生物化学综述

精品文档 1欢迎下载 生物化学课程论文生物化学课程论文 题题 目目 蛋白质翻译后修饰综述 学学 院院 生命科学技术学院 生化与分子 成成 员员 祝乐清 1433121003 任课老师任课老师 李 弘 剑 二 一五年一月七日 精品文档 2欢迎下载 精品文档 1欢迎下载 蛋白质翻译后修饰蛋白质翻译后修饰 摘要摘要 后基因组时代的到来意味着生命科学研究重心转向功能基因组学及功能蛋 白质组学等新领域 蛋白质翻译后修饰是蛋白质组学的重要组成部分 蛋白质经翻 译后修饰改变自身的空间构象 活性 稳定性及其与其他分子相互作用等方面的 性能 从而参与调节机体多样化的生命活动 多数蛋白质存在翻译后修饰 目前 已知的蛋白质共价修饰方式多达 200 余种 主要包括磷酸化 亚硝基化 硝基化 泛素化和小泛素相关修饰物化 SUMO 等 我们就蛋白质翻译后修饰类型和生物 学功能做以下综述 关键词关键词 蛋白质翻译后修饰 磷酸化 糖基化 硝基化 亚硝基化 泛素化 SUMO 1 1 磷酸化磷酸化 磷酸化是蛋白质翻译后修饰中最广泛的共价修饰方式 三磷酸腺苷 三磷酸 鸟苷的 位磷酸基团经磷酸化激酶催化转移到蛋白质特定位点上 而其反向过 程去磷酸化由蛋白磷酸酶催化去除相应磷酸基团 发生磷酸化的蛋白质按磷酸化 残基不同分为 4 类 O 磷酸盐蛋白质 由羟氨基酸如丝氨酸 苏氨酸或酪氨酸残 基磷酸化形成 N 磷酸盐蛋白质 由天冬氨酸或谷氨酸残基磷酸化形成 酰基磷酸 盐蛋白质 由精氨酸 赖氨酸或组氨酸残基磷酸化形成 S 磷酸盐蛋白质 由半 胱氨酸残基磷酸化形成 其中 丝氨酸 苏氨酸磷酸化主要是通过改变蛋白质空 间结构影响酶活性 酪氨酸磷酸化除上述作用外 更重要的是为与其他蛋白质形 成多蛋白复合体提供基团 而形成的多蛋白复合体可进一步促进蛋白质磷酸化 在多细胞生物有丝分裂中 相比非磷酸化的组蛋白 H380 位点苏氨酸 组蛋白 H2A 和 H4 优先与其磷酸化形式反应 增加与邻近核小体结合 从而促进染色质的紧 密贴合 表皮生长因子受体 654 位的苏氨酸经蛋白激酶 C 催化发生磷酸化 可抑 制溶酶体对其自身的降解 此外 654 位苏氨酸磷酸化可以保护表皮生长因子与 表皮生长因子受体的结合 共济失调毛细血管扩张症突变基因磷酸化的小鼠 CGG 三聚体重复结合蛋白 1 的 164 位苏氨酸是端粒的保护信号 未被磷酸化的 CGG 三 聚体重复结合蛋白 1 的 164 位苏氨酸的过表达引起端粒缩短和融合 融合基因断 裂点簇集区艾贝尔逊白血病病毒通过与泛素特异性修饰酶 7 酪氨酸残基磷酸化 HAUSP 相互作用使后者 HAUSP 被激活 活化的 HAUSP 引起人第 10 号染色体缺 失的磷酸酶及张力蛋白同源基因去泛素化 并促使人第 10 号染色体缺失的磷酸 酶及张力蛋白同源基因经核浆穿梭从细胞核易位到细胞质 而细胞核中泛素化的 人第 10 号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源基因相应减少 降低其抑制细胞 增殖的作用 细胞周期蛋白依赖激酶 5 和糖原合成酶激酶 3B 使微管相关蛋白质 精品文档 2欢迎下载 Tau 异常高度磷酸化 聚集形成的神经原纤维缠结是阿尔茨海默病 2 个病理学特 征之一 2 2 亚硝基化亚硝基化 蛋白质 S 亚硝基化是一种典型的氧化还原依赖的可逆的共价修饰方式 在机 体生理 病理情况下均发挥着重要作用 NO 氧化疏水区的半胱氨酸巯基 生成亚 硝基硫醇和亚硝基化蛋白质 前者包括亚硝基半胱氨酸和亚硝基谷胱甘肽 后者 也称蛋白质巯基亚硝基化 去亚硝基化包括非酶依赖及酶依赖 2 条途径 非酶依 赖途径主要是指大多数高分子质量蛋白质通过谷胱甘肽的转亚硝基化作用发生去 亚硝基化 而硫氧还蛋白氧化还原系统 亚硝基化谷胱甘肽还原酶系统 硫辛酸 硫辛酰胺脱氢酶还原型辅酶 II 系统等 则经酶依赖的途径发生去亚硝基化 多 种酶在此过程中发挥着重要作用 特别是亚硝基谷胱甘肽还原酶和硫氧还蛋白 Trx 氧化还原系统包括 Trx1 Trx1 还原酶 还原型辅酶 II Trx1 中 Cys73 位点 亚硝基化及具有氧化还原活性的 32 35 位点的 Cys 对 Cys73 位点的调节在介导转 亚硝基化中发挥重要的作用 主要催化低分子质量的 S 亚硝基化硫醇和其他 S 亚硝基化的蛋白质 亚硝基化的蛋白质参与细胞信号转导 某些钙离子 钾离子 钠离子通道发生亚硝基化 促进通道开放 电流增加 细胞蛋白质间的转亚硝基 化作用在基于介导的细胞信号转导中发挥更普遍的作用 且新生成的亚硝基化的 蛋白质也参与 NO 介导的细胞信号传导 由于细胞类型 细胞内氧化还原状态及 NO 水平不同 亚硝基化对细胞凋亡具有双向调节作用 Caspase 3 Caspase 8 Caspase 9 凋亡型号调节激酶 1 凋亡抑制蛋白 B 淋巴细胞瘤 2 基因 N 甲基 D 天冬氨酸受体亚基 2A 肿瘤抑制基因 P53 Trxl GOSPEL 抑癌基因人 第 10 号染色体确实的磷酸酶及张力蛋白同源基因等特定位点的亚硝基化抑制细 胞凋亡 3 3 硝基化硝基化 与亚硝基化不同的是 蛋白质硝基化是不可逆的反应 但主要有过氧亚硝基阴离 子 ONOO 途径和非 ONOO 途径 前者指诱导型一氧化氮合酶过表达使水平升 高 与活性氧簇反应得到活性氮簇如 ONOO 等 后者指亚硝酸盐或其他含氮物质 在氧化剂存在时 经含铁卟啉的蛋白质如 H2O2 催化而引发 硝基化没有特定的 序列要求 然而有研究发现 酪氨酸残基的表面暴露 不存在立体位阻及其所处 的静电微环境是酪氨酸残基选择性硝基化的决定因素 如人胱硫醚 合酶发生 硝基化的位点在色氨酸 43 色氨酸 208 和酪氨酸 223 色氨酸硝基化与酪氨酸不 同的是 1 硝化位点有 1 位氮原子 2 4 5 6 7 位的碳原子 并且色氨酸可 与 ONOO 直接发生硝化反应 2 色氨酸与 ONOO 反应生成的产物种类繁多且呈 剂量依赖性 3 硝基化的酪氨酸比硝基化的色氨酸更普遍 在蛋白质全部的 氨基酸中 酪氨酸比色氨酸更普遍 酪氨酸占蛋白质全部氨基酸的 3 4 而色 氨 酸 仅 1 酪 氨 酸 与 ONOO 反 应 速 率 较 色 氨 酸快 ONOO 可以氧化 酪氨酸磷酸酶的关键半胱氨酸残基 抑制其活性 间接地增强了酪氨酸激酶活性 精品文档 3欢迎下载 从而促进酪氨酸磷酸化 根据 ONOO 浓度不同 分别促进或抑制酪氨酸发生磷酸 化 纤维蛋白原是心血管的危险因子 而硝基化的纤维蛋白原有抑制血小板聚集 和血栓形成的作用 脂多糖通过硝基化介导 Ras 同系物基因家族成员 A 活化 致 内皮屏障功能障碍引起肺损伤 给予 Ras 同系物基因家族成员 A 硝基化抑制多肽 后 Ras 同系物基因家族成员 A 硝基化水平 内皮屏障功能障碍明显降低 4 4 泛素化泛素化 泛素化是发现的第一个以蛋白 多肽分子作为修饰因子的共价修饰方式 含经典途 径和非经典途径 经典途径指经特定酶催化 将由 76 个氨基酸组成的 高度保守 的一个或多个泛素分子共价结合到靶蛋白上 形成带有多聚泛素链的靶蛋白 后 者可与 26s 蛋白酶体中的 19s 亚基结合 由 20s 亚基将其降解为含 6 10 个氨基 酸残基的小肽段 非经典途径泛素化指以单泛素化或通过 K48 以外的赖氨酸 K63 K29 等 形成的多泛素化 通过改变底物蛋白的活性 在细胞中的定位和 与其他蛋白相互作用的性能等方面参与生理活动 3 种关键酶 泛素活化酶 泛素 聚集酶 E1 泛素聚集酶 E2 和泛素连接酶 E3 消耗 ATP 泛素通过其 C 端与 E1 中 具有活化作用的半胱氨酸形成高能硫脂键从而得到活化 然后 E2 从 E1 接受活化 的泛素 并在 E3 的介导下将其偶联到相应底物蛋白赖氨酸的氨基上 通过在此 过程中产生的泛素链则可在去泛素酶作用下降解成泛素单体 重新被使用 5 5 SUMOSUMO 类泛素修饰因子与泛素有相似结构和修饰过程 SUMO 是其中之一 相对分子 质量 11000 的 SUMO 分子与泛素分子氨基酸序列同源性只有约 18 但两者空间结 构极其相似 在哺乳动物中 目前已发现 4 种 SUMO 基因 分别为 SUMO 1 SUMO 2 SUMO 3 和 SUMO 4 SUMO1 3 在各种组织均可表达 而 SUMO 4 在肾脏表达最高 淋巴结和 脾脏也有表达 只有 SUMO 1 SUMO 2 和 SUMO 3 可与底物结合 SUMO 1 主要修饰生理情况下蛋白质 SUMO 2 和 SUMO 3 主要修饰应激蛋白 SUMO 化循环 包括激活 结合 连接和去 SUMO 化过程 SUMO 活化酶 E1 是异源二聚体 由 Aosl 和 Uba2 组成 2 个亚基功能 调控均不同且需两者同时存在才能正常发挥 功能 SUMO 结合酶 E2 即 Ubc9 由 153 个氨基酸组成 是一种核蛋白 可定位到 核孔复合物的细胞质侧和核质侧 SUMO Ubc9 硫酯中间体 能促进赖氨酸基团形 成牢固异肽键 进而使 SUMO 分子结合到靶蛋白上 SUMO 连接酶 E3 主要包括 精品文档 4欢迎下载 PIAS RanBP2 和 Pc2 该酶不与 SUMO 结合 而是通过活化 Ubc9 缩短 Ubc9 与靶蛋 白之间的距离 从而增强 Ubc9 到底物蛋白转移效率和特异性 SUMO 特异性蛋白 酶目前人类已有 6 种 SUMO 特异性蛋白酶 1 2 3 4 5 6 7 是一种双功能 酶 作用于 SUMO 前体 C 端 暴露双甘氨酸残基 使其活化 也可将 SUMO 分子从底 物上解离出来 重新进入 SUMO 化循环 含 SUMO 结合保守基序 该基序的存在可 增加蛋白质被 SUMO 化的可能性 但不是 SUMO 化发生的必要条件 SUMO 底物在细 胞不同部位都有分布 主要定位在细胞核 在大多数情况下 细胞内 SUMO 化修饰 主要抑制转录作用 SUMO 也可通过热休克因子 1 热休克因子 2 和 链蛋白转 录因子对转录激活起正性调控作用 在细胞有丝分裂过程中 着丝点及有丝分裂 染色体相关蛋白的 SUMO 化对染色体分离至关重要 细胞内 SUMO 可与泛素竞争结 合底物蛋白的同一赖氨酸位点 达到阻止蛋白降解的作用 SUMO 化的 NF kB 抑制 蛋白 亚基 抑癌基因和亨廷顿蛋白可避免泛素化降解并保持自身稳定 锌指 蛋白 131SUMO 化对雌激素信号有负性调节作用及乳腺癌细胞增殖 与血液系统疾 病相关的信号通路中多个关键分子发生 SUMO 化修饰 如用于急性早幼粒细胞白 血病治疗的三氧化二砷与融合蛋白早幼粒细胞白血病基因 维甲酸受体基因结合 促使后者发生多聚 SUMO 化而经泛素蛋白酶体系统降解 缓解症状 酪胺酰 DNA 磷酸二酯酶 1 对神经 DNA 单链断裂修复至关重要 而酪胺酰 DNA 磷酸二酯酶 1SUMO 化促进其在 DNA 损伤部位的适当聚集 保证修复的高效性 SUMO 化对人第 10 号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源基因的膜相关性和肿瘤抑制活性至关重 要 小鼠短暂性局部缺血 脊髓表现大量的 SUMO 2 和 SUMO 3 对局部缺血损伤有 内源性的神经保护作用 从而产生缺血耐受 6 6 小结与展望小结与展望 蛋白质翻译后修饰对蛋白质加工成熟 变构和多样化的功能有重要作用 研 究蛋白质翻译后修饰 将有助于认识翻译后修饰在机体生命中的意义和在分子水 平上揭示复杂的蛋白质功能 以及有助于控制蛋白质翻译后修饰过程并对其进行 调节 然而 蛋白质翻译后修饰的普遍性 多样性 选择性 动态性和复杂性 导致在整体水平上认识翻译后修饰仍有困难 其生物学意义等仍不十分清楚 有 待进一步研究 精品文档 5欢迎下载 参考文献 1 Hammond SL Byrum SD Namjoshi S et al Mitotic phosphorylation of histo ne H3 threonine 80 Cell Cycle 2014 13 440 552 2 Liu M Idkowiak Baldly J Roddy PL et al Sustained activation of protei n kinase C induces delayed phosphorylation and regulates the fate of epide rmal growth factor receptor PloS One 2013 8 e80721 3 Singh U Maturi V Jones RE et al CGGBP1 phosphorylation constitutes a t elomere protection signal Cell Cycle 2014 13 96 105 4 Jayapalan S Natarajan J The rple of CDK5 and GSK3B kinases in hyperphos phosphorylation of microtubule associated protein tau MAPT in Alzheimer s disease Bioinformation 2013 9 1023 1030 5 Wang H Viatchenko Karpinski S Sun J et al Regulation of myocyte contr action via neuronal nitric oxide synthase role of ryanodine receptor S n itrosylation J Physiol 2010 588 2905 2917 6 Nakamura T Lipton SA Emerging role of protein protein transnitrosylatio n in cell signaling pathways Antioxid Redox Signal 2013 18 239 249 7 Sen N Hara MR Ahmad AS et al GOSPEL a neuroprotective protein that b inds to GAPDH upon S nitrosylation Neuron 2009 63 81 91 8 Li H Wan A Xu G et al Small changes huge impact the role of thioredo xin 1 in the regulation of apoptosis by S nitrosylation Acta Biochim Biop hys Sin 2013 45 153 161 9 Grau M Pauly S Ali J et al RBC NOS dependent S nitrosylation of cytos keletal proteins improves RBC deformability PloS One 2013 8 e56759 10 刘世荣 SUMO 化修饰 一种多功能的蛋白质翻译后修饰方式 医学分子生物学杂志 2006 3 3 212 215