原核生物的蛋白质翻译后修饰.pdf

P i fl l V r W p i b b a c c n 原核生物的蛋白质翻译后修饰 枣 谭永聪 王启军 赵国屏 姚玉峰 上海交通大学医学院基础医学院病原生物学教研室 上海 2 0 0 0 2 5 中国科学 院上海植物生理 与生态研究所合成生物学实验室 上海 2 0 0 0 3 2 摘要蛋白质翻译后修饰是调节蛋白质生物学功能的关键步骤之一 是蛋白质动态反应和相互作用的一个重要分子基础 同 时 它也是细胞信号网络调控的重要靶点 目前 蛋 白质翻译后修饰已经成为国际上蛋白质研究的一个极其重要的热点 在 原核生物生命活动中 蛋白质的翻译后修饰具有 卜 分重要的作用 如参与细胞信号传导 物质的代谢 蛋白质的降解 致病 微生物的致病过程等 综述了经典原核生物蛋白质翻译后修饰的种类 机制和功能 同时介绍了最近发现的原核生物的全 局性乙酰化修饰以及结核分枝杆菌中类泛素化修饰 关键词原核生物 蛋 白质翻译后修饰 糖 基化 学科分类号Q9 3 Q 5 磷酸化 脂质化 乙酰化 类泛素化 甲基 化 D0I 1 0 3 7 2 4 S P J 1 2 0 6 2 0 1 0 0 0 1 3 8 很长时间里 蛋 白质翻译后修饰并未引起足够 重视 直到 2 0 0 4年泛素介导蛋 白质降解 的发现获 得诺 贝尔奖之后 这一情形才有明显改观 迄今 人们 已发现多达 2 0 0多种的蛋 白质修饰 蛋 白质翻 译 后修饰几乎参与 了细胞所有 的正常 生命 活动过 程 并发挥十分重要的调控作用 目前 已经成为国 际上蛋 白质研究的一个极其重要的领域 但相比真 核生物 对原核生物蛋白质翻译后修饰研究得比较 少 目前研究证实 原核生物的蛋 白质可以通过小 分子化合物修饰 比如糖基化 脂基化 甲基化 磷酸化 生物素化 烷基化等几十种类型来改变蛋 白质 的稳定性 结构和功 能 而且 随着技术 的进 步 最近在原核生物中还发现了类真核的泛素化修 饰 以及全局性的乙酰化修饰 以下将详细阐述近年 对原核生物中蛋 白质修饰的最新发现和研究进展 1 糖 基化 蛋 白质 的糖基化是蛋 白质翻译后 修饰 中最普 遍 最多样的 是低聚糖 以糖苷的形式与蛋白质上 特定的氨基酸残基共价结合的过程 曾经一度认为 糖基化只存在于真核细胞中 但研究表 明 原核生 物中也存在蛋白质的糖基化修饰 而且由于在糖基 的单糖结构和组成上的不 同而显得 比真核生物 中的 更加丰富多样 1 1 糖基化的类型 目前 已发现超过 7 O种细菌蛋 白质糖基化修饰 细菌的蛋 白质糖基化和真核生物一样可以按照氨基 酸和糖 的连接方式分为 4类 O位糖基化 N位糖 基化 C位甘露糖化以及 G P I g l y c o p h o s p h a t i d l y i n o s i t o 1 锚定连接 但是前者在连接方式和结构上不一样 而且糖基 中还含有一些在真核生物 当中罕见的单 糖 因而显得更加丰富多彩 下面主要介绍原核生 物 中蛋白质的 N位糖基化修饰方式 在原核生物空肠曲杆菌中 七庚糖最终与蛋白 质的天冬氨酸相连 通过对其结构 的研究发现 不 同于真核 生物 中多萜醇途径的 N位糖基化发生在 内质 网里 原核生物的 N位糖基化发生在周质空 间里 而且有它独特的 P g l 途径 过程如图 1 所示 国家 自然科学基金 3 0 8 7 0 1 0 0 U 国家 重点基础研 究发展计 1J 9 7 3 f 2 0 0 9 C B 5 2 2 6 0 5 资助项 目 通讯联系人 T e l 0 2 1 6 4 6 7 1 2 2 6 E ma i l y r y a o s j t u e d u c n 收稿 日期 2 0 1 0 0 7 2 2 接受 日期 2 0 1 0 1 0 一 l 1 1 9 8 生物化学与生物物理进展P r o g B i o c h e m B i o p h y s 细胞质 F i g 1 N g l y c o s y l a t i o n o f p r o t e i n s t h r o u g h t h e Pg l p a t h wa y i n p r o k a r y o t e s 图 1 原核生物中蛋白质 N位糖基化的P 途径 这个过程主要依赖 p 基 因簇编码的各种酶来 完 成 p g l 编 码 P g l A P g l C P g l H P g l I P g l J 这 5个糖基化转移酶负责对脂质载体上七庚糖的组 装 各 自发 挥 不 同 的 作 用 它 还 编 码 P g l F U DP N 乙酰葡萄糖胺 C 6脱水酶 P g l D N一乙酰 转移酶 P g l E C 4氨基转移酶 这 3个酶负责将 U DP GI c NA c转 换为 U DP B a e i l l o s a mi n e Wl a B被 认 为是 A T P结合和 运输 蛋 白 它 能将糖 基从 胞 质翻转到周质 内 P g l B则负责将糖基转移到蛋 白 质上 研究发现 P 系统中最主要的酶是寡糖转移 酶 OS T P g l B 它是一种细胞膜整合蛋 白 只有 一 种组分 大小 8 2 k u 有高度保守的氨基酸序列 W W D Y G 而且 它的氨基酸序列和 S S T 3 真 核 生物寡糖转移酶中功能非常重要的组分回 相似性非 常高 它能将脂质载体上的七庚糖转移到蛋白质上 使其糖基化 关于糖基化位点 普遍认为原核生 物 N位糖 基化发生在 蛋 白质序列 D E Z N X S T 上 其中 z和 x 可以是除 了脯氨酸之外 的任何氨 基酸 1 2 糖基化对原核生物的作用 类似于真核细胞 原核生物 中蛋白质 的糖基化 对其生命活动也产生很重要的影响 比如 蛋 白质 三级结构的维持和稳定 细胞识别 粘着 和吸附 致病性等 例如 用枯草杆菌肽和盐生盐杆菌一起 温育 此种物质可阻止外膜蛋 白的糖基化 结果发 现 菌体发生了变化 从柱状变成了球状 说 明外 膜蛋 白的糖基化能维持和稳定菌体的形状 4 1 目前研究 比较深入的糖蛋 白大多来 自病原菌 而且发现它们与病原菌的毒力紧密相关 在淋病奈 瑟 菌 中 通 过 蛋 白质 上 第 6 3位 丝 氨 酸残 基 和 G a l Gl c N Ac形成的 0位糖基化蛋 白是其菌毛上主 要的骨架成分 它和该细菌的抗原性 组织特异性 以及对宿主细胞 的侵入密切相关 5 j 2 脂基化 原核生物中蛋 白质 以不同的方式通过共价连接 形成暂时或持久性的脂基化修饰 脂基基 团可以是 肉豆蔻酸 棕榈酸等长链脂肪酸 在原核生物 中发 现了很多类型的脂基化蛋 白 2 1 脂基化蛋白的种类 2 1 1 脂蛋 白 盐杆菌中在分子质量很小的蓝铜蛋 白的基本序列 上有普 遍 的脂 蛋 白修饰 L e u Al a G l y C y s 是它的基本序列 位于信号序列的氨基端 推测跟蛋 白质的定位有密切关系 6 1 另外 在革兰 氏阳性细菌中 细胞膜 上用于结合和运载底物 的 A B C运载体是多亚基组成的 其中结合底物 的亚 基也是脂蛋 白 7 谭永聪 等 原核生物 的蛋 白质翻译后修饰 1 9 9 2 1 2 异戊二烯化蛋 白 在盐杆菌中用放射性标记 的异戊二烯前体 甲羟戊酸培养 最终发现存在于细 胞膜上的一些糖蛋白上 后来通过放射性的脉冲 示踪技术发现 它能够促进糖蛋 白的成熟和正确定 位 而且糖蛋 白的这种修饰也像脂 蛋 白一样基 于 相似的基本序列 因此推测糖蛋 白的这种异戊二烯 修饰在原核生物 中是普遍存在的 2 1 3 酰化蛋白 在原核生物 当中 通过对全基因 组序列研究发现有很多编码脂肪酸合成有关的基 因 和脂肪酸氧化制造能量的基因 而且很多蛋白质都 经过酰化修饰 例如 甲烷杆菌和盐杆菌的亚细胞 组分和质谱数据显示很 多蛋 白质 都经过 了酰化修 饰 进一步 的色谱分析发现 主要是棕榈酸和硬脂 酸 其他的脂肪酸很少 9 J 2 1 4 G P I 锚定蛋 白 G P I g l y c o s y l p h o s p h a t i d y l i n o s i t o 1 锚定主要是通过蛋白质羧基端的脂类修饰使其固定 在 细胞膜上 大致过程是 G P I 的重要组成成分磷 脂酰肌醇通过与蛋白质的羧基端连接转运到细胞膜 上形成未成熟的蛋白质将蛋白质羧基端上游的序列 剪切掉之后通过重新连接进而形成成熟的膜蛋 白 这种 G P I 锚定需要 1 9 种酶的参与才能形成 在真 核生物中是普遍存在的 可是原核生物中只有在古 细菌发现过 而且通过基因组的分析发现很多古细 菌都存在编码 G P I 锚定蛋 白的功能 2 2 脂基化的作用 蛋 白质的脂基化能够增强蛋白质在细胞膜上的 亲和性 参与细胞 内的信号转导 调节细胞中蛋 白 质的相互作用 而且还能够参与物质的胞外运输 囊性纤维化患者感染的绿脓假单胞菌是一种条件致 病菌 P e l C蛋 白是该细菌细胞膜上一种脂基 化蛋 白 脂基化不仅与该蛋白质在细胞膜上的快速准确 定位密切相关 而且还能使该蛋 白质更有效率地运 输荚膜多糖从而影响细菌的致病 1 1 3 甲基化 蛋 白质的甲基化是指在 甲基转移酶催化下 甲 基基团由 S 腺苷基 甲硫氨酸转移至相应蛋 白质 的 过程 既可以形成可逆的 甲基化修饰 如 O位羧 基端的甲基化修饰 也可以形成不可逆的甲基化修 饰 如 N 位 的甲基化修饰 在原核生物 中也普遍 存在蛋 白质的甲基化 3 1 甲基化辅酶 M 还原酶的甲基化 在 甲烷杆菌中 甲烷的产生是通过 甲基化辅酶 M 还原酶催化产生的 通过晶体结构的分析发现 它是一个六聚体 其 中 仅亚基上 5个被修饰 的氨 基酸都位于活性位置 而且除了其中 1 个是甘氨酸 的硫醇修饰外 其余 4个都是 甲基化修饰的 分别 是 1 N 甲基化组氨酸 5 s 甲基化精氨酸 2 一 s 一 甲基化谷氨酸和 S 一甲基化半胱氨酸 一直认为 甲基化辅酶 M 还原酶的 甲基化是合成之后在这 4 个残基上加上的 可是从结构上分析 这 4个氨基 酸残基深深地埋在酶的内部 甲基转移酶不能靠近 它们 因而不能催化其 甲基化 至今催化的具体机 制还不清楚 1 2 1 3 2 D NA结合蛋白的甲基化修饰 t 古细菌与细菌不同 却有着与真核细胞相似的 某些特性 D NA组装都需要组蛋 白的参与 硫 叶 菌 属的 D NA结合 蛋 白按分子质 量可 以分为 3类 分别是 7 k u 8 l u 1 0 k u 其中最主要的是 7 1 u蛋 白 被称为 S u l 7家族 通常在赖氨酸上发生 甲基 化 这些蛋白质 由于被 甲基化而使其具有独特 的物 理特性和功能 3 3 细菌全局性的蛋白质甲基化修饰 得益于蛋 白质质谱技术的进步 C a o等 1 4 通过 计算机预测和高分辨率串联质谱首次对一种引起人 和多种动物致病的病原体 问号钩端螺旋体赖株的蛋 白质表达和蛋 白质翻译后修饰进行 了全面研究 检 测到了 2 5 4 0个蛋 白质 大约 占通过基 因组预测的 蛋 白质总数 的 6 4 3 而且发现 3 2个磷酸化蛋 白 4 6个 乙酰化蛋 白和 1 5 5个 甲基化 的蛋 白质 修饰 的 位点有赖氨酸 谷氨酸 脱掉酰胺基团的谷氨酰胺 和精氨酸 而且这是首次在原核生物中发现精氨酸 的甲基化修饰1 其 中包括鞭毛蛋 白 转录延伸 因 子 腺苷酸环化酶 翻译起始因子等 这说明甲基 化修饰在钩端螺旋 体中是一个全局性 的蛋 白质修 饰 和细菌的运动 信号转导 转录和翻译等生命 活动密切相关 进一步研究发现 这些蛋 白质的磷 酸化修饰和精氨酸残基上的甲基化修饰与真核生物 很相似 这暗示了钩端螺旋体和真核生物在蛋 白质 翻译后修饰系统上有很大的相似性 3 4 蛋白质 甲基化的作用 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 H原子 但 却减少 了氢 键 的形成数量 而且 甲基化 的加入增加 了空 间阻 力 影响了底物与蛋 白质的相互作用 蛋 白质 甲基 化 已经被证明有很多的功能 蛋白质之 间的相互作 用 蛋 白质和 R NA之 间 的相 互作用 蛋 白质 的 定位 R N A加工 细胞信号转导以及致病性等 2 0 0 生物化学与生物物理进展P r o g B i o c h e m B i o p h y s 蛋白质的 甲基化修饰跟原核生物 的致病性存在 很密切的关系 在结核分枝杆菌中 细胞表面存在 一 种肝素结合血凝素蛋 白H B HA 其羧基端功能区 含有很多富含赖氨酸的重复序列 而且每个赖氨酸 残基上都被不同程度的 甲基化修饰 这些修饰能保 护这个功能区不被蛋白酶降解从而介导细菌与宿主 的识别 结合以及致病 而且血凝素作为预防结核 的疫苗候选 因子 研究证 明甲基化修饰和免疫原性 相关 只有正确 的甲基化修饰的血凝素才能对结核 起到一定的预防作用 l 6 4 磷酸化 蛋 白质的磷酸化是指通过酶促反应将磷酸基 团 转移到 目的蛋 白特定的氨基酸残基上的过程 是可 逆的 这是生物体 内存在的一种普遍的调节方式 在细胞信号的传递过程 中占有极其重要的地位 4 1 3种主要的蛋 白质磷酸化修饰机制 第一种是 A T P或 G T P依赖的蛋 白质磷酸化修 饰 与真核生物类似 这种修饰也是通过在激酶的 作用下 将 AT P的磷酸基团转移到 目的蛋 白特定 氨基酸残基上 主要是丝氨酸 其次是苏氨酸和酪 氨酸 这种磷酸化修饰在生物界 中广泛存在 大约 有 三分 之一 的 蛋 白质 是 经过 这种 磷酸 化方 式修 饰的 第二种是双组分磷酸化修饰 在这种磷酸化修 饰中 一种叫做感受激酶的蛋白质能够感受外界的 信号刺激 利用 AT P将 自己的组氨酸残基发生磷 酸化 然后这个磷酸基 团被转移到下一个叫做受体 蛋 白的天冬氨酸残基上 最终引起细胞在代谢上的 一 系列的反应 进一步研究发现 在不 同的原核生 物中 双组分中的第一个蛋白质有着共同的保守序 列 这个保守序列位 于蛋 白质 的 C端 含有大概 2 5 0个氨基酸残基 第二个 组分在 N端含有大概 l 0 0个氨基酸残基的保守区旧 第三种是磷 酸化丙酮酸 P E P 1 糖类磷酸化转 移酶系统f 简称 P T S P E P将磷酸基 团转移至 E n Z 蛋 白 然后通过 HP r A I I B和 U C最后转移 到一个五碳糖上 这些蛋 白质磷酸位点通常都是组 氨酸残基 只有 H P r 蛋白磷酸化位点是组氨酸或 者丝氨酸残基 1 8 其实 这 3种磷酸化转移酶系统不是孤立存在 的 它们之 间共 同对某些 生命活动产 生影响 例 如 在枯草芽孢杆菌 中 s 操纵子是受 P T S和双 组分磷酸转移酶系统双重控制的 I 9 J 4 2 磷酸化在原核生物 中的作用 在原核生物中 蛋 白质的磷酸化修饰主要通过 上述 3种磷酸化修饰机制影响着蛋 白质的功能 特 别是双组分系统 X C S 它能感受外界环境细微的 变化进而调控着不同基因的表达 和一些特殊致病 菌 的致病性有密切 的关系 例 如在结核分枝杆菌 中 P h o R P h o P双组分系统中的 P h o R能感受外界 二价 阳离子浓度或 p H等环境变化 自身磷 酸化 后 将磷酸基 团转移到 P h o P氨基端 第 7 1位天冬 氨酸残基上 引起羧基端结构的变化从而更好地和 相关基因的启动子结合 表达一些应对环境 的蛋白 质 以及一些毒力 蛋 白 2 o 迄今为止 通过 p h o P突 变株和野生株的蛋 白质谱比较发现 P h o R P h o P系 统直接和间接调控着大量基因的表达 包括转录调 控因子 脂质代谢 细胞膜成分合成 毒力蛋 白等 相关基因 对其侵入宿主细胞 在宿主细胞 中的存 活以及应对各种压力环境等发挥着关键 的作用 2 1 5 乙酰化 乙酰化修饰首先是在真核生物 中发现的 发生 乙酰化的位点是结合在 D NA上组蛋 白的赖氨酸残 基 8 一 N H 对基 因转录起到重要的调节作用 2 2 随 着研究的深入 近些年在原核生物中也发现了蛋白 质 乙酰化修饰 下面将介绍一些重要的原核生物蛋 白质 乙酰化修饰 5 1 乙酰辅酶 A合成酶 A CS 的乙酰化修饰 在真核生物 中 S i r 2依赖 的蛋白质 乙酰化 去 乙酰化修饰系统影 响着基 因的表达和细胞 的寿命 并且在所有类型的真核生物 中都发现过 而在原核 生物 中之前从未发现过类似 的酶 S t a r a i 等 2 3 J 在 鼠 伤寒沙门氏菌中发现 了中心代谢酶 乙酰 C o A合成 酶 AC S 它对生命代谢起着 关键 的作用 通过利 用醋 酸 盐 腺 嘌呤 核苷 和 C o A 等来 合 成 乙酰 C o A 从而被 乙酰化酶 P a t 利用以对其他蛋白质进 行 乙酰化 的修饰 同样 AC S也受 乙酰化 的调控 去 乙酰化酶 C o b B能够在其第 6 0 9位赖 氨酸残基 上进行去乙酰化 降低其活性从而抑制 乙酰 C o A的 合成 5 2 D NA结合蛋白的乙酰化修饰 B e l l 等 2 4 在研究古细菌硫矿硫化叶菌 P 2时发 现 古细菌 D NA结合蛋 白 Al b a存在 乙酰化和去 乙酰化两种状态 对 D NA转录有调节作用 而且 它能够被 古细菌 的 S i r 2同源蛋 白去 乙酰化 如用 S i r 2同源蛋白处理体外重建转录系统 可 以观察到 谭 永聪 等 原核生物的蛋 白质翻译后修饰 2 01 转录抑制现象 对 Al b a蛋 白的乙酰化进行深入研 究发现 它是在 L y s 1 6上被 乙酰化修 饰而受调控 的 对 该位 点进行 乙酰 化修饰的是 乙酰基转移酶 P a t 并指出 P a t 的功能是很保守的 不仅在古细菌 中存在 而且在真细菌中也存在 2 5 5 3 核糖体蛋白的乙酰化修饰 原 核生物 中的核糖体蛋 白 S 1 8 S 5和 L 1 2能 够被 R i m 蛋 白 包括 R i mI R i mJ R i mL分 别 乙 酰化修饰 其中的 L 1 2及其 乙酰化衍生物 L 7由于 它们的物理特性和生物学功能而尤为受到关注 2 6 在大肠埃希 氏菌中 L 1 2和 L 7是以二聚体形式存 在的 在核糖体中是唯一一个多拷贝的蛋 白质 这 种二聚体不直接和 r R NA作用 而是通过和 L 1 0形 成另外一种聚合物间接和其发生作用 2 7 1 5 4 代谢酶 的乙酰化修饰 我们通过将菌体 总蛋 白进行质 谱鉴定发现 S e n t e r i c a中有 1 6 6个蛋 白质的 1 9 0个肽段都是 乙 酰化修饰的 其中 1 3 4个蛋 白质是己知功能的蛋 白 质 而且除了乙酰 C o A合成酶 其余都未有相应 的报道 通过对质谱结果归类发现 其 中与代谢有 关的蛋 白质将近 5 0 几乎覆盖 了所有 的和生命 代谢包括糖酵解 糖异生 柠檬酸循环 乙醛酸循 环等有关的酶 同时发现这些酶的乙酰化水平是受 乙酰化酶 P a t ll 去 乙酰化酶 C o b B 严格调控的 研究发现乙酰化修饰对菌体协调碳源利用和调控代 谢流具有重要作用 在 鼠伤寒沙 门氏菌中 用 5 mmo l L葡萄糖作 为唯一碳源分别对菌进行培养 以观察它们 的生长速 度 结果发现 在 不同的时间点 c o 6 缺失 野 生菌株 wT p a t 缺失的菌株 的 A 表现为递减 而用柠檬酸作为唯一碳源时 情况完全相反 进一 步通过在体外对各种代谢酶乙酰化水平的调节来观 察酶 的活性 以考察 乙酰化对各种 糖类 利用的影 响 Ac e A是异 柠檬酸裂 解酶 使 得柠檬 酸进 入 T C A循环 Ac e K是异柠檬酸脱氢酶激酶 也有磷 酸 酯 酶 活 性 它 能 够 磷 酸 化 异 柠 檬 酸 脱 氢 酶 I C DH 从而使柠檬酸进入 乙醛酸途径 也可 以 使 I C DH去磷酸化 抑制进入 乙醛酸途径 通过体 外用 P a t 处理 Ac e A 其活性下降 3 0 而用 C o b B 处理活性则上升 了 2 4 而用 P a t 处理 Ac e K提高 其 乙酰化水平 发现其 抑制 I C DH 的活性下 降 了 6 0 这说 明了 Ac e K 的乙酰 化能够提 高其酯 酶 活性 进一步通过不同种类 如葡萄糖和柠檬酸 和浓 度的碳源培养 鼠伤寒沙 门氏菌 观察不同生长时期 在 p at和 c o b B的转录水平 结果发现 两个基因在 对数期的转录水平最高 而且各个 时期总体具有相 同的变化趋势 说明 P a t 和 C o b B共同调控着蛋 白 质 的乙酰化 6 类泛素化 在真核生物 中 存在 一种泛 素 u b i q u i t i n 修饰 介导 的蛋 白质 降解机制 可 以通 过共价键将含有 7 6个氨基酸残基 的泛素基 团结合到一些折叠不正 确或功能缺失的蛋白质上 从而作为一种降解信号 让蛋 白酶体识别并 降解 2 9 而 2 0 0 8年之前在原核 生物 中只发现 了蛋白酶体 却从未发现泛素或类泛 素的蛋 白质的修饰 因此一度认为蛋白酶体对原核 生物蛋 白质的降解完全依赖于蛋 白质 自身的组成和 结构l 3 0 但最近两年通过对结核分枝杆 菌的研究 发现 了P u p修饰 而且能介导蛋白质的降解 P e a r c e等 发现 在离体条件 下 F a b D 丙二 酰 C o A一 酰 基载体蛋 白 和 蛋 白酶体 含 Mp a Mp a 是一种 A T P依赖的激酶 存在于蛋 白酶体 的顶端 能识别 目的蛋 白并将其输送到蛋 白酶体核心降解区 域 一起温育 发现 F a b D未被降解 推测其降解还 需要另外一种辅助因子 进一步研究 通过在大肠 杆菌中进行细菌双杂交 发现 Mp a能和 2 1 1 1 c 编 码 的蛋白 P u p相互作用 而且这个蛋白质和蛋 白酶 体 的核心蛋白在 同一个顺反子中被 同时表达 因此 推 测 P u p参 与 了 蛋 白质 的 降解 另 外 对 p 2 0 9 7 1 的突变也 导致 F a b D不 能被 降解 而它具 有一种连接赖氨酸和谷氨酸的连接酶活性 因此推 测 P u p是通过 P a f A蛋 白连接在 目的蛋白上 的 真核 生物 的泛 素和类泛素在羧基 端通常含有 Gl y G l y两个甘氨酸 反应时需要经过降解其他氨 基酸将这两个氨基酸暴露才能和 目的蛋 白的 L y s 位 点发生结合 而在原核生物 中蛋白质 的 P u p修饰有 其独特 的途 径 通过对 p u p基 因序 列进行分析发 现 P u p含有 6 4个氨基酸残 基 大 小在 6 9 k u S t r i e b e l 等 3 2 通 过质谱结果 分析发现 P u p羧基端 Gl y G l y G i n的谷氨酰胺 必须经过脱酰胺作用变成 谷氨酸 然后才能和 目的蛋 白上 的赖氨酸发 生结 合 其中脱酰胺酶是 D o p 2 1 1 2编码 它的缺失 导致 目的蛋 白的大量堆积 以及 P u p修饰 的蛋白质检 测不到 因此它的脱酰胺作用是 P u p修饰必需的 3 3 1 通常类泛素之间在序列上相似度很低 但是在 3 D结构上却有很 高的保守性 但作为在原核生 2 0 2 生物化学与生物物理进展P r o g B i o c h e m B i o p h y s 2 0 1 1 3 8 3 物中发现的第一种类泛素修饰 通过结构预测 结 合 C D和 NMR技术发现它在结构上和真核类泛素 很不一样 是一种无序结构的蛋 白质 只是在羧基 端存在一些小的类似螺旋的结构 3 5 原核生物 的类泛素修饰不仅能和泛素修饰系统 一 样作为一种蛋 白质降解信号参与蛋 白质 的降解 而且也有可能参与其他的生命活 动 F e s t a等 3 6 对 结核分枝杆菌 的蛋 白质进行 了质谱分析 发现 了 5 5个被 P u p修饰 的蛋 白质 其 中很多蛋 白质在 降 解功能缺失的m p a 突变菌株中也没有富集 这说 明蛋白质的 P u p修饰除了能作为一种蛋 白质降解信 号外 还有其他的功能 质谱的归类结果证实了这 一 点 这 5 5个被 P u p修饰的蛋 白质包括 了 8 种功 能的蛋 白质 如 中间代谢 脂类代谢 信号转导 毒力等 这暗示着 P u p修饰很可能是一种全局性的 修饰 而且通过修饰介导了原核生物的各种生命活 动过程 7 展 望 在原核生物 中 随着蛋 白质组学研究的迅猛发 展 如今 一些在原核生物中从未发现过 的蛋白质 翻译后修饰接连不断地呈现出来 原核生物中蛋 白 质翻译后修饰 的种类 结构 机制和功能的研究 将让我们对原核生物蛋 白质的各种特性有更进一步 的了解 为我们深入理解原核生物生命活动的调控 机制提供必要的信息 同时为人类将来更好地利用 微生物为工农业生产服务 为各种感染性疾病的预 防和治疗提供了强有力的科学依据 参考文献 Ei c h l e r J Ad a m s M W P o s t t r a n s l a t i o na l p r o t e i n mo d i f i c a t i o n 1 n Ar c h a e a Mi c r o b i o l Mo l B i o l R e v 2 0 0 5 6 9 3 3 9 3 4 2 5 S h a r o n N Ce l e b r a t i n g t h e g o l d e n a n n i v e r s a r y o f t h e d i s c o v e r y o f ba c i l l o s a mi n e t h e d i a mi n o s u g a r o f a Ba c i l l u s Gl y c o bi o l o g y 2 0 0 7 1 7 1 l 1 1 5 0 1 1 5 5 Ko wa r i k M Yo u ng N M Nu ma o S e t a 1 De fi n i t i o n o f t he b a c t e r i a l N g l y c o s y l a t i o n s i t e c o n s e n s u s s e q u e n c e E MBO J 2 0 0 6 2 5 9 1 9 5 7 1 9 6 6 Le c h n e r J W i e l a n d F S t r u c t u r e a n d bi o s y n t h e s i s o f p r o k a r y o t i c g l y c o p r o t e i n s An n u Re v Bi o c h e m 1 9 8 9 58 1 7 3 1 9 4 B ane r j e eA Wa n gR S u p e ma v a g e SL e t a 1 I mp l i c a t i o n s o f p h a s e v a r i a t i o n o f a g e n e p g t A e n c o d i n g a p i l in g a l a c t o s y l t r a n s f e ms e i n g o n o c o c c a l p a t h o g e n e s i s J E x p Me d 2 0 0 2 1 9 6 2 1 4 7 1 6 2 M a tt a r S Sc h a r f B Ke n t S B e t Th e p r i ma ry s t r u c t u r e o f h a l o c y a nin an arc h a e a l b l ue c o p p e r p r o t e i n p r e d i c t s a l i p i d a n c h o r f o r me mb r ane fi x a t i o n J B i o l C h e m 1 9 9 4 2 6 9 2 1 1 4 9 3 9 1 4 9 4 5 S u t c l i ffe I C Ru s s e l l R R Li p o p r o t e i n s o f g r a m p o s i t i v e b a c t e ria J Ba c t e r i o l 1 9 9 5 1 7 7 5 1 1 2 3 1 1 2 8 8 E i c h l e r J P o s t t r a n s l a t i o n a l mo d i fi c a t i o n o f t h e S l a y e r g l y c o p r o t e i n O c c u r s f o l l o wi n g t r an s l o c a t i o n a c r o s s t h e p l a s m a me mb r an e o f th e h a l o arc h a e o n H a l o f e v o l c a n i i E u r J B i o c h e m 2 0 0 1 2 6 8 1 5 4 3 6 6 43 7 3 9 P e r e t o J L o p e z G a r c i a P Mo r e i r a D An c e s t r a l l i p i d b i o s ynthe s i s and e a r ly me mb r ane e v o l u t i o n T r e n d s Bi o c h e m S c i 2 0 0 4 2 9 9 4 6 9 4 7 7 1 0 E i s e n h a b e r B Bo r ic P E i s e n h a b e r F P o s t t r ans l a t i o n a l G P I l i p i d an c h o r mo d i fic a t i o n o f p r o t e i n s i n k i n g d o m s of l i f e an a l y s i s o f p r o t e i n s e q u e n c e d a t a f r o m c o mp l e t e g e n o me s Pr o t e i n E ng 2 00 1 1 4 1 1 7 2 5 1 1 V a s s e u r P S o s c i a C V o u l h o u x R e t P e l C i s a P s e u d o m o n a s a e r u g i no s a o u t e r me mbr an e l i p o p r o t e i n o f the OM A f am i l y o f p r o t e i ns i n v o l v e d i n e x o p o l y s a c c ha r i d e t r a n s p o r t Bi o c h i mi e 2 00 7 8 9 8 9 0 3 9 1 5 1 2 G r a b ars e W Ma h l e r t F S h ima S e t a 1 C o mp a ris o n o f t h r e e me t h y l c o e n z y me M r e d u c t a s e s f r o m p h y l o g e n e t i c a l l y d i s t a n t o r g an i s m s un u s u a l am i no a c i d mo d i fic a t i o n c o n s e r v a t i o n an d a d a p t a t i o n J Mo l B i o l 2 0 0 0 3 0 3 2 3 2 9 3 4 4 1 3 B a u ma n n H Kn a p p S L u n d b a c k T e t a 1 S o l u t i o n s t r u c t u r e and DNA bi n d i n g pr o p e rti e s o f a t h e r mo s t a bl e p r o t e i n f r o m t h e a r c h a e o n S u 蜘l o b u s o lf a t a r i c u s Na t S t r u c t B i o l 1 9 9 4 1 1 1 8 0 8 81 9 1 4 Ca o X J D a i J Xu H e t 0 1 Hi gh c o v e r a g e p r o t e o me ana l y s i s r e v e a l s t h e fi r s t i n s i g h t o f p r o t e i n mo d i fic a t i o n s y s t e ms i n the p a tho g e n i c s p i r o c h e t e Le pt o s pi r a i n t e r r o g a n s Ce l l Re s 2 01 0 2 0 2 1 9 7 2 1 0 1 5 Be d f o r d M T R i c h ard S Ar g i n i n e me t h y l a t i o n an e me r g i n g r e g u l a t o r o f p r o t e i n f u n c t i o n Mo l C e l l 2 0 0 5 l 8 3 2 6 3 2 7 2 1 6 H o s t H Dr o b e c q H L o c h t C e t E n z y ma t i c me t h y l a t i o n o f the My c o b a c t e r i u m t u b e r c u l o s i s h e pa r i n b i n d i n g ha e ma g g l u t i n i n F E MS Mi c r o b i o l L e t t 2 0 0 7 2 6 8 2 1 4 4 1 5 O 1 7 P ark i n s o n J S Ko f o i d E C C o mmuni c a t i o n mo d u l e s i n b a c t e ri a l s i g na l i n g p r o t e ins An n u Re v Ge ne t 1 9 9 2 2 6 7 1 一l l 2 1 8 P o s t ma P W L e n g e l e r J W J a c o b s o n G R P h o s p h o e n o l p y r u v a t e c arb o h y d r a t e p h o s p h o t r a n s f e r a s e s y s t e ms o f ba c t e ria M i c r o bi o l R e v 1 9 9 3 5 7 3 5 4 3 5 9 4 1 9 T r a u g h J A T r a u t R R P h o s p h o ryl a t i o n o f ri b o s o ma l p r o t e i n s o f E s c h e r i c h i a c o l i b y p r o t e i n k i n a s e fro m r a bb i t s k e l e t a l mu s c l e B i o c h e mi s t r y 1 9 7 2 1 1 1 3 2 5 0 3 2 5 0 9 2 0 S in h a A G u p t a S B h u t a n i S e t o 1 P h o P P h o P i n t e r a c t i o n a t a d j a G e n t P h 0 P b i n d i n g s i t e s i s i n fl u e n c e d b y p r o t e i n p h o s p h o ryl i o n J B a c t e r i o l 2 0 0 8 1 9 0 4 1 3 1 7 1 3 2 8 2 1 Wa l t e r s S B D u b n a u E Ko l e s n i k o v a I e t a 1 T h e My c o b a c t e r i u m t u b e r c u l o s i s P h o P R t wo c o mp o n e n t s y s t e m r e gu l a t e s g e n e s e s s e nt i a l for v i r u l e n c e a n d c o mp l e x l i p i d b i o s y n the s i s Mo l Mi c r o b i o l 2 0 0 6 6 0 2 3 1 2 3 3 0 2 2 A l l fr e y VG F a u l k n e r R Mi r s k y AE A c e t y l a t i o n a n d me t h y l a t i o n o f h i s t o n e s and t h e i r p o s s i b l e r o l e i n t h e r e gu l a t i o n o f Rn a s yn t h e s i s P r o c Na t l Ac a d S c i US A 1 9 6 4 5 1 5 7 8 6 7 9 4 2 3 S t a r a i V J C e l i c I C o l e R N e t o 1 S i r 2 一 d e p e n d e n t a c t i v a t i o n o f 2 0 1 1 3 8 3 谭永聪 等 原核生物的蛋白质翻译后修饰 2 0 3 a c e t y l Co A s y n t h e t a s e b y d e a c e t y l a t i o n o f a c t i v e l y s i n e S c i e n c e 2 0 0 2 2 9 8 5 6 0 2 2 3 9 0 2 3 9 2 2 4 Be l l S D Bo t t i n g C H Ward l e w o rt h B N e t T h e in t e r a c t i o n o f Al b a a c o n s e r v e d a r c h a e a 1 c h r o ma t i n p r o t e i n wi t h S i r 2 a n d i t s r e g u l a t i o n b y a c e t y l a t i o n S c i e n c e 2 0 0 2 2 9 6 5 5 6 5 1 4 8 1 5 1 2 5 Ma r s hVL P e a k C h e wSY B e l l SD S i r 2 a n dt h e a c e t y l t r a n s f e r ase Pa t r e gu l a t e t he a r c h a e a l c h r o ma t i n p r o t e i n Al b a J Bi o l C he m 2 0 0 5 2 8 O 2 2 2 l 2 2 2 1 1 2 8 2 6 T a n aka S Ma t s u s h i t a Y Yo s h i k a wa A e t o 1 C l o n i n g a n d mo l e c ul a r c h ara c t e riz a t i o n of t he g e ne r i mL wh i c h e n c o d e s an e n z y l n e a c e t y l a t i n g rib o s o ma l p r o t e i n L1 2 o fE s c h e r i c h i a c o l i K 1 2 Mo l Ge n Ge n e t 1 9 8 9 2 1 7 2 3 2 8 9 2 9 3 2 7 Mo la r D Wi n t e r me y e r W R o d n i n a M V G T P a s e a c t i v a t i o n o f e l o n g a t i o n f a c t o r s T u and G o n t h e ribo s o me Bi o c he mi s t r y 2 0 0 2 4 1 4 1 1 2 5 2 0 1 2 5 2 8 2 8 Wa n g Q Z h a n g Y Ya n g C e t f A c e t y l a t i o n o f me t a b o l i c e n z y me s c o o r d i n a t e s c arb o n s o u r c e u t i l i za t i o n a n d me tab o l i c fl ux S c i e n c e 2 0 1 0 3 2 7 5 9 6 8 1 0 0 4 1 0 0 7 2 9 H e r s h k o A C i e c h ano v e r A T h e u b i q u i t i n s y s t e m An n a Re v Bi o c h e m 1 9 9 8 6 7 4 2 5 4 7 9 3 0 Da r wi n K H P r o k a r y o t i c u b i q u i t i n l i k e p r o t e i n P u p p r o t e aso me s a n d p a t h o g e n e s i s Na t R e v Mi c r o b i o l 2 0 0 9 7 7 4 8 5 4 9 1 3 1 P e a x c e M J Mi n t s e r i s J F e r r e y r a J e t a1 U b i q u i t i n l i k e p r o t e i n i n vo l v e d i n 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