蛋白质翻译后修饰与加工精选课件.ppt

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1、关于蛋白质翻译后修饰与加工第一页，本课件共有128页v蛋白质翻译后修饰蛋白质翻译后修饰,是指在是指在mRNAmRNA被翻译成蛋白质后被翻译成蛋白质后,对蛋白质对蛋白质上个别氨基酸残基进行共价修饰的过程上个别氨基酸残基进行共价修饰的过程.v蛋白质翻译后修饰在生命体中具有十分重要的作用蛋白质翻译后修饰在生命体中具有十分重要的作用.人类人类基因组计划的完成是基因组计划的完成是2020世纪最伟大的科技成果之一。在对人世纪最伟大的科技成果之一。在对人类基因组进行仔细研究后发现类基因组进行仔细研究后发现,人类基因大约有人类基因大约有 30000-30000-50000 50000 个，这仅仅是线虫和果蝇染

2、色体基因数的个，这仅仅是线虫和果蝇染色体基因数的 3-53-5倍倍.而而生命体内复杂生命过程的调控生命体内复杂生命过程的调控,仅仅靠这样小数目的基因仅仅靠这样小数目的基因远不能满足需要。远不能满足需要。v因此因此,蛋白质翻译后修饰过程尤为重要，它使蛋白质的结构蛋白质翻译后修饰过程尤为重要，它使蛋白质的结构更为复杂更为复杂,功能更为完善功能更为完善,调节更为精细调节更为精细,作用更为专一。作用更为专一。v细胞内许多蛋白质的功能细胞内许多蛋白质的功能,是通过动态的蛋白质翻译后修饰是通过动态的蛋白质翻译后修饰来调控的来调控的;细胞的许多生理功能细胞的许多生理功能,例如细胞对外界环境的例如细胞对外界环

3、境的应答应答,也是通过动态的蛋白质翻译后修饰来实现的。人类生也是通过动态的蛋白质翻译后修饰来实现的。人类生命过程的复杂性不单是基因直接表达的结果命过程的复杂性不单是基因直接表达的结果,正是蛋白质翻正是蛋白质翻译后修饰译后修饰,使得一个基因并不只对应一个蛋白质使得一个基因并不只对应一个蛋白质,从而赋予从而赋予人类生命过程更多的复杂性人类生命过程更多的复杂性.第二页，本课件共有128页v在真核动物在真核动物细胞中有细胞中有2020多种蛋白质多种蛋白质翻译后修饰翻译后修饰过程，常见过程，常见的有泛素化、的有泛素化、磷酸化与去磷酸化与去磷酸化、糖磷酸化、糖基化与去糖基化与去糖基化、脂基基化、脂基化、甲

4、基化化、甲基化和乙酰化等。和乙酰化等。第三页，本课件共有128页v近年来近年来,随着人类基因组和蛋随着人类基因组和蛋 白质组学工作的开展白质组学工作的开展,关关于蛋白质翻译后修饰的研究也取得一系列进展于蛋白质翻译后修饰的研究也取得一系列进展.v磷酸化涉及细胞信号转导、神经活动、肌肉收缩以及磷酸化涉及细胞信号转导、神经活动、肌肉收缩以及细胞的增殖、发育和分化等生理病理过程细胞的增殖、发育和分化等生理病理过程;v糖基化在许多生物过程中如免疫保护、病毒的复制、糖基化在许多生物过程中如免疫保护、病毒的复制、细胞生长、炎症的产生等起着重要的作用细胞生长、炎症的产生等起着重要的作用;v脂基化对于生物体内的

5、信号转导过程起着非常关键的作脂基化对于生物体内的信号转导过程起着非常关键的作用用;v组蛋白上的甲基化和乙酰化与转录调节有关。组蛋白上的甲基化和乙酰化与转录调节有关。在体在体内，各种翻译后修饰过程不是孤立存在的。内，各种翻译后修饰过程不是孤立存在的。第四页，本课件共有128页v原核生物中肽链起始合成时，原核生物中肽链起始合成时，N N端为甲酰甲硫氨酸，端为甲酰甲硫氨酸，真核肽链合成时真核肽链合成时N N端是甲硫氨酸，但是成熟的蛋端是甲硫氨酸，但是成熟的蛋白质中白质中N N端并无甲酰甲硫氨酸，大多数蛋自质的端并无甲酰甲硫氨酸，大多数蛋自质的N N端端也不是甲硫氨酸。也不是甲硫氨酸。v在生物合成过程

6、中新生的肽链在生物合成过程中新生的肽链N N端由去甲酞基酶去端由去甲酞基酶去除甲酰甲硫氨酸残基的甲酰基，氨肽酶去除除甲酰甲硫氨酸残基的甲酰基，氨肽酶去除N N端甲硫端甲硫氨酸或氨酸或N N端某些氨基酸残基。一些分泌性蛋白质、端某些氨基酸残基。一些分泌性蛋白质、激素及酶最初合成的是不具有生物活性的前体，如激素及酶最初合成的是不具有生物活性的前体，如白蛋白原、胰岛素原等。白蛋白原、胰岛素原等。v蛋白质前体要经过蛋白酶切割，去除一部分肽段后蛋白质前体要经过蛋白酶切割，去除一部分肽段后才具有活性。它可以分为两种类型：才具有活性。它可以分为两种类型：蛋白质前体蛋白质前体在细胞内被加工成有生物活性的蛋白质

7、，然后分泌在细胞内被加工成有生物活性的蛋白质，然后分泌到胞外；到胞外；蛋白质前体被分泌到胞外或消化道，被蛋白质前体被分泌到胞外或消化道，被蛋白酶加工成有生物活性的蛋白质，如前胶原分子蛋白酶加工成有生物活性的蛋白质，如前胶原分子活化为胶原分子，胰蛋白酶原激活等。活化为胶原分子，胰蛋白酶原激活等。第五页，本课件共有128页第一节第一节 蛋白质的糖基化蛋白质的糖基化 v大多数蛋白质以糖蛋白形式存在大多数蛋白质以糖蛋白形式存在,它们包括酶、免疫球蛋白、载体它们包括酶、免疫球蛋白、载体蛋白、激素、毒素、凝集素和结构蛋白蛋白、激素、毒素、凝集素和结构蛋白,功能涉及细胞识别、信息功能涉及细胞识别、信息传递、

8、激素调节、受精、发生、发育、分化、神经系统和免疫系统恒传递、激素调节、受精、发生、发育、分化、神经系统和免疫系统恒态维持等各个方面。而且知道态维持等各个方面。而且知道,病菌、病毒的侵染，癌细胞的增殖及病菌、病毒的侵染，癌细胞的增殖及转移转移,自身免疫疾病等都与细胞表面的糖密切相关。自身免疫疾病等都与细胞表面的糖密切相关。v糖蛋白是蛋白质通过共价键与糖类结合的复合物，其中的糖基少则只糖蛋白是蛋白质通过共价键与糖类结合的复合物，其中的糖基少则只有一个，多则可达数百个，后者的糖基常常连接成寡糖链，又称为聚有一个，多则可达数百个，后者的糖基常常连接成寡糖链，又称为聚糖（糖（glycanglycan）。

9、）。第六页，本课件共有128页1 1，糖肽连接键的类型，糖肽连接键的类型 v一条寡糖链与蛋白质中氨基酸残基可通过多种一条寡糖链与蛋白质中氨基酸残基可通过多种方式共价连接，从而构成糖蛋白的糖肽连接键方式共价连接，从而构成糖蛋白的糖肽连接键（简称糖肽键）。参与糖肽共价连接的氨基酸（简称糖肽键）。参与糖肽共价连接的氨基酸种类较少，常见的是丝氨酸、苏氨酸、天冬酰种类较少，常见的是丝氨酸、苏氨酸、天冬酰胺、羟赖氨酸、羟脯氨酸。胺、羟赖氨酸、羟脯氨酸。第七页，本课件共有128页O-糖肽键连接糖肽键连接N-糖肽键连接糖肽键连接GalNAc 乙酰半乳糖胺乙酰半乳糖胺 GlcNAc 乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺第八

10、页，本课件共有128页Roles of oligosaccharides in recognition and adhesion at the cell surface第九页，本课件共有128页 (2)(2)凝集素的特异结合作用凝集素的特异结合作用 v凝凝集集素素是是一一类类广广泛泛存存在在于于自自然然界界的的一一大大类类非非免免疫疫来来源源的的蛋蛋白白质质或或糖糖蛋蛋白白，它它能能与与糖糖专专一一性性地地、非非共共价价地地可可逆逆结结合合，并并且且有有凝凝集集血血细细胞胞的的作作用用，故故称称为为凝凝集素。集素。v凝集素可与糖专一性地结合。目前按结合糖的类型，凝集素可与糖专一性地结合。目前按

11、结合糖的类型，凝集素可分为六类：凝集素可分为六类：D-D-甘露糖或甘露糖或D-D-葡萄糖；葡萄糖；N-N-乙酰乙酰氨基葡萄糖；氨基葡萄糖；N-N-乙酰氨基半乳糖；乙酰氨基半乳糖；D-D-半乳糖；半乳糖；L-L-岩藻岩藻糖；唾液酸。糖；唾液酸。v在植物凝集素中，只有麦胚凝集素（在植物凝集素中，只有麦胚凝集素（WGAWGA）可专一结）可专一结合唾液酸。合唾液酸。第十页，本课件共有128页第十一页，本课件共有128页v细胞间的粘附是细胞间相互作用起决定细胞间的粘附是细胞间相互作用起决定性作用的起始步骤。作为致病的微生物，性作用的起始步骤。作为致病的微生物，首先对宿主细胞进行粘着，然后才能感首先对宿主

12、细胞进行粘着，然后才能感染和致病。染和致病。v细胞表面的凝集素能专一地识别并结合细胞表面的凝集素能专一地识别并结合另一细胞的糖链。凝集素的这种特性，另一细胞的糖链。凝集素的这种特性，在细胞与细胞，细胞与基质的粘附中起在细胞与细胞，细胞与基质的粘附中起一定作用。一定作用。第十二页，本课件共有128页v19901990年年1111月，三个小组同时发现了血管内月，三个小组同时发现了血管内皮细胞白细胞黏附分子皮细胞白细胞黏附分子1 1（ELAMELAM1 1），），后改称后改称E E选择素（选择素（E-selectinE-selectin），又称为），又称为动物凝集素，能识别白细胞表面的动物凝集素，能

13、识别白细胞表面的SLeSLex x(一种血型抗原一种血型抗原)四聚糖。四聚糖。v当组织受损或感染时，白细胞黏附于内皮当组织受损或感染时，白细胞黏附于内皮细胞，沿血管壁滚动并穿过管壁进入受损细胞，沿血管壁滚动并穿过管壁进入受损组织，杀灭入侵病原物，但过多的白细胞组织，杀灭入侵病原物，但过多的白细胞聚集，则会引起炎症及类风湿等自身免疫聚集，则会引起炎症及类风湿等自身免疫疾病。疾病。第十三页，本课件共有128页第十四页，本课件共有128页v美籍华裔科学家王启辉首先用酶法合成了美籍华裔科学家王启辉首先用酶法合成了SLexSLex，并已，并已由由CytelCytel公司生产。公司生产。GlycomedG

14、lycomed公司则从中药甘草中，找公司则从中药甘草中，找到了到了SLexSLex的类似物甘草素，可用于封闭血管内皮细胞表的类似物甘草素，可用于封闭血管内皮细胞表面的面的E E选择蛋白，从而达到抗炎的目的。选择蛋白，从而达到抗炎的目的。第十五页，本课件共有128页第十六页，本课件共有128页SlexSlex及其模拟物的结构及其模拟物的结构第十七页，本课件共有128页（3 3）构成某些抗原的决定子）构成某些抗原的决定子 v聚聚糖糖与与细细胞胞和和生生物物分分子子的的一一个个很很重重要要的的特特性性就就是是表表型型和和抗抗原原性性，据据此此细细胞胞和和分分子子能能彼彼此此区区别别，人人类类的的AB

15、OABO血血型型以以及及相相关关血血型型抗抗原原性性是是由由糖糖链链决决定定的的。A A型型和和B B型型抗抗原原决决定定簇簇的的不不同同只只是是在在于于糖糖蛋蛋白白和和糖糖脂脂中中的的糖糖链链的的非非还还原原端端的的一一个个糖糖残残基基：A A型型为为N-N-乙酰氨基半乳糖乙酰氨基半乳糖(GalNAc)(GalNAc)；B B型为半乳糖型为半乳糖(Gal)(Gal)。vA A型血的个体，他们的血液中含有抗型血的个体，他们的血液中含有抗B B型糖链结构的抗体；型糖链结构的抗体；B B型血的个体，其血液中则有抗型血的个体，其血液中则有抗A A型糖链结构的抗体。一旦输型糖链结构的抗体。一旦输入不同

16、血型的血液，就有可能引起免疫反应。入不同血型的血液，就有可能引起免疫反应。O O型血的个体的型血的个体的相应的糖链结构少了相应的糖链结构少了ABAB抗原非还原端的抗原非还原端的GalGal或或GalNAcGalNAc。为此，这。为此，这样的糖链结构不会和抗样的糖链结构不会和抗A A或抗或抗B B的抗体结合引起免疫反应。这样的抗体结合引起免疫反应。这样的血型抗原物质不仅存在于一些红细胞的表面，而且也存在于一的血型抗原物质不仅存在于一些红细胞的表面，而且也存在于一些表皮细胞的表面些表皮细胞的表面。第十八页，本课件共有128页第十九页，本课件共有128页三、糖蛋白的生物合成三、糖蛋白的生物合成 v糖

17、蛋白是复合蛋白，因此，糖蛋白的生物合成自然包括糖蛋白是复合蛋白，因此，糖蛋白的生物合成自然包括蛋白质的合成和糖链合成两个部分。糖蛋白中蛋白部分蛋白质的合成和糖链合成两个部分。糖蛋白中蛋白部分的合成和其他蛋白质的合成一样是在细胞质中的核糖体的合成和其他蛋白质的合成一样是在细胞质中的核糖体上进行，只是在肽链生物合成的同时或合成后，糖链作上进行，只是在肽链生物合成的同时或合成后，糖链作为一种翻译后加工的过程被接到肽链上的特定的糖基化为一种翻译后加工的过程被接到肽链上的特定的糖基化位点。位点。v糖链的存在对肽链的折叠，糖蛋白的进一步的成熟、分糖链的存在对肽链的折叠，糖蛋白的进一步的成熟、分拣、投送，以

18、及最后的定位都有重要的影响。拣、投送，以及最后的定位都有重要的影响。第二十页，本课件共有128页1 1，N-N-糖链的合成糖链的合成 vN-N-寡寡糖糖链链前前体体的的开开始始合合成成是是在在内内质质网网进进行行，随随后后又又在在高高尔基体内加工，全部合成大致可分为四步进行。尔基体内加工，全部合成大致可分为四步进行。v（1 1）合成以酯键相连的寡糖链前体；）合成以酯键相连的寡糖链前体；v（2 2）将寡糖链前体转移到正在增长着的肽链上；）将寡糖链前体转移到正在增长着的肽链上；v（3 3）除去寡糖链前体中的某些糖单位；）除去寡糖链前体中的某些糖单位；v（4 4）在剩余的寡糖核心上在加上另外的糖单位

19、。）在剩余的寡糖核心上在加上另外的糖单位。第二十一页，本课件共有128页1 1）寡寡糖糖链链前前体体的的合合成成 第二十二页，本课件共有128页2 2）寡糖链前体的转移）寡糖链前体的转移 v在寡糖链前体生物合成后，被完整地转移到在寡糖链前体生物合成后，被完整地转移到新生肽链的某些新生肽链的某些N-N-糖基化位点上（反应糖基化位点上（反应1 1），），在合成过程中作为糖基载体的在合成过程中作为糖基载体的Dol-P-PDol-P-P被游离被游离出来。出来。Dol-P-PDol-P-P经磷酸酶水解释放出无机磷酸，经磷酸酶水解释放出无机磷酸，变成磷酸长萜醇被循环使用。变成磷酸长萜醇被循环使用。第二十三

20、页，本课件共有128页3 3）寡糖链前体的后加工）寡糖链前体的后加工 v 转移到新生肽链上的寡糖链前体的后加工开始于内转移到新生肽链上的寡糖链前体的后加工开始于内质网，首先由两个不同的质网，首先由两个不同的-葡萄糖苷酶分别切除由葡萄糖苷酶分别切除由ManMan延伸的延伸的3 3个个GlcGlc（反应（反应2-32-3）和）和1 1个个ManMan（反应（反应4 4），随后），随后尚未完成加工过程的糖蛋白被裹在由膜形成的囊泡中转移尚未完成加工过程的糖蛋白被裹在由膜形成的囊泡中转移到高尔基体进一步加工。到高尔基体进一步加工。第二十四页，本课件共有128页4 4）N-N-糖链的成熟糖链的成熟 vN-

21、N-糖链的成熟过程糖链的成熟过程是在高尔基体内进是在高尔基体内进行的。在糖蛋白通行的。在糖蛋白通过高尔基体膜囊的过高尔基体膜囊的途中，甘露糖残基途中，甘露糖残基已经过修剪，已经过修剪，N-N-乙乙酰葡萄糖胺、半乳酰葡萄糖胺、半乳糖、岩藻糖以及唾糖、岩藻糖以及唾液酸残基都根据需液酸残基都根据需要连接到糖蛋白分要连接到糖蛋白分子上，从而完成它子上，从而完成它的加工（反应的加工（反应1-71-7）。）。第二十五页，本课件共有128页3 3，O-O-糖链的生物合成糖链的生物合成 v O-O-糖链的结构比糖链的结构比N-N-糖链简单，但是种类比糖链简单，但是种类比N-N-糖链多，肽糖链多，肽链中可以糖基

22、化的主要是丝氨酸和苏氨酸，此外还有酪氨链中可以糖基化的主要是丝氨酸和苏氨酸，此外还有酪氨酸、羟赖氨酸和羟脯氨酸，连接的位点是这些残基侧链上酸、羟赖氨酸和羟脯氨酸，连接的位点是这些残基侧链上的羟基氧原子，后者可以和很多种单糖生成糖苷键，其中的羟基氧原子，后者可以和很多种单糖生成糖苷键，其中以通过以通过GalNAcGalNAc和丝氨酸或苏氨酸残基相连的和丝氨酸或苏氨酸残基相连的O-O-糖链糖链(以下以下简称为简称为O-GalNAcO-GalNAc糖链糖链)研究得最多，这是因为这类研究得最多，这是因为这类O-O-糖糖链分布最广。链分布最广。v为此为此O-O-糖链的生物合成中也以糖链的生物合成中也以O

23、-GalNAcO-GalNAc糖链的生物糖链的生物合成研究得最详细。合成研究得最详细。第二十六页，本课件共有128页狗颌下唾液腺狗颌下唾液腺O-O-连接糖链的合成途径连接糖链的合成途径 vO-O-糖链生物合成过程最清楚的是黏蛋白的生物合成，黏蛋糖链生物合成过程最清楚的是黏蛋白的生物合成，黏蛋白是由颌下唾液腺分泌的一种白是由颌下唾液腺分泌的一种O-O-连接糖蛋白，它的合连接糖蛋白，它的合成是在高尔基体中进行的。成是在高尔基体中进行的。第二十七页，本课件共有128页四、蛋白糖基化和去糖基化的化学调控四、蛋白糖基化和去糖基化的化学调控 v在生物体内，大多数蛋白质都是以糖蛋白形式存在，在生物体内，大多

24、数蛋白质都是以糖蛋白形式存在，它们包括酶、免疫球蛋白、载体蛋白、激素、毒素、它们包括酶、免疫球蛋白、载体蛋白、激素、毒素、凝集素和结构蛋白，涉及到细胞识别、信息传递、激凝集素和结构蛋白，涉及到细胞识别、信息传递、激素调节、受精、发育、神经系统和免疫系统恒态维持素调节、受精、发育、神经系统和免疫系统恒态维持等各个方面的功能。等各个方面的功能。v许多疾病的发生和发展，如炎症及自身免疫疾病、老化、许多疾病的发生和发展，如炎症及自身免疫疾病、老化、癌细胞异常增殖及转移、病原体感染等都与糖蛋白寡糖癌细胞异常增殖及转移、病原体感染等都与糖蛋白寡糖链的变化密切相关。链的变化密切相关。v因此，针对糖链的变化，

25、利用小分子化合物抑制因此，针对糖链的变化，利用小分子化合物抑制糖苷转移酶和糖苷酶的催化活性，可以控制糖链糖苷转移酶和糖苷酶的催化活性，可以控制糖链的合成和水解，从而达到治疗疾病的目的。的合成和水解，从而达到治疗疾病的目的。第二十八页，本课件共有128页糖蛋白的去糖基化酶糖蛋白的去糖基化酶 v去糖基化的目的有三去糖基化的目的有三:(:(一一)检测碳水化合物在糖蛋白功能中的作检测碳水化合物在糖蛋白功能中的作用。用。(二二)测定糖蛋白中蛋白质部分的分子量测定糖蛋白中蛋白质部分的分子量,尤其在重组尤其在重组DNADNA研研究中究中,证明所产生的蛋白质是否为目的蛋白。证明所产生的蛋白质是否为目的蛋白。(

26、三三)制备抗蛋白制备抗蛋白质抗体。质抗体。v去糖基酶有三类去糖基酶有三类:外切型糖苷酶、内切型糖苷酶和糖胺酶外切型糖苷酶、内切型糖苷酶和糖胺酶(N-(N-糖肽酶糖肽酶)。v外切型糖苷酶能从糖链的非还原末端释放寡糖。例如外切型糖苷酶能从糖链的非还原末端释放寡糖。例如:唾液酸唾液酸酶、酶、-半乳糖苷酶、半乳糖苷酶、-N-N-乙酰氨基葡萄苷酶、乙酰氨基葡萄苷酶、-L-L-果糖苷果糖苷酶、酶、-N-N-乙酰氨基半乳糖苷酶、乙酰氨基半乳糖苷酶、-甘露糖苷酶、甘露糖苷酶、-甘露糖苷甘露糖苷酶等等。酶等等。v这些酶的应用有助于研究糖链的结构与功能的关系。例如这些酶的应用有助于研究糖链的结构与功能的关系。例如

27、:促红促红细胞生成素的去糖基化细胞生成素的去糖基化,当末端的糖即唾液酸、半乳糖、当末端的糖即唾液酸、半乳糖、G1cNAcG1cNAc被专一性的糖苷酶去掉时被专一性的糖苷酶去掉时,在体外测其活性逐渐提高在体外测其活性逐渐提高,进一步切去内部糖链则导致活性丧失。进一步切去内部糖链则导致活性丧失。第二十九页，本课件共有128页v内切型糖苷酶有如下几类：这些酶由于都是从糖内切型糖苷酶有如下几类：这些酶由于都是从糖链内部专一性切开某个键，因此在糖链结构分析链内部专一性切开某个键，因此在糖链结构分析以及结构与功能关系研究中非常有用，也是目前以及结构与功能关系研究中非常有用，也是目前糖基化工程中的重要酶糖基

28、化工程中的重要酶,，可应用于生物学的多个，可应用于生物学的多个领域。领域。v例如：近年来内切型例如：近年来内切型-半乳糖苷酶结合单克隆抗半乳糖苷酶结合单克隆抗体，免疫化学方法检测红细胞表面带有血型体，免疫化学方法检测红细胞表面带有血型Ii-Ii-抗原抗原的乳糖胺聚糖以及由聚乳糖胺修饰末端的各种抗的乳糖胺聚糖以及由聚乳糖胺修饰末端的各种抗原包括原包括ABHABH和和SSEA-1(Lex)SSEA-1(Lex)，建立了正常人红细胞，建立了正常人红细胞聚乳糖胺轮廓，并分析了遗传性贫血病人的不正聚乳糖胺轮廓，并分析了遗传性贫血病人的不正常糖基化轮廓。发现这类病人的红细胞含增高的常糖基化轮廓。发现这类病

29、人的红细胞含增高的聚乳糖胺神经酰胺。和乳糖系列的糖脂聚乳糖胺神经酰胺。和乳糖系列的糖脂,而其中而其中有两条糖蛋白带很少被聚乳糖胺糖基化。这是一有两条糖蛋白带很少被聚乳糖胺糖基化。这是一种糖基化缺陷病，现已对该病进行了广泛的分子种糖基化缺陷病，现已对该病进行了广泛的分子生物学研究。生物学研究。第三十页，本课件共有128页v糖胺酶糖胺酶(Glycoamidase,N-(Glycoamidase,N-糖苷酶糖苷酶)，这类酶目，这类酶目前主要有两类前主要有两类:糖胺酶糖胺酶A(A(来自来自Almond)Almond)和糖胺酶和糖胺酶F F(来自来自flavobacterium meningo sept

30、icum),flavobacterium meningo septicum),都水解都水解寡糖寡糖-G1cNAc-Asn-G1cNAc-Asn-肽肽,释放出完整的寡糖释放出完整的寡糖,并且对寡并且对寡糖结构特异性较宽糖结构特异性较宽,甘露糖型、复合型、杂合型甘露糖型、复合型、杂合型糖链均可释放糖链均可释放,包括所有含果糖基包括所有含果糖基,含二分型含二分型Glc-Glc-NAcNAc、-木糖、木糖、Gal-GlcNAcGal-GlcNAc重复单位以及含唾液重复单位以及含唾液酸基的酸基的N-N-乙酰乳糖氨型寡糖。但对肽分子专一乙酰乳糖氨型寡糖。但对肽分子专一性较强性较强,只能释放含只能释放含3-

31、403-40个氨基酸的糖肽分子的糖个氨基酸的糖肽分子的糖基基,对肽中氨基酸序列有一定要求。对肽中氨基酸序列有一定要求。v目前使用较多的为糖胺酶目前使用较多的为糖胺酶A,A,是分析是分析N-N-糖链的有用糖链的有用工具工具,结合核磁共振结合核磁共振,甲基化分析和外切型糖苷酶甲基化分析和外切型糖苷酶消化常用来定性分析由二维图谱分离的寡糖。消化常用来定性分析由二维图谱分离的寡糖。第三十一页，本课件共有128页1,-1,-葡萄糖苷酶抑制剂葡萄糖苷酶抑制剂 v-葡萄糖苷酶在机体的许多代谢过程中起着关键葡萄糖苷酶在机体的许多代谢过程中起着关键的作用，并与许多因代谢紊乱失调而引发的疾病有的作用，并与许多因代

32、谢紊乱失调而引发的疾病有密切关系，如糖尿病、癌症、病毒感染等。密切关系，如糖尿病、癌症、病毒感染等。v对肠道对肠道-葡萄糖苷酶具有抑制作用的一些化合物已葡萄糖苷酶具有抑制作用的一些化合物已成为治疗糖尿病的一类新药，如已经上市的治疗糖尿成为治疗糖尿病的一类新药，如已经上市的治疗糖尿病的拜糖平和米格列醇等。病的拜糖平和米格列醇等。v在寡糖链生物合成中，内质网内有两种在寡糖链生物合成中，内质网内有两种-葡萄糖葡萄糖苷酶催化寡糖链前体最末端的苷酶催化寡糖链前体最末端的3 3个葡萄糖基，以利于个葡萄糖基，以利于N-N-寡糖链的形成。因此，能够阻断寡糖链生物合寡糖链的形成。因此，能够阻断寡糖链生物合成的成

33、的-葡萄糖苷酶抑制剂，也被用作抗病毒和抗葡萄糖苷酶抑制剂，也被用作抗病毒和抗肿瘤的药物。肿瘤的药物。第三十二页，本课件共有128页v目前人们发现的目前人们发现的-葡萄糖苷酶抑制剂可分为糖及其衍生物与非葡萄糖苷酶抑制剂可分为糖及其衍生物与非糖基化合物，其中糖及其衍生物按照已有文献分类，又可分为糖基化合物，其中糖及其衍生物按照已有文献分类，又可分为单糖类、双糖类、亚氨基糖类，碳糖与假糖氨类与硫糖类。其单糖类、双糖类、亚氨基糖类，碳糖与假糖氨类与硫糖类。其中研究比较多的中研究比较多的-葡萄糖苷酶抑制剂属于亚氨基糖类（多羟基葡萄糖苷酶抑制剂属于亚氨基糖类（多羟基生物碱类）化合物，包括多羟基哌啶类、多羟

34、基吡咯烷类、多羟生物碱类）化合物，包括多羟基哌啶类、多羟基吡咯烷类、多羟基双稠吡咯烷类、多羟基吲哚里西啶类、多羟基去甲莨菪烷类、基双稠吡咯烷类、多羟基吲哚里西啶类、多羟基去甲莨菪烷类、氨基环醇类等。氨基环醇类等。第三十三页，本课件共有128页v作为抗肿瘤、抗病毒使用的作为抗肿瘤、抗病毒使用的-葡萄糖苷酶抑制剂，需要葡萄糖苷酶抑制剂，需要进入细胞内质网，所以必须增加化合物的疏水性，例如进入细胞内质网，所以必须增加化合物的疏水性，例如已经上市的已经上市的N-N-丁基丁基-1-1-脱氧尻霉素（脱氧尻霉素（N-N-丁基丁基-DNJ-DNJ）和生）和生物碱粟精胺的衍生物，即物碱粟精胺的衍生物，即6-O-

35、6-O-丁酰粟精胺酯（丁酰粟精胺酯（6-O-6-O-butyl-castbutyl-cast）等，可用做抗艾滋病、抗肝炎病毒药）等，可用做抗艾滋病、抗肝炎病毒药物。物。第三十四页，本课件共有128页v近几年，人们也在一些糖类抑制剂基础上，近几年，人们也在一些糖类抑制剂基础上，开发出了几种较好的对内质网开发出了几种较好的对内质网-葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶I I和和-葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶IIII具有较强抑制作用的糖类具有较强抑制作用的糖类抑制剂。抑制剂。第三十五页，本课件共有128页v人们根据天然产物的结构特点，也设计合成、筛选人们根据天然产物的结构特点，也设计合成、筛选出几种新型的结构独特的出几种新

36、型的结构独特的-葡萄糖苷酶抑制剂，如葡萄糖苷酶抑制剂，如 4-4-甲基磺酰胺基查尔酮衍生物、甲基磺酰胺基查尔酮衍生物、4-4-甲基磺酰胺基苯甲酮衍甲基磺酰胺基苯甲酮衍生物，四氯邻苯二甲酰亚胺衍生物、二苯基脲衍生生物，四氯邻苯二甲酰亚胺衍生物、二苯基脲衍生物、羟基肉桂酰苯乙胺、绿原酸衍生物等，其物、羟基肉桂酰苯乙胺、绿原酸衍生物等，其IC50IC50值达到值达到0.006-0.40.006-0.4 mol/Lmol/L。第三十六页，本课件共有128页2 2，-甘露糖苷酶抑制剂甘露糖苷酶抑制剂 v-甘露糖苷酶甘露糖苷酶I I和和IIII主要存在高尔基体中，主要存在高尔基体中，-甘露糖苷酶抑制剂不影

37、响寡糖链前体中葡甘露糖苷酶抑制剂不影响寡糖链前体中葡萄糖基的切除，但是可以终止萄糖基的切除，但是可以终止N-N-糖链的进一糖链的进一步加工成复合型糖链，结果得到的糖链为高步加工成复合型糖链，结果得到的糖链为高甘露糖型或杂合型的糖链结构。甘露糖型或杂合型的糖链结构。第三十七页，本课件共有128页v甘露糖的衍生物甘露糖甘露糖的衍生物甘露糖-1-1-脱氧尻霉素（脱氧尻霉素（DMJDMJ）对）对-甘露糖苷甘露糖苷酶酶I I具有较强的抑制作用。苦马豆碱（具有较强的抑制作用。苦马豆碱（swainsonine,swainswainsonine,swain）是）是-甘露糖苷酶甘露糖苷酶IIII的特异性抑制剂，

38、它能改变细胞表面的糖类抗的特异性抑制剂，它能改变细胞表面的糖类抗原决定部位的表达，进而影响到肿瘤的转移和入侵，以及在体原决定部位的表达，进而影响到肿瘤的转移和入侵，以及在体外的生长，表现出抑制肿瘤转移的能力。外的生长，表现出抑制肿瘤转移的能力。第三十八页，本课件共有128页第三十九页，本课件共有128页第四十页，本课件共有128页 3 3，糖苷转移酶抑制剂，糖苷转移酶抑制剂 v糖基转移酶是糖基化过程的关键酶。由于许多疾病的糖基转移酶是糖基化过程的关键酶。由于许多疾病的发生和发展过程中，糖苷转移酶的活性增高，导致糖发生和发展过程中，糖苷转移酶的活性增高，导致糖链的天线数目增加，因此，糖苷转移酶抑

39、制剂可以作链的天线数目增加，因此，糖苷转移酶抑制剂可以作为治疗某些疾病的特异性药物。为治疗某些疾病的特异性药物。v目前所发现的糖苷转移酶抑制剂大多数是根据该酶催化目前所发现的糖苷转移酶抑制剂大多数是根据该酶催化反应的底物结构和催化机制设计合成的，如人们设计了反应的底物结构和催化机制设计合成的，如人们设计了多种多种UDP-GalUDP-Gal类似物作为类似物作为-半乳糖基转移酶的抑制剂以半乳糖基转移酶的抑制剂以及及N-N-乙酰氨基葡萄糖转移酶的抑制剂。乙酰氨基葡萄糖转移酶的抑制剂。第四十一页，本课件共有128页第四十二页，本课件共有128页第四十三页，本课件共有128页第四十四页，本课件共有12

40、8页4 4，神经氨酸酶抑制剂，神经氨酸酶抑制剂 v流感病毒表面有两种糖蛋白：神经氨酸酶和血凝素。流感病毒表面有两种糖蛋白：神经氨酸酶和血凝素。神经氨酸酶（神经氨酸酶（NA)NA)可催化裂解宿主细胞和病毒粒血凝素可催化裂解宿主细胞和病毒粒血凝素和和NANA上糖侧链末端的唾液酸残基，从而促进病毒粒子从上糖侧链末端的唾液酸残基，从而促进病毒粒子从感染的呼吸道粘膜向周围组织扩散。感染的呼吸道粘膜向周围组织扩散。v此外此外NANA还同样具有病毒的致病性，通过改变表面糖蛋白血还同样具有病毒的致病性，通过改变表面糖蛋白血凝素的碳水化合物部分，增强病毒株的毒性，可引起流感凝素的碳水化合物部分，增强病毒株的毒性

41、，可引起流感症状和气道炎症的发生。症状和气道炎症的发生。v神经氨酸酶（又称为唾液酸酶，神经氨酸酶（又称为唾液酸酶，NANA）抑制剂通过选择性）抑制剂通过选择性地抑制、型流感病毒的神经氨酸酶，使病毒难以地抑制、型流感病毒的神经氨酸酶，使病毒难以释放，并促进已释放的病毒相互凝聚，继而死亡。释放，并促进已释放的病毒相互凝聚，继而死亡。第四十五页，本课件共有128页流感病毒流感病毒v流感病毒大致分甲、乙、流感病毒大致分甲、乙、丙三种类型。其中，甲丙三种类型。其中，甲型攻击力最强，而且极型攻击力最强，而且极易变异，造成爆发或大易变异，造成爆发或大流行。甲型流感病毒主流行。甲型流感病毒主要就是血凝素和神经

42、氨要就是血凝素和神经氨酸酶的变异。病毒学家酸酶的变异。病毒学家给编上了不同的编号，给编上了不同的编号，如如H1H1、H2H2、N1N1、N2N2等。其等。其中可以有一种或两种以中可以有一种或两种以上发生变异，专家根据上发生变异，专家根据这些编号给流感病毒分这些编号给流感病毒分类。类。第四十六页，本课件共有128页第四十七页，本课件共有128页第四十八页，本课件共有128页v第第一一个个可可抑抑制制流流感感病病毒毒NANA的的抑抑制制剂剂是是2-2-脱脱氧氧-2,3-2,3-脱脱氢氢-N-N-乙乙酰酰神神经经氨氨酸酸(DANA(DANA，Neu5Ac2en)Neu5Ac2en)，但但由由于于活活

43、性性及及其其特特异异性性太太低低，无无临临床床使使用用价价值值。后后来来根根据据NANA与与底底物物唾唾液液酸酸复复合合物物的的晶晶体体结结构构合合成成了了4-4-胍胍基基DANA(ZanamivirDANA(Zanamivir，扎扎那那他他韦韦)，对对流流感感病病毒毒NANA抑抑制制效果提高效果提高500500倍。倍。v19971997年年设设计计了了一一种种新新型型神神经经氨氨酸酸酶酶抑抑制制剂剂Oseltamivir(Oseltamivir(奥奥司司他他韦韦)，其其与与流流感感病病毒毒NANA比比对对人人的的同同类类酶酶的的亲亲和和力力大大100100万万倍倍，被被认认为为是是目目前前发

44、发现现的的特特异异性性最最高高的的药药物物，该该药药物物于于19991999年年在在北北美美、欧洲和日本等地上市。欧洲和日本等地上市。v此此外外还还有有多多种种神神经经氨氨酸酸酶酶抑抑制制剂剂类类药药物物正正处处于于前前期期开发中，如开发中，如BANA-113BANA-113、A-192558A-192558等。等。第四十九页，本课件共有128页第五十页，本课件共有128页6，糖蛋白糖链扩展第五十一页，本课件共有128页第五十二页，本课件共有128页第二节第二节 蛋白质的磷酸化蛋白质的磷酸化v当当代代生生物物化化学学和和分分子子生生物物学学发发展展最最迅迅速速的的领领域域之之一一是是关关于于细

45、细胞胞代代谢谢、生生长长、分分化化、增增殖殖和癌变调控的分子机理研究。和癌变调控的分子机理研究。v这这个个问问题题与与生生物物信信号号分分子子如如激激素素、神神经经递递质质、细细胞胞因因子子（包包括括生生长长因因子子）、癌癌蛋蛋白白以以及及某某些些药药物物所所携携带带的的生生物物信信息息在在细细胞胞内内传传递递密密切切相关。相关。第五十三页，本课件共有128页v研究表明，生物信号在细胞内传递的基本方式是研究表明，生物信号在细胞内传递的基本方式是蛋白激酶和蛋白磷酸酶催化的蛋白质磷酸化和去蛋白激酶和蛋白磷酸酶催化的蛋白质磷酸化和去磷酸化，即磷酸化，即“可逆蛋白质磷酸化作用可逆蛋白质磷酸化作用”。v

46、美国西雅图华盛顿大学医学院两位生物化学家克雷布斯美国西雅图华盛顿大学医学院两位生物化学家克雷布斯（E.G.KrebsE.G.Krebs）和费希尔（）和费希尔（E.H.FischerE.H.Fischer）由于他）由于他们在们在2020世纪世纪5050年代发现了年代发现了“可逆蛋白质磷酸化作用可逆蛋白质磷酸化作用”而荣获而荣获19921992年诺贝尔医学奖。年诺贝尔医学奖。v4040多年来，特别是近多年来，特别是近2020年来年来“可逆蛋白质磷酸化作可逆蛋白质磷酸化作用用”的研究有了极大的发展，现在扩展到整个分子生的研究有了极大的发展，现在扩展到整个分子生物学和细胞生物学领域。物学和细胞生物学领

47、域。第五十四页，本课件共有128页v目前已经发现在真核细胞内就有目前已经发现在真核细胞内就有400400多种蛋白激酶和上多种蛋白激酶和上千种磷酸化的蛋白以及种类繁多的蛋白磷酸酶。千种磷酸化的蛋白以及种类繁多的蛋白磷酸酶。v这些蛋白激酶和蛋白磷酸酶催化多种功能蛋白，这些蛋白激酶和蛋白磷酸酶催化多种功能蛋白，如酶、激酶、受体、离子泵、离子通道、收缩蛋如酶、激酶、受体、离子泵、离子通道、收缩蛋白、运输蛋白、调节蛋白、核内蛋白（组蛋白和白、运输蛋白、调节蛋白、核内蛋白（组蛋白和非组蛋白，特别是转录因子和细胞周期蛋白）等，非组蛋白，特别是转录因子和细胞周期蛋白）等，功能蛋白通过磷酸化和去磷酸化时两种构象

48、互变功能蛋白通过磷酸化和去磷酸化时两种构象互变所导致的活性、性质的改变而调节细胞内各种生所导致的活性、性质的改变而调节细胞内各种生命过程。命过程。第五十五页，本课件共有128页一、一、蛋白激酶蛋白激酶 v蛋白激酶是一类磷酸转移酶，其作用是将蛋白激酶是一类磷酸转移酶，其作用是将 ATP ATP 的的 磷酸基转移到底物特定的氨基酸残基上，使蛋白质磷酸基转移到底物特定的氨基酸残基上，使蛋白质磷酸化。磷酸化。v蛋白激酶在信号转导中主要作用有两个方面：其一是蛋白激酶在信号转导中主要作用有两个方面：其一是通过磷酸化调节蛋白质的活性，磷酸化和去磷酸化是通过磷酸化调节蛋白质的活性，磷酸化和去磷酸化是绝大多数信

49、号通路组分可逆激活的共同机制，有些蛋绝大多数信号通路组分可逆激活的共同机制，有些蛋白质在磷酸化后具有活性，有些则在去磷酸化后具有白质在磷酸化后具有活性，有些则在去磷酸化后具有活性；其二是通过蛋白质的逐级磷酸化，使信号逐级活性；其二是通过蛋白质的逐级磷酸化，使信号逐级放大，引起细胞反应。放大，引起细胞反应。第五十六页，本课件共有128页蛋白激酶蛋白激酶分类分类v真核生物中发现的蛋白激酶很多，根据其底物蛋白被磷真核生物中发现的蛋白激酶很多，根据其底物蛋白被磷酸化的氨基酸残基种类，可将它们分为酸化的氨基酸残基种类，可将它们分为5 5类类v丝氨酸丝氨酸/苏氨酸苏氨酸(Ser(SerThr)Thr)蛋白

50、激酶：蛋白质的羟蛋白激酶：蛋白质的羟基被磷酸化；基被磷酸化；v酪氨酸酪氨酸(Tyr)(Tyr)蛋白激酶：蛋白质的酚羟基作为磷受体；蛋白激酶：蛋白质的酚羟基作为磷受体；v组氨酸蛋白激酶：蛋白质的组氨酸、精氨酸或赖氨酸组氨酸蛋白激酶：蛋白质的组氨酸、精氨酸或赖氨酸的碱性基团被磷酸化；的碱性基团被磷酸化；v色氨酸蛋白激酶：以蛋白质的色氨酸残基作为磷色氨酸蛋白激酶：以蛋白质的色氨酸残基作为磷受体；受体；v天冬氨酰基天冬氨酰基/谷氨酰基蛋白激酶：以蛋白质的酰基谷氨酰基蛋白激酶：以蛋白质的酰基为磷受体。为磷受体。第五十七页，本课件共有128页v此外，根据磷酸化的底物不同，还可将蛋白激酶此外，根据磷酸化的底