蛋白质和蛋白质组学苏州班.ppt

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1、蛋白质和蛋白质组学苏州班现在学习的是第1页，共76页主要内容第一章第一章 蛋白质分子的折叠和定位蛋白质分子的折叠和定位第二章第二章 蛋白质的修饰与降解蛋白质的修饰与降解第三章第三章 蛋白质相互作用蛋白质相互作用第四章第四章 糖蛋白与蛋白聚糖的结构与功能糖蛋白与蛋白聚糖的结构与功能第五章第五章 蛋白质组学蛋白质组学现在学习的是第2页，共76页第一章 折叠和定位蛋白质作为基因表达的最终产物，参与了生命活动的每一蛋白质作为基因表达的最终产物，参与了生命活动的每一个环节。个环节。为了发挥应有的生物学功能，蛋白质不仅需要有正确的氨基为了发挥应有的生物学功能，蛋白质不仅需要有正确的氨基酸序列，而且还需要有

2、正确的空间结构、正确的亚基组装、酸序列，而且还需要有正确的空间结构、正确的亚基组装、正确的化学修饰和正确的靶向定位。正确的化学修饰和正确的靶向定位。以以mRNA 为模板，以氨基酸为底物，从合成第一个肽键起，为模板，以氨基酸为底物，从合成第一个肽键起，新生的多肽链就开始了反复不断的折叠一去折叠一再折叠的新生的多肽链就开始了反复不断的折叠一去折叠一再折叠的复杂过程，最终形成一个具有天然空间结构的蛋白质。复杂过程，最终形成一个具有天然空间结构的蛋白质。现在学习的是第3页，共76页第一节第一节 蛋白质分子的折叠蛋白质分子的折叠 从一条伸展无序的多肽链折叠成具有正确空从一条伸展无序的多肽链折叠成具有正确

3、空间结构的蛋白质分子的过程称为间结构的蛋白质分子的过程称为蛋白质折叠蛋白质折叠(protein folding）。）。影响蛋白质折叠的因素：影响蛋白质折叠的因素：蛋白质的一级结构包含了决蛋白质的一级结构包含了决定蛋白质空间结构的所有信息，正确空间结构的形成还需定蛋白质空间结构的所有信息，正确空间结构的形成还需要正确的二硫键组合和复杂的非共价键作用（氢键、离子要正确的二硫键组合和复杂的非共价键作用（氢键、离子作用力和疏水作用力）、适当的外部环境（温度、作用力和疏水作用力）、适当的外部环境（温度、pH、金、金属离子、细胞内的空间拥挤程度等）和辅助分子的参与。属离子、细胞内的空间拥挤程度等）和辅助分

4、子的参与。现在学习的是第4页，共76页第一节第一节 蛋白质分子的折叠蛋白质分子的折叠1.蛋白质的体外折叠符合蛋白质的体外折叠符合“自组装自组装”热力学假说热力学假说一、蛋白质的折叠机制体现了热力学、动力学和能量学理论一、蛋白质的折叠机制体现了热力学、动力学和能量学理论的和谐统一的和谐统一现在学习的是第5页，共76页第一节第一节 蛋白质分子的折叠蛋白质分子的折叠Anfinsen CB 提出提出“自组装自组装”（self-assembly）热力学假说：）热力学假说：l天然蛋白质多肽链可以在体外复性；天然蛋白质多肽链可以在体外复性；l天然蛋白质在生物学环境中处在热力学最稳定的状态；天然蛋白质在生物学

5、环境中处在热力学最稳定的状态；l多肽链的氨基酸序列包含了可以形成热力学意义上稳定的天然构多肽链的氨基酸序列包含了可以形成热力学意义上稳定的天然构象所必需的全部信息。象所必需的全部信息。现在学习的是第6页，共76页第一节第一节 蛋白质分子的折叠蛋白质分子的折叠2.折叠也是一个动力学控制的过程折叠也是一个动力学控制的过程蛋白质折叠的动力学学说认为：蛋白质折叠的动力学学说认为：从总体上看，蛋白质的折叠遵循从高能态向低能态转从总体上看，蛋白质的折叠遵循从高能态向低能态转变的热力学理论，但是在蛋白质折叠的途径中存在着某些变的热力学理论，但是在蛋白质折叠的途径中存在着某些能级势垒，阻碍蛋白质形成最稳定的空

6、间构象，从而使得能级势垒，阻碍蛋白质形成最稳定的空间构象，从而使得蛋白质结构处在某种亚稳态，受到蛋白质结构处在某种亚稳态，受到r r 动力学的控制。动力学的控制。现在学习的是第7页，共76页第一节第一节 蛋白质分子的折叠蛋白质分子的折叠3.能级形貌理论和谐统一地诠释了蛋白质的折叠过程：能级形貌理论和谐统一地诠释了蛋白质的折叠过程：能级形貌理论能级形貌理论(energy landscape):该理论融合了热力学和动力学的内涵该理论融合了热力学和动力学的内涵;该理论认为，蛋白质是一组具有随机结构的分子群，在该理论认为，蛋白质是一组具有随机结构的分子群，在 折叠过程中各个分子沿着各自的途径进行折叠。

7、折叠过程中各个分子沿着各自的途径进行折叠。在折叠初期，分子结构松散，自由能大，可选择构象熵在折叠初期，分子结构松散，自由能大，可选择构象熵 （conformational entropy）也大。）也大。蛋白质多肽链（随机结构）通过构象塌陷、表面张力或蛋白质多肽链（随机结构）通过构象塌陷、表面张力或 疏水作用形成紧凑结构。疏水作用形成紧凑结构。现在学习的是第8页，共76页成核成核-快速生长模型快速生长模型拼图模型拼图模型框架模型框架模型快速疏水垮塌模型快速疏水垮塌模型扩散扩散-碰撞碰撞-缔合模型缔合模型动力学模型动力学模型格点模型格点模型二、二、不同模型从不同视角描述了蛋白质的折叠过程不同模型从

8、不同视角描述了蛋白质的折叠过程现在学习的是第9页，共76页侧链影响二级结构具有一定的倾向性侧链影响二级结构具有一定的倾向性二硫键的形成和脯氨酸残基酰胺键的顺反异构化是折叠过程中二硫键的形成和脯氨酸残基酰胺键的顺反异构化是折叠过程中的慢反应的慢反应形成形成-螺旋的起始过程是个慢过程螺旋的起始过程是个慢过程单个结构域作为独立单位进行折叠单个结构域作为独立单位进行折叠三、三、蛋白质的体内折叠同时受到内在因素和外部条件制约蛋白质的体内折叠同时受到内在因素和外部条件制约（一）氨基酸的侧链和肽链的二级结构是影响蛋白质折叠的内在因素（一）氨基酸的侧链和肽链的二级结构是影响蛋白质折叠的内在因素现在学习的是第1

9、0页，共76页细胞内大分子拥挤效应影响多肽链的折叠过程细胞内大分子拥挤效应影响多肽链的折叠过程T T和和pHpH也会影响多肽链的折叠也会影响多肽链的折叠金属离子的配位效应可以影响蛋白质的天然结构金属离子的配位效应可以影响蛋白质的天然结构（二）细胞内的特殊环境是影响蛋白质折叠的外部条件（二）细胞内的特殊环境是影响蛋白质折叠的外部条件现在学习的是第11页，共76页热激蛋白热激蛋白HSP70HSP70和和HSP40HSP40以以ATPATP依赖方式参与蛋白质折叠过程依赖方式参与蛋白质折叠过程四、蛋白质的折叠需要其他辅助分子参与：四、蛋白质的折叠需要其他辅助分子参与：（一）（一）分子伴侣分子伴侣是蛋白

10、质在进行正确折叠的最主要辅助分子是蛋白质在进行正确折叠的最主要辅助分子现在学习的是第12页，共76页分子伴侣素分子伴侣素 HSP60和和HSP10形成了圆桶状复合体辅助多肽链的形成了圆桶状复合体辅助多肽链的正确折叠正确折叠触发因子是可以与核糖体结合的分子伴侣触发因子是可以与核糖体结合的分子伴侣现在学习的是第13页，共76页 最常见两类：最常见两类：1.蛋白质二硫键异构酶蛋白质二硫键异构酶(PDI)：参与二硫键的形成：参与二硫键的形成 2.肽基脯氨酰顺反异构酶肽基脯氨酰顺反异构酶(PPI)：帮助脯氨酸弯折：帮助脯氨酸弯折 处形成正确的折处形成正确的折叠叠（二）折叠酶辅助共价键的形成（二）折叠酶辅

11、助共价键的形成现在学习的是第14页，共76页 许多具有前导肽的前体形式的蛋白质，必须有前导肽的参与才能许多具有前导肽的前体形式的蛋白质，必须有前导肽的参与才能完成折叠，前导肽具备了分子伴侣的作用，从而提出了完成折叠，前导肽具备了分子伴侣的作用，从而提出了IMC的概念：的概念：两类：两类：I类参与多肽链的延伸和正确折叠类参与多肽链的延伸和正确折叠 II类参与蛋白在胞内的转运和定位类参与蛋白在胞内的转运和定位（三）分子内的分子伴侣（三）分子内的分子伴侣(IMC)是具有前导肽的蛋白质的前体是具有前导肽的蛋白质的前体形式形式（四）（四）分子伴侣可辅助其他大分子的折叠分子伴侣可辅助其他大分子的折叠现在学

12、习的是第15页，共76页五五、膜蛋白的折叠研究具有较大挑战、膜蛋白的折叠研究具有较大挑战（一）膜蛋白在磷脂膜中的二级结构可以全部是（一）膜蛋白在磷脂膜中的二级结构可以全部是-螺旋结构螺旋结构（二）也可以是（二）也可以是-片层结构片层结构现在学习的是第16页，共76页第二节第二节 蛋白质的定位蛋白质的定位蛋白质合成后的去向：蛋白质合成后的去向：驻留在细胞质中；驻留在细胞质中；运输到细胞器；运输到细胞器；分泌到细胞外；分泌到细胞外；插入到细胞膜插入到细胞膜蛋白质的靶向输送（蛋白质的靶向输送（protein targeting）：）：蛋白质合成后被定向蛋白质合成后被定向输送到发挥作用的靶区域的过程。

13、输送到发挥作用的靶区域的过程。蛋白质的靶向输送蛋白质的靶向输送是由蛋白质上所携带的定位信号所决定的。是由蛋白质上所携带的定位信号所决定的。现在学习的是第17页，共76页第二节第二节 蛋白质的定位蛋白质的定位20 世纪世纪70 年代，年代，Blobel G 提出了提出了“信号肽假说信号肽假说”，即所有靶向输，即所有靶向输送的蛋白质的一级结构中都存在定位信号，它可以引导蛋白质转移送的蛋白质的一级结构中都存在定位信号，它可以引导蛋白质转移到适当的细胞靶部位。到适当的细胞靶部位。定位信号是决定蛋白质靶向输送的关键因素。定位信号是决定蛋白质靶向输送的关键因素。例如，靶向输送到溶酶体、质膜或分泌到细胞外的

14、蛋白质，其信例如，靶向输送到溶酶体、质膜或分泌到细胞外的蛋白质，其信号肽（号肽（signal peptide）是肽链）是肽链N-末端长度为末端长度为1336个氨基酸的序个氨基酸的序列。列。一、蛋白质分子上携带着不同的定位信号一、蛋白质分子上携带着不同的定位信号 现在学习的是第18页，共76页第二节第二节 蛋白质的定位蛋白质的定位这个信号肽将正在合成之中的分泌型蛋白引导到内质网腔中，然后信号肽这个信号肽将正在合成之中的分泌型蛋白引导到内质网腔中，然后信号肽被切除，分泌型蛋白在内质网腔中经过折叠、组装和修饰后，经由高尔基被切除，分泌型蛋白在内质网腔中经过折叠、组装和修饰后，经由高尔基复合体输送到细

15、胞外、溶酶体中、内质网腔中、高尔基复合体腔中，或整复合体输送到细胞外、溶酶体中、内质网腔中、高尔基复合体腔中，或整合到这些细胞器的膜上，或整合到细胞质膜上。合到这些细胞器的膜上，或整合到细胞质膜上。非分泌型蛋白在细胞质中游离核糖体上合成后释放到细胞质中，然后非分泌型蛋白在细胞质中游离核糖体上合成后释放到细胞质中，然后在蛋白分子中定位信号的引导下进人不同的细胞器在蛋白分子中定位信号的引导下进人不同的细胞器Blobel G 因为发现蛋白质具有内在的、可以引导它们在细胞内转运因为发现蛋白质具有内在的、可以引导它们在细胞内转运和定位的信号，荣获了和定位的信号，荣获了1999 年的诺贝尔生理学或医学奖。

16、年的诺贝尔生理学或医学奖。现在学习的是第19页，共76页定位信号有不同形式：氨基酸序列；蛋白质空间结构；蛋白质的修饰定位信号有不同形式：氨基酸序列；蛋白质空间结构；蛋白质的修饰信号等信号等二、不同的定位信号引导蛋白质转运到不同的细胞部位二、不同的定位信号引导蛋白质转运到不同的细胞部位（一）线粒体中的蛋白质由胞质游离核糖体合成并靶向输送（一）线粒体中的蛋白质由胞质游离核糖体合成并靶向输送到线粒体中到线粒体中线粒体蛋白质的线粒体蛋白质的N-末端带有定位信号末端带有定位信号蛋白质进入线粒体需要外膜转运酶复合体蛋白质进入线粒体需要外膜转运酶复合体(TOM)和内膜转和内膜转运酶复合体运酶复合体(TIM)

17、复合体复合体线粒体蛋白质的输送模型具有保守性线粒体蛋白质的输送模型具有保守性现在学习的是第20页，共76页（二）细胞核蛋白的入核和出核是由核定位信号（二）细胞核蛋白的入核和出核是由核定位信号（NLS）和核输出信）和核输出信号（号（NES）所决定）所决定蛋白质的核定位信号和核输出信号决定了蛋白质在细胞核内外的转运蛋白质的核定位信号和核输出信号决定了蛋白质在细胞核内外的转运蛋白质的出核和入核需要由蛋白质的出核和入核需要由G蛋白进供能量蛋白进供能量现在学习的是第21页，共76页现在学习的是第22页，共76页（三）成熟的、完全折叠的蛋白质才能被转运到过氧化物酶体中（三）成熟的、完全折叠的蛋白质才能被转

18、运到过氧化物酶体中 两类：两类：C-端端Ser-Lys-Leu(SKL)序列，不会被切除；序列，不会被切除；N-端端PTS2信号，进入后被切除。信号，进入后被切除。（四）分泌型蛋白质的靶向输送起始于粗面内质网（四）分泌型蛋白质的靶向输送起始于粗面内质网 过程：核糖体合成，信号肽引导进入内质网腔，折叠后在高过程：核糖体合成，信号肽引导进入内质网腔，折叠后在高尔基体进分泌小泡，转移到包膜分泌到胞外尔基体进分泌小泡，转移到包膜分泌到胞外现在学习的是第23页，共76页（五）膜蛋白的插入具有方向性（五）膜蛋白的插入具有方向性1.膜蛋白都是从粗面的内质网转运到膜上膜蛋白都是从粗面的内质网转运到膜上2.膜蛋

19、白的方向性是在蛋白质插入内质网膜的过程中决定的膜蛋白的方向性是在蛋白质插入内质网膜的过程中决定的 拓扑定位由拓扑序列决定：拓扑定位由拓扑序列决定：内质网跨膜信号序列（内质网跨膜信号序列（N-末端或内部）；停止转运序列；膜锚定序末端或内部）；停止转运序列；膜锚定序列列现在学习的是第24页，共76页第二章 蛋白质的修饰与降解现在学习的是第25页，共76页l常见的蛋白质翻译后修饰有磷酸化、脂基化、甲基化、常见的蛋白质翻译后修饰有磷酸化、脂基化、甲基化、乙酸化、类泛素化、巴豆酰化、糖基化和泛素化等。乙酸化、类泛素化、巴豆酰化、糖基化和泛素化等。l在体内，各种蛋白质翻译后修饰过程不是孤立在体内，各种蛋白

20、质翻译后修饰过程不是孤立存在，而是相互影响、相互协调。存在，而是相互影响、相互协调。现在学习的是第26页，共76页第一节第一节 蛋白质的修饰蛋白质的修饰一、磷酸化修饰一、磷酸化修饰（一）蛋白质磷酸化和去磷酸化的概念（一）蛋白质磷酸化和去磷酸化的概念l蛋白质磷酸化（蛋白质磷酸化（protein phosphorrylation）是通过蛋白是通过蛋白激酶催化将激酶催化将ATP或或GTP的的位磷酸基转移到蛋白质的特定位点位磷酸基转移到蛋白质的特定位点上的过程。上的过程。l其逆过程由蛋白磷酸酶催化，称为其逆过程由蛋白磷酸酶催化，称为蛋白质去磷酸化（蛋白质去磷酸化（protein dephosphory

21、lation）。）。l蛋白质磷酸化是生物中的一种最有效的调控途径。蛋白质磷酸化是生物中的一种最有效的调控途径。现在学习的是第27页，共76页第一节第一节 蛋白质的修饰蛋白质的修饰 增强或减弱被修饰蛋白质的活性；增强或减弱被修饰蛋白质的活性；改变其在亚细胞内定位；改变其在亚细胞内定位；改变其与其他生物分子的相互作用。改变其与其他生物分子的相互作用。（二）蛋白质磷酸化的生物学作用（二）蛋白质磷酸化的生物学作用（三）催化蛋白质磷酸化的蛋白激酶（三）催化蛋白质磷酸化的蛋白激酶l蛋白激酶（蛋白激酶（protein kinase,PK）是目前已知最大的蛋白家族，所）是目前已知最大的蛋白家族，所有蛋白激酶都

22、有一个非常保守的有蛋白激酶都有一个非常保守的催化核心催化核心和和多种调控模式多种调控模式。催化核。催化核心由心由250300个氨基酸残基组成。催化核心以外的区域往往与个氨基酸残基组成。催化核心以外的区域往往与PK 的酶的酶活性调节和亚细胞定位有关，但没有进化同源性。活性调节和亚细胞定位有关，但没有进化同源性。现在学习的是第28页，共76页根据底物的磷酸化位点分三类：根据底物的磷酸化位点分三类：1.蛋白质丝氨酸蛋白质丝氨酸/苏氨酸激酶（苏氨酸激酶（protein serine/threonine kinase）：）：cAMP依赖的蛋白激酶（依赖的蛋白激酶（PKA）；）；Ca2+/磷脂依赖的蛋白激

23、酶（磷脂依赖的蛋白激酶（Ca2+/PL-PK）或蛋白激酶）或蛋白激酶C（PKC）；Ca2+/钙调蛋白依赖钙调蛋白依赖的蛋白激酶（的蛋白激酶（CaM-PK）；）；cGMP依赖的蛋白激酶（依赖的蛋白激酶（PKG）；）；DNA依赖的蛋白激酶（依赖的蛋白激酶（DNA-PK）2.蛋白质酪氨酸激酶（蛋白质酪氨酸激酶（protein tyrosine kinase,PTK）3.双专一性蛋白激酶（双专一性蛋白激酶（double specific protein kinase,DSPK）现在学习的是第29页，共76页1.蛋白质丝蛋白质丝/苏氨酸磷酸酶苏氨酸磷酸酶2.蛋白质酪氨酸磷酸酶蛋白质酪氨酸磷酸酶（四）催化

24、蛋白质去磷酸化的（四）催化蛋白质去磷酸化的蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶 蛋白磷酸酶（蛋白磷酸酶（protein phosphatase,PP）所催化的反应与所催化的反应与蛋白激酶催化的反应相反，是使磷酸化蛋白发生去磷酸化。蛋白激酶催化的反应相反，是使磷酸化蛋白发生去磷酸化。根据磷酸化氨基酸残基不同将蛋白磷酸酶分为两类：根据磷酸化氨基酸残基不同将蛋白磷酸酶分为两类：现在学习的是第30页，共76页1.蛋白激酶抑制剂蛋白激酶抑制剂（1）作用于蛋白激酶）作用于蛋白激酶ATP结合部位的抑制剂：结合部位的抑制剂：对对PKA、PKC、PKG、MLCK等，是应用最广泛的丝等，是应用最广泛的丝/苏苏氨酸激酶抑制剂氨酸激

25、酶抑制剂（2）PTK抑制剂：链霉素，除莠霉素，薰草菌素抑制剂：链霉素，除莠霉素，薰草菌素2.蛋白磷酸酶抑制剂蛋白磷酸酶抑制剂（1）作用于）作用于PP1和和PP2A的抑制剂的抑制剂（2）作用于）作用于PP2B的抑制剂的抑制剂（五）蛋白激酶和磷酸酶抑制剂（五）蛋白激酶和磷酸酶抑制剂现在学习的是第31页，共76页（一）蛋白质脂基化的概念（一）蛋白质脂基化的概念二、脂基化修饰二、脂基化修饰l蛋白质脂基化（蛋白质脂基化（protein lipidation）为长脂肪链通过为长脂肪链通过O或者或者S原子原子与蛋白质缀合形成蛋白缀合物的过程，通常是蛋白质分子中半与蛋白质缀合形成蛋白缀合物的过程，通常是蛋白质

26、分子中半胧氨酸残基被棕搁酰化（胧氨酸残基被棕搁酰化（palmitoylation)，或者被法呢基化，或者被法呢基化（farllesylation)修饰。修饰。l这两种修饰常发生在同一个蛋白质分子上，使其与生物磷脂膜具有这两种修饰常发生在同一个蛋白质分子上，使其与生物磷脂膜具有更好的相溶性，将蛋白质固定在细胞膜上。更好的相溶性，将蛋白质固定在细胞膜上。现在学习的是第32页，共76页（二）蛋白质脂基化的生物学作用（二）蛋白质脂基化的生物学作用 1.能增强蛋白质在细胞膜上的亲和力；能增强蛋白质在细胞膜上的亲和力；2.调节亚细胞定位，调节亚细胞定位，3.蛋白子的转运、稳定性以及相互作用等。蛋白子的转运

27、、稳定性以及相互作用等。（三）催化蛋白质脂基化的酶：（三）催化蛋白质脂基化的酶：主要是棕榈酰基转移酶和法呢基转移酶主要是棕榈酰基转移酶和法呢基转移酶现在学习的是第33页，共76页三、甲基化修饰三、甲基化修饰（一）蛋白质甲基化的概念（一）蛋白质甲基化的概念l蛋白质甲基化（蛋白质甲基化（protein methylation）是指在甲基转移酶催是指在甲基转移酶催化下，甲基基团由化下，甲基基团由S-腺普甲硫氨酸转移至相应蛋白质的过腺普甲硫氨酸转移至相应蛋白质的过程。程。l甲基基团虽然不能明显改变整个氨基酸的电荷，只是替代甲基基团虽然不能明显改变整个氨基酸的电荷，只是替代了氨基上的了氨基上的H 原子，

28、但却减少了氢键的形成数量，而且甲基原子，但却减少了氢键的形成数量，而且甲基的加人增加了空间阻力，进而影响底物与蛋白质的相互作用。的加人增加了空间阻力，进而影响底物与蛋白质的相互作用。现在学习的是第34页，共76页（二）蛋白质甲基化的生物学作用（二）蛋白质甲基化的生物学作用 1.影响蛋白之间、蛋白和影响蛋白之间、蛋白和RNA之间的相互作用；之间的相互作用；2.蛋白定位；蛋白定位；3.RNA加工；加工；4.细胞信号转导等细胞信号转导等 （三）催化蛋白质甲基化的酶：（三）催化蛋白质甲基化的酶：甲基转移酶甲基转移酶.蛋白质主要在赖氨酸或精氨酸侧链氨基上进蛋白质主要在赖氨酸或精氨酸侧链氨基上进行甲基化。

29、另外，也有在天冬氨酸或谷氨酸侧链竣基上进行甲基化。另外，也有在天冬氨酸或谷氨酸侧链竣基上进行甲基化形成甲酉旨的形式。行甲基化形成甲酉旨的形式。现在学习的是第35页，共76页（一）蛋白质乙酰化的概念（一）蛋白质乙酰化的概念 蛋白质乙酰化（蛋白质乙酰化（protein acetylation）是指在乙酰基转移酶的催）是指在乙酰基转移酶的催化下，在蛋白质特定的位置添加乙酰基的过程。化下，在蛋白质特定的位置添加乙酰基的过程。（二）蛋白质乙酶酰化的生物学作用（二）蛋白质乙酶酰化的生物学作用 1.组蛋白的乙酰化调节基因转录组蛋白的乙酰化调节基因转录 2.乙酰化修饰可实现对自噬过程的动态调控乙酰化修饰可实现

30、对自噬过程的动态调控 3.乙酰化修饰调节代谢酶的活性及代谢通路乙酰化修饰调节代谢酶的活性及代谢通路（三）催化蛋白质乙酰化的酶：（三）催化蛋白质乙酰化的酶：组蛋白乙酰基转移酶（组蛋白乙酰基转移酶（HAT）四、乙酰化修饰四、乙酰化修饰现在学习的是第36页，共76页五、类泛素化修饰五、类泛素化修饰l小泛素相关修饰物（小泛素相关修饰物（small ubiquitin related modifier,SUMO）是类是类泛素蛋白家族的重要成员之一，可与多种蛋白结合发挥相应的泛素蛋白家族的重要成员之一，可与多种蛋白结合发挥相应的功能。功能。lSUMO 的分子结构及的分子结构及SUMO 化的反应途径都与泛素

31、类似，但二化的反应途径都与泛素类似，但二者功能完全不同。者功能完全不同。lSUMO 化修饰可参与转录调节、核转运、维持基因组完整性及化修饰可参与转录调节、核转运、维持基因组完整性及信号转导等多种细胞内活动，是一种重要的多功能蛋白质翻译后信号转导等多种细胞内活动，是一种重要的多功能蛋白质翻译后修饰方式。修饰方式。现在学习的是第37页，共76页（一）（一）SUMO(小泛素相关修饰物小泛素相关修饰物)的结构与分类的结构与分类1.SUMO的结构：一个的结构：一个-折叠缠绕一个折叠缠绕一个-螺旋的球状折叠。螺旋的球状折叠。lSUMO 与泛素具有相同的三维结构，即一个与泛素具有相同的三维结构，即一个-折叠

32、缠绕一折叠缠绕一个个-螺旋的球状折叠，而且参与反应的螺旋的球状折叠，而且参与反应的C-端双端双Gly残基位置也十残基位置也十分相似。分相似。l不同的是不同的是SUMO 的的N-端还含有一个约端还含有一个约1025个氨基酸长度的个氨基酸长度的柔韧延伸，而泛素无此结构；二者的表面电荷分布也完全不同，这柔韧延伸，而泛素无此结构；二者的表面电荷分布也完全不同，这提示它们可能具有不同的功能提示它们可能具有不同的功能 现在学习的是第38页，共76页2.SUMO的分类：人类四种的分类：人类四种l分别为：分别为：SUMO1（又称（又称PIC1、UBL1、GMP1或或SMT3C）、）、SUMO2（又称（又称SM

33、T3A）、）、SUMO3（又称（又称SMT3B）和）和SUMO4。l其中其中SUMO1-3在各种组织中均有表达，而在各种组织中均有表达，而SUMO4 则主要在则主要在肾脏、淋巴结和脾脏中表达。肾脏、淋巴结和脾脏中表达。现在学习的是第39页，共76页（二）催化蛋白质（二）催化蛋白质SUMO化修饰的酶：化修饰的酶：包括包括E1活化酶、活化酶、E2结合酶、结合酶、E3连接酶连接酶E1活化活化酶酶是一种异源二聚体，在哺乳是一种异源二聚体，在哺乳动动物中物中为为SAE1/SAE2，其中两个，其中两个亚亚基的功能及基的功能及调调控各不相同，但必控各不相同，但必须须二者都存在二者都存在时时才能才能够够正常正

34、常发挥发挥功能。功能。E2 结结合合酶酶为为UBC9，它是，它是SUMO 化修化修饰饰中唯一的中唯一的EZ 结结合合酶酶。E3 连连接接酶酶主要有主要有3 类类：PIAS 家族、核孔蛋白家族、核孔蛋白RanBP2/Nup358和和Pc2(polycomb group protein 2）现在学习的是第40页，共76页（三）（三）SUMO可逆性修饰途径可逆性修饰途径2.SUMO 化修饰的反应途径化修饰的反应途径SUMO 化修饰的反应途径是在修饰蛋白化修饰的反应途径是在修饰蛋白C-端的端的Gly残基和底残基和底物蛋白物蛋白Lys的的-氨基之间形成一个异肽键。其具体途径涉及氨基之间形成一个异肽键。其

35、具体途径涉及多个酶的级联反应。多个酶的级联反应。1.SUMO的成熟的成熟：SUMO基因表达出一种不成熟的前体蛋白，基因表达出一种不成熟的前体蛋白，细胞内有一种细胞内有一种SUMO 特异的蛋白酶（特异的蛋白酶（Ulp）能切除能切除C-端端2-11个短肽段，露出个短肽段，露出Gly-Gly模体序列。模体序列。现在学习的是第41页，共76页活化：活化：首先，首先，SUMO 分子由分子由ATP 提供能量发生提供能量发生C-末端竣基腺昔酸化；末端竣基腺昔酸化；然后与然后与El活化酶活化酶SAE2亚基活性位点的半胧氨酸反应，释放亚基活性位点的半胧氨酸反应，释放AMP，形成，形成El 活化酶和活化酶和SUM

36、O 分子分子C-端梭基之间的高能硫醋键，使端梭基之间的高能硫醋键，使SUMO 活化；活化的活化；活化的SUMO 随随后被转移至后被转移至E2结合酶结合酶结合：结合：SuMO 转至转至E2结合酶结合酶UBC9，C-端梭基与端梭基与UBC9活性位点的半胧氨活性位点的半胧氨酸反应生成酸反应生成SUMO-E2硫酉旨中间体。硫酉旨中间体。连接：连接：UBC9将将SUMO分子转移至底物蛋白，在分子转移至底物蛋白，在SUMO的的C-端端Gly残基和底残基和底物蛋白侧链物蛋白侧链Lys残基之间生成异肽键，残基之间生成异肽键，SUMO 化完成。化完成。现在学习的是第42页，共76页现在学习的是第43页，共76页

37、3去去SUMO化化 SUMO化是一个动态的可逆性修饰过程，细胞内有一种特化是一个动态的可逆性修饰过程，细胞内有一种特异性蛋白酶异性蛋白酶Ulp能将能将SUMO从已发生从已发生SUMO 化修饰的蛋白上移化修饰的蛋白上移除。除。Ulp是一种半胧氨酸特异性蛋白酶是一种半胧氨酸特异性蛋白酶，既可以切除新合成，既可以切除新合成SUMO 前体蛋自前体蛋自C-端的短肽，以利于端的短肽，以利于SUMO的成熟；又具备去的成熟；又具备去SUMO化的功能。化的功能。正是由于有了正是由于有了Ulp（去（去SUMO 化酶）的这两种功能，细胞内化酶）的这两种功能，细胞内SUMO 化结合才得以维持在正常水平。化结合才得以维

38、持在正常水平。现在学习的是第44页，共76页（四）（四）SUMO化修饰的生物学作用化修饰的生物学作用1.SUMO化的核内底物多数都是转录调节因子或共调节因子化的核内底物多数都是转录调节因子或共调节因子2.SUMO参与维持基因组的完整性及调节染色体凝集与分离参与维持基因组的完整性及调节染色体凝集与分离3.SUMO参与参与DNA修复过程修复过程4.SUMO可拮抗泛素的作用可拮抗泛素的作用5.SUMO可调节蛋白的核质转运及信号转导可调节蛋白的核质转运及信号转导现在学习的是第45页，共76页（一）蛋白质巴豆酰化的概念（一）蛋白质巴豆酰化的概念 蛋白质巴豆酰化蛋白质巴豆酰化是指在巴豆酸基转移酶的催化下，

39、在蛋是指在巴豆酸基转移酶的催化下，在蛋白质特定的位置添加巴豆酰基的过程。白质特定的位置添加巴豆酰基的过程。催化蛋白质巴豆酰化的酶是催化蛋白质巴豆酰化的酶是巴豆酰基转移酶巴豆酰基转移酶。六、巴豆酰化修饰六、巴豆酰化修饰现在学习的是第46页，共76页l组蛋白赖氨酸巴豆酰化修饰与基因的活化密切相关。组蛋白赖氨酸巴豆酰化修饰与基因的活化密切相关。l在人类体细胞和小鼠精子细胞基因组中，组蛋白在人类体细胞和小鼠精子细胞基因组中，组蛋白Kcr分布于分布于基因活性转录启动子区域或增强子上。基因活性转录启动子区域或增强子上。l在减数分裂后的精子细胞中，在减数分裂后的精子细胞中，Kcr 高丰度集中在性染色体上，标

40、高丰度集中在性染色体上，标记睾丸特异性基因，其中包括大量性染色体活性基因，但机制目前记睾丸特异性基因，其中包括大量性染色体活性基因，但机制目前尚不清楚。尚不清楚。（二）蛋白质巴豆酰化的生物学作用（二）蛋白质巴豆酰化的生物学作用现在学习的是第47页，共76页七、不同翻译后修饰过程的相互协调与影响七、不同翻译后修饰过程的相互协调与影响（一）在细胞信号转导的过程中存在多种蛋白质翻译后修饰（一）在细胞信号转导的过程中存在多种蛋白质翻译后修饰（二）一种蛋白质可以有一种以上的翻译后修饰（二）一种蛋白质可以有一种以上的翻译后修饰八、蛋白质修饰的研究策略八、蛋白质修饰的研究策略（一）传统的蛋白质修饰研究策略（

41、一）传统的蛋白质修饰研究策略（二）基于抗体的蛋白质修饰研究策略（二）基于抗体的蛋白质修饰研究策略（三）基于质谱的蛋白质修饰研究策略（三）基于质谱的蛋白质修饰研究策略现在学习的是第48页，共76页第二节第二节 蛋白质的降解蛋白质的降解 是细胞内蛋白质降解的主要途径，是细胞内蛋白质降解的主要途径，80 以上。以上。（一）（一）UPS的组成与分类的组成与分类有酶促活性的蛋白酶体是由圆柱形的有酶促活性的蛋白酶体是由圆柱形的20S核心颗粒和蛋白酶体核心颗粒和蛋白酶体激活因子共同构成的复合体，负责选择性降解短寿命的调节激活因子共同构成的复合体，负责选择性降解短寿命的调节蛋白和损伤蛋白。蛋白和损伤蛋白。人体

42、内主要有人体内主要有3 种蛋白酶体激活因子：种蛋白酶体激活因子：19S(PA700）、）、11S(PA28或或REG）和）和PA200（图（图2-2）。）。一、泛素一、泛素-蛋白酶体系统（蛋白酶体系统（UPSUPS）现在学习的是第49页，共76页现在学习的是第50页，共76页第二节第二节 蛋白质的降解蛋白质的降解1.ATP和泛素依赖的和泛素依赖的UPS组成组成19S蛋白蛋白酶酶体激活因子体激活因子结结合合20S蛋白蛋白酶酶体，形成体，形成26S蛋白蛋白酶酶体，体，这这是一种是一种ATP 和泛素依和泛素依赖赖的蛋白的蛋白酶酶体复合体。体复合体。细细胞内大多数蛋白胞内大多数蛋白质质泛素化后，都泛素

43、化后，都经经26S蛋白蛋白酶酶体体进进行降解，行降解，26S蛋白蛋白酶酶体是降解蛋白体是降解蛋白质质的最主要体系之一。的最主要体系之一。已在已在19S激活因子内激活因子内发现发现6 种不同的种不同的ATPase 亚亚基，它基，它们们在蛋白在蛋白质质底底物物进进人人20S核心核心颗颗粒前提供粒前提供ATP，从而将蛋白，从而将蛋白质质底物底物进进行解折叠，行解折叠，并使蛋白并使蛋白质质底物去泛素化。底物去泛素化。现在学习的是第51页，共76页第二节第二节 蛋白质的降解蛋白质的降解2.不依赖不依赖ATP和泛素的和泛素的UPS组成组成l11S蛋白酶体激活因子蛋白酶体激活因子（PA28或或REG）因不含

44、）因不含ATPase活性，可不活性，可不依赖依赖ATP和泛素介导蛋白酶体进行蛋白质降解。和泛素介导蛋白酶体进行蛋白质降解。l在在3种种REG家族成员中，家族成员中，REG和和REG约有约有50同源性，而同源性，而REG与与REG和和REG的的aa仅有仅有25 同源性。同源性。lREG/主要位于细胞质，一起形成异七聚体的帽状结构。主要位于细胞质，一起形成异七聚体的帽状结构。REG主要位于细胞核，可形成同七聚体帽状结构。但在有丝分裂期主要位于细胞核，可形成同七聚体帽状结构。但在有丝分裂期间，核膜破裂，间，核膜破裂，REG可分布于整个细胞。可分布于整个细胞。l目前发现目前发现REG 不参与泛素化蛋自

45、质的识别，但影响不参与泛素化蛋自质的识别，但影响20S蛋白酶体降解蛋白酶体降解蛋白质的活性。蛋白质的活性。现在学习的是第52页，共76页第二节第二节 蛋白质的降解蛋白质的降解3.UPS的分类的分类3种激活因子与种激活因子与20S蛋白蛋白酶酶体至少可体至少可组组成成4 种蛋白种蛋白酶酶体复合体体复合体：19S-20S-19S、11S-20S-11S、11S-20S-19S和和PA200-20S-19S，后两者又被，后两者又被称称为为杂杂交蛋白交蛋白酶酶体体（图图2-2）。）。细细胞内大多数蛋白胞内大多数蛋白质质主要通主要通过过26S蛋白蛋白酶酶体以体以ATP 和泛素依和泛素依赖赖方方式降解式降解

46、，而，而11S-20S-11S、11S-20S-19S和和PA200-20S-19S蛋白蛋白酶酶体可以体可以不依不依赖赖ATP 和泛素的方式降解一些和泛素的方式降解一些调节调节蛋白、氧化蛋白以及衰老蛋白等。蛋白、氧化蛋白以及衰老蛋白等。现在学习的是第53页，共76页第二节第二节 蛋白质的降解蛋白质的降解（二）蛋白质（二）蛋白质UPS降解的反应过程降解的反应过程泛素是一个由泛素是一个由76 个氨基酸组成的高度保守的多肽链。个氨基酸组成的高度保守的多肽链。泛素可共价结合于底物蛋白的赖氨酸残基上，将底物蛋白进行泛素泛素可共价结合于底物蛋白的赖氨酸残基上，将底物蛋白进行泛素化标记而被化标记而被UPS

47、特异性识别并迅速降解。特异性识别并迅速降解。1.泛素化过程的关健酶：泛素化过程的关健酶：关健酶：关健酶：E1活化酶、活化酶、E2结合酶、结合酶、E3连接酶连接酶UPS 通过通过E1、E2和和E3的组合获得泛素化过程具有特异性和选择的组合获得泛素化过程具有特异性和选择性，因此性，因此UPS 降解底物蛋白具有高度选择性。降解底物蛋白具有高度选择性。现在学习的是第54页，共76页第二节第二节 蛋白质的降解蛋白质的降解2.泛素化反应：泛素化反应：泛素的活化泛素的活化。这个过程需要以。这个过程需要以ATP 作为能量，将泛素作为能量，将泛素C-端的梭端的梭基连接到泛素活化酶基连接到泛素活化酶E1 的疏基上

48、，形成一个泛素和泛素活化酶的疏基上，形成一个泛素和泛素活化酶El 之间的硫酯键。之间的硫酯键。泛素活化酶泛素活化酶El 将将活化活化后的泛素通过硫酯键反应传递给泛素结合后的泛素通过硫酯键反应传递给泛素结合酶酶E2。泛素连接酶泛素连接酶E3 将结合在将结合在E2 上的泛素上的泛素连接到靶蛋白连接到靶蛋白上。上。这个过程循环往复，靶蛋白可共价连接上多个泛素分子，然后被这个过程循环往复，靶蛋白可共价连接上多个泛素分子，然后被26S蛋白酶体所降解。蛋白酶体所降解。现在学习的是第55页，共76页第二节第二节 蛋白质的降解蛋白质的降解3.泛素化蛋白的降解泛素化蛋白的降解在在20S核心颗粒的核心颗粒的亚基中

49、进行亚基中进行，将靶蛋白完全降解为长度一，将靶蛋白完全降解为长度一定的肽段。定的肽段。26S蛋白酶体只识别泛素化标记的蛋白质并将其降解为小肽，蛋白酶体只识别泛素化标记的蛋白质并将其降解为小肽，泛素在去泛素连接酶的作用下再回收利用，而靶蛋白降解产泛素在去泛素连接酶的作用下再回收利用，而靶蛋白降解产生的小肽则被细胞质中的蛋白酶进一步降解为氨基酸。生的小肽则被细胞质中的蛋白酶进一步降解为氨基酸。现在学习的是第56页，共76页第二节第二节 蛋白质的降解蛋白质的降解（三）泛素化调节和去泛素化调节（三）泛素化调节和去泛素化调节蛋白质本身可以提供特定的蛋白质本身可以提供特定的UPS 识别信号。这些泛素化的信

50、号通常识别信号。这些泛素化的信号通常被掩盖在正常蛋白质结构中，蛋白质在天然状态下不被降解。如果被掩盖在正常蛋白质结构中，蛋白质在天然状态下不被降解。如果蛋白质的正常结构出现变化或者受损，暴露这些信号，就会被蛋白质的正常结构出现变化或者受损，暴露这些信号，就会被UPS 发现。这就是折叠异常和突变蛋白容易被降解的原因。发现。这就是折叠异常和突变蛋白容易被降解的原因。细胞内同时还存在去泛素化调节。细胞内存在特异性去泛细胞内同时还存在去泛素化调节。细胞内存在特异性去泛素化蛋白酶，具有素化蛋白酶，具有泛素解离酶泛素解离酶(deubiquitinating enzyme,DUB）的功能，可能具有防止蛋白质