(diǎn)是高度保守的H2AK119 位點(diǎn)。位點(diǎn)。 除了除了H2A 以外，組蛋白以外，組蛋白H2B 也可以被泛素化修飾。也可以被泛素化修飾。 H2B 的泛素化位點(diǎn)也定位于的泛素化位點(diǎn)也定位于C 端的端的賴氨酸賴氨酸殘基：哺殘基：哺乳動(dòng)物的乳動(dòng)物的H2BK120 位點(diǎn)，芽殖酵母的位點(diǎn)，芽殖酵母的H2BK123 位點(diǎn)。位點(diǎn)。 泛素化形式的泛素化形式的H3 不多，僅在大鼠睪丸變態(tài)的精子不多，僅在大鼠睪丸變態(tài)的精子細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)。細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)。 相比而言，組蛋白相比而言，組蛋白H3、H1 的泛素化形式比的泛素化形式比H2A、H2B 少，目前也還沒有發(fā)現(xiàn)組蛋白少，目前也還沒有發(fā)現(xiàn)組蛋白H3、H

55、1 的泛的泛素化位點(diǎn)。素化位點(diǎn)。 泛素部分可以通過泛素泛素部分可以通過泛素76 位點(diǎn)甘氨酸的肽鍵水解位點(diǎn)甘氨酸的肽鍵水解而去除。而去除。 目前發(fā)現(xiàn)至少有目前發(fā)現(xiàn)至少有90 種種去泛素化酶去泛素化酶，并且這些酶有，并且這些酶有序列多樣性。序列多樣性。 去泛素化酶分為兩個(gè)家族，去泛素化酶分為兩個(gè)家族，泛素羧基端水解酶泛素羧基端水解酶家家族族(Ub C-terminal hydrolase，UCH)和和泛素特異性泛素特異性加工蛋白酶家族加工蛋白酶家族(Ub-specific processing protease，UBP)。 5.2 蛋白質(zhì)的可逆磷酸化作用概述蛋白質(zhì)的可逆磷酸化作用概述5.2.1 蛋

56、白質(zhì)可逆磷酸化作用的特點(diǎn)蛋白質(zhì)可逆磷酸化作用的特點(diǎn)5.2.2 可逆磷酸化作用調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)活性的機(jī)制可逆磷酸化作用調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)活性的機(jī)制蛋白質(zhì)的磷酸化和去磷酸化作用蛋白質(zhì)的磷酸化和去磷酸化作用蛋白質(zhì)可逆磷酸化概念蛋白質(zhì)可逆磷酸化概念 磷酸化反應(yīng)是泛指把磷酸基團(tuán)通過酶促反磷酸化反應(yīng)是泛指把磷酸基團(tuán)通過酶促反應(yīng)轉(zhuǎn)移到其他化合物的過程。應(yīng)轉(zhuǎn)移到其他化合物的過程。 蛋白質(zhì)的磷酸化則是指由蛋白激酶催化的蛋白質(zhì)的磷酸化則是指由蛋白激酶催化的把把ATP或或GTP 位位的磷酸基轉(zhuǎn)移到底物蛋的磷酸基轉(zhuǎn)移到底物蛋白質(zhì)氨基酸殘基上的過程，其逆轉(zhuǎn)過程是白質(zhì)氨基酸殘基上的過程，其逆轉(zhuǎn)過程是由蛋白磷酸酶催化的，稱為蛋白質(zhì)的脫磷

57、由蛋白磷酸酶催化的，稱為蛋白質(zhì)的脫磷酸化。酸化。蛋白質(zhì)可逆磷酸化修飾是調(diào)控各種各樣生蛋白質(zhì)可逆磷酸化修飾是調(diào)控各種各樣生物學(xué)功能的通用機(jī)制物學(xué)功能的通用機(jī)制 1955年美國生化學(xué)家年美國生化學(xué)家Krebs E.G.和和Fischer E.H.發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶的調(diào)節(jié)機(jī)制，并因此獲得的調(diào)節(jié)機(jī)制，并因此獲得1992年諾年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。 受這種方式調(diào)控的許多生理生化過程：受這種方式調(diào)控的許多生理生化過程：基因的復(fù)制基因的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄，分子識(shí)別和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，蛋白質(zhì)的合成與降和轉(zhuǎn)錄，分子識(shí)別和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，蛋白質(zhì)的合成與降解，物質(zhì)代謝與跨膜運(yùn)輸，細(xì)胞形態(tài)建成與肌肉收解，物質(zhì)代謝

58、與跨膜運(yùn)輸，細(xì)胞形態(tài)建成與肌肉收縮，細(xì)胞周期的運(yùn)轉(zhuǎn)，細(xì)胞增殖與分化，腫瘤發(fā)生縮，細(xì)胞周期的運(yùn)轉(zhuǎn)，細(xì)胞增殖與分化，腫瘤發(fā)生以及包括學(xué)習(xí)記憶在內(nèi)的高級(jí)神經(jīng)活動(dòng)等等。以及包括學(xué)習(xí)記憶在內(nèi)的高級(jí)神經(jīng)活動(dòng)等等。 蛋白質(zhì)的可逆磷酸化是許多信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑實(shí)現(xiàn)其生蛋白質(zhì)的可逆磷酸化是許多信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑實(shí)現(xiàn)其生物學(xué)功能的樞紐（圖物學(xué)功能的樞紐（圖5.1）。）。圖圖5.1 蛋白質(zhì)可逆磷酸化在介導(dǎo)信號(hào)物質(zhì)生物效應(yīng)中的蛋白質(zhì)可逆磷酸化在介導(dǎo)信號(hào)物質(zhì)生物效應(yīng)中的作用作用光光血紅素血紅素多胺多胺生長因子生長因子干擾素干擾素甾類激素甾類激素cAMP藥物藥物肽類激素肽類激素神經(jīng)遞質(zhì)神經(jīng)遞質(zhì)前列腺素前列腺素Ca2+藥物藥物膜去極化

59、膜去極化神經(jīng)沖動(dòng)神經(jīng)沖動(dòng)神經(jīng)遞質(zhì)神經(jīng)遞質(zhì)激素激素蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)OH蛋白質(zhì)可逆磷酸化系統(tǒng)蛋白質(zhì)可逆磷酸化系統(tǒng)ATP 蛋白激酶蛋白激酶 ADPP蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶PiH2O致癌病毒致癌病毒多種生物多種生物效應(yīng)效應(yīng)藥物藥物神經(jīng)遞質(zhì)神經(jīng)遞質(zhì)激素激素前列腺素前列腺素cGMP磷脂酰肌醇系磷脂酰肌醇系統(tǒng)統(tǒng)5.2.1 蛋白質(zhì)可逆磷酸化作用的特點(diǎn)蛋白質(zhì)可逆磷酸化作用的特點(diǎn) 磷酸化是目前已知的最主要的調(diào)節(jié)修飾方式：真磷酸化是目前已知的最主要的調(diào)節(jié)修飾方式：真核細(xì)胞的核細(xì)胞的1/3到到1/2處于磷酸化狀態(tài)。處于磷酸化狀態(tài)。 一些蛋白質(zhì)只有一個(gè)磷酸化殘基，一些則有幾個(gè)，一些蛋白質(zhì)只有一個(gè)磷酸化殘基，一些則

60、有幾個(gè)，少數(shù)蛋白質(zhì)有幾十個(gè)磷酸化位點(diǎn)。少數(shù)蛋白質(zhì)有幾十個(gè)磷酸化位點(diǎn)。 原核細(xì)胞通過蛋白質(zhì)可逆磷酸化進(jìn)行調(diào)控的生理原核細(xì)胞通過蛋白質(zhì)可逆磷酸化進(jìn)行調(diào)控的生理生化過程相對(duì)較少。生化過程相對(duì)較少。 隨著生物進(jìn)化，越是高等生物這種調(diào)節(jié)方式的使隨著生物進(jìn)化，越是高等生物這種調(diào)節(jié)方式的使用越普遍，表明蛋白質(zhì)可逆磷酸化作用具有顯著用越普遍，表明蛋白質(zhì)可逆磷酸化作用具有顯著的優(yōu)勢(shì)和特殊的重要性。的優(yōu)勢(shì)和特殊的重要性。蛋白質(zhì)可逆磷酸化特點(diǎn)蛋白質(zhì)可逆磷酸化特點(diǎn)（1）專一性強(qiáng)）專一性強(qiáng) 胞外信號(hào)胞外信號(hào)經(jīng)經(jīng)胞內(nèi)信使胞內(nèi)信使控制蛋白激酶和蛋控制蛋白激酶和蛋白磷酸酶的活性，通過對(duì)特定白磷酸酶的活性，通過對(duì)特定靶蛋白靶蛋