蛋白质翻译后修饰与加工课件

第七章蛋白质的翻译后修饰和加工。1.蛋白质翻译后修饰是指在基因被翻译成蛋白质后，蛋白质上单个氨基酸残基的共价修饰过程。蛋白质的翻译后修饰在生物体中起着非常重要的作用。人类基因组计划的完成是20世纪最伟大的科技成就之一。经过对人类基因组的仔细研究，发现大约有30，000-50，000个人类基因，这只是线虫和果蝇染色体数目的3-5倍。然而，如此少量的基因很难满足体内复杂生命过程的调节。因此，蛋白质的翻译后修饰过程尤为重要，这使得蛋白质的结构更加复杂，功能更加完善，调控更加精细，功能更加特异。细胞中许多蛋白质的功能受蛋白质翻译后动态修饰的调节。细胞的许多生理功能，如细胞对外界环境的反应，也是通过蛋白质的动态翻译后修饰来实现的。人类生命过程的复杂性不仅是基因直接表达的结果，也是蛋白质翻译后修饰的结果，这使得基因不仅对应于蛋白质，从而赋予人类生命过程更多的复杂性。2.学会交流。真核细胞中蛋白质的翻译后修饰过程有20多种，包括泛素化、磷酸化和去磷酸化、糖基化和去糖基化、脂酰化、甲基化和乙酰化等。近年来，随着人类基因组和蛋白质组学的发展，蛋白质翻译后修饰的研究取得了一系列进展。磷酸化涉及细胞信号转导、神经活动、肌肉收缩、细胞增殖、发育和分化以及其他生理和病理过程。糖基化在免疫保护、病毒复制、细胞生长和炎症等许多生物学过程中起着重要作用。脂肪化在生物体的信号转导过程中起着关键作用。组蛋白的甲基化和乙酰化与转录调节有关。在体内，各种翻译后修饰过程不是孤立存在的。4。学会交流。当肽链最初在原核生物中合成时，N末端是甲酰甲硫氨酸，而当真核生物肽链合成时，N末端是甲硫氨酸。然而，在成熟蛋白质中，N末端不是甲硫氨酸，大多数鸡蛋也不是甲硫氨酸。在生物合成过程中，新生肽链的N-末端被脱甲基酶从甲酰甲硫氨酸残基中甲酰基去除，而氨肽酶去除N-末端甲硫氨酸或在N-末端的一些氨基酸残基。一些分泌的蛋白质、激素和酶最初合成不具有生物活性的前体，如白蛋白、胰岛素原等。蛋白质前体需要被蛋白酶切割，以在变得有活性之前去除一些肽段。它可分为两种类型：蛋白质前体在细胞内被加工成生物活性蛋白质，然后分泌到细胞外；(2)蛋白质前体分泌出细胞或消化道，并被蛋白酶加工成生物活性蛋白质，如激活成胶原分子的前胶原分子、激活的胰蛋白酶原等。5、学会沟通PPT，第一节蛋白质的糖基化。大多数蛋白质以糖蛋白的形式存在，包括酶、免疫球蛋白、载体蛋白、激素、毒素、凝集素和结构蛋白。它们的功能包括细胞识别、信息传递、激素调节、受精、发生、发育、分化以及神经系统和免疫系统的稳态维持。众所周知，细菌和病毒的感染、癌细胞的增殖和转移以及自身免疫性疾病都与细胞表面的糖密切相关。糖蛋白是通过共价键结合到糖上的蛋白质复合物，只有一个糖基团和几百个糖基团。后一种糖基通常与寡糖链相连，也称为聚糖。6、学会交流PPT，1、糖肽连接型，蛋白质中的一个寡糖链和氨基酸残基可以通过多种方式共价连接，从而形成糖蛋白的糖肽连接(称为糖肽连接)。糖肽共价连接中涉及的氨基酸种类很少，常见的有7、学会沟通PPT，O-糖肽键连接，N-糖肽键连接，半乳糖胺乙酰氨基葡萄糖，8、学会沟通PPT，RoleSolfoligoSacchariderecognition and adhesion ATTHELLSurface，9、学会沟通PPT，(2)凝集素的特异性结合作用。凝集素是一种广泛存在于自然界的非免疫蛋白或糖蛋白。它能特异性地和非共价地可逆地与糖结合，并具有凝集血细胞的功能，因此被称为凝集素。凝集素能与糖特异性结合。目前，根据结合糖：D-甘露糖或D-葡萄糖的类型，凝集素可分为六类；N-乙酰氨基葡萄糖；N-乙酰半乳糖胺；D-半乳糖；L-岩藻糖；唾液酸。在植物凝集素中，只有小麦胚芽凝集素能特异性结合唾液酸。学会交流PPT，学会交流PPT，细胞间粘附是细胞间相互作用的决定性的第一步。作为一种致病微生物，宿主细胞在感染和疾病发生之前首先被粘附。细胞表面的凝集素可以特异性识别和结合另一个细胞的糖链。凝集素的这一特性在细胞与细胞和细胞与基质的粘附中起着一定的作用。1990年11月，这三个小组发现了血管内皮细胞-白细胞粘附分子1 (ELAM-1)，后来改名为E-选择素，也称为动物凝集素，它能识别白细胞表面的SLex(一种血型抗原)四糖。当组织受损或被感染时，白细胞粘附在内皮细胞上，沿着血管壁滚动，并穿过血管壁进入受损组织，杀死入侵的病原体。然而，过多的白细胞聚集会导致自身免疫性疾病，如炎症和类风湿。美籍华人科学家王最早用酶法合成了氧化还原酶，并由Cytel公司生产。Glycomed公司从中药甘草中发现了甘草甜素，一种SLex的类似物，可用于阻断血管内皮细胞表面的E选择蛋白，从而达到抗炎的目的。学会交流PPT，学会交流PPT，SLEX的结构及其模拟物，学会交流PPT，以及(3)某些抗原的决定簇。聚糖、细胞和生物分子的一个非常重要的特征是表型和抗原性，根据表型和抗原性，细胞和分子可以彼此区分，并且人ABO血型和相关血型的抗原性由糖链决定。甲型和乙型抗原决定簇的区别仅在于糖蛋白和糖脂中糖链非还原端的一个糖残基：甲型是N-乙酰半乳糖胺(甘丙肽)；b型为半乳糖。患有A型血的个体，其血液中含有抗B型糖链结构的抗体；患有B型血的个体血液中含有抗A型糖链结构的抗体。一旦输入不同血型的血液，可能会引起免疫反应。o型血个体相应的糖链结构在抗体抗原的非还原端小于半乳糖或半乳糖。因此，这种糖链结构不会与抗甲或抗乙抗体结合而引起免疫反应。这种血型抗原物质不仅存在于一些红细胞的表面，也存在于一些表皮细胞的表面。学习交流PPT，学习交流PPT，3。糖蛋白生物合成。糖蛋白是一种复杂的蛋白质。因此，糖蛋白生物合成自然包括蛋白质合成和糖链合成。糖蛋白中蛋白质的合成与其他蛋白质的合成一样在细胞质中的核糖体上进行，除了糖链在肽链生物合成的同时或合成后作为翻译后加工过程连接到肽链上的特定糖基化位点。糖链的存在对肽链的折叠、糖蛋白的进一步成熟、分选、递送和最终定位具有重要影响。20，学会交流PPT，合成1，N-糖链，合成N-寡糖链前体是在内质网中开始的，然后在高尔基体中加工。所有的合成可以大致分为四个步骤。(1)合成通过酯键连接的寡糖链前体；(2)将寡糖链前体转移到生长的肽链上；(3)从寡糖链前体中除去一些糖单元；(4)向剩余的寡糖核心添加额外的糖单元。21，学习传递PPT，1)寡糖链前体的合成，22，学习传递PPT，2)寡糖链前体的转移，在寡糖链前体的生物合成之后，被完全转移到新生肽链的一些N-糖基化位点(反应1)，Dol-P-P是糖基载体，在合成期间被释放。磷酸二氢钙通过磷酸酶水解释释放出无机磷酸，成为长松油醇磷酸酯循环使用。3)寡糖链前体的后处理，寡糖链前体转移到新生肽链的后处理从内质网开始。首先，分别用两种不同的-葡糖苷酶切下从人延伸的三个Glc(反应2-3)和一个人(反应4)。然后，未完成加工过程的糖蛋白被包裹在由膜形成的囊泡中，并转移到高尔基体进行进一步加工。24，学会交流PPT，4)N-糖链成熟，N-糖链成熟过程是在高尔基体中进行的。在糖蛋白通过高尔基膜囊的过程中，甘露糖残基已被修饰，并且N-乙酰葡糖胺、半乳糖、岩藻糖和唾液酸残基都根据需要与糖蛋白分子连接，从而完成其加工(反应1-7)。学习PPT，生物合成3，O-糖链，O-糖链在结构上比N-糖链简单，但种类比N-糖链多。丝氨酸和苏氨酸是肽链中主要的糖基化成分，此外酪氨酸、羟基赖氨酸和羟基脯氨酸也连接在这些残基侧链上的羟基氧原子上，这些残基可以与许多单糖形成糖苷键，其中由半乳糖苷和丝氨酸或苏氨酸残基连接的O-糖链(以下简称O-半乳糖苷糖链)是研究最多的。因此，在O-糖链的生物合成中，也对O-半乳糖苷酶糖链的生物合成进行了最详细的研究。26，学会沟通PPT，狗颌下腺O-连接糖链合成途径，O-连接糖链生物合成过程是最清楚的粘蛋白生物合成，粘蛋白是由颌下腺分泌的一种O-连接糖蛋白，其合成是在高尔基体中进行的。学习交流第四阶段。蛋白质糖基化和去糖基化的化学调节。在生物体中，大多数蛋白质以糖蛋白的形式存在，包括酶、免疫球蛋白、载体蛋白、激素、毒素、凝集素和结构蛋白，并涉及各种功能，如细胞识别、信息传递、激素调节、受精、发育、神经系统和免疫系统的稳态维持。许多疾病的发生和发展，如炎症和自身免疫性疾病、衰老、癌细胞的异常增殖和转移以及病原体感染，都与糖蛋白寡糖链的变化密切相关。因此，利用小分子化合物抑制糖苷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。28，学会交流PPT，糖蛋白去糖基化酶，去糖基化的目的为： (1)检测碳水化合物在糖蛋白功能中的作用。(2)测定糖蛋白蛋白质部分的分子量，特别是在重组DNA的研究中，以证明所产生的蛋白质是否为靶蛋白质。(3)抗蛋白抗体的制备。去糖基化酶有三种类型：外糖苷酶、内糖苷酶和糖基化酶(N-糖肽酶)。外源糖苷酶可以从糖链的非还原端释放寡糖。例如，唾液酸酶、-半乳糖苷酶、-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、-L-果糖苷酶、-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、-甘露糖苷酶、-甘露糖苷酶等。这些酶的应用有助于研究糖链的结构与功能之间的关系。例如，在：促红细胞生成素的去糖基化中，当末端糖，即唾液酸、半乳糖和G1cNAc被特定的糖苷酶去除时，其活性在体外逐渐增加，并且进一步切断内部糖链导致活性丧失。29，学习交流PPT，内切糖苷酶有以下几类：这些酶在糖链结构分析和结构与功能之间关系的研究中非常有用，因为它们都是从糖链内部专门切断一个键。它们也是糖基化工程中的重要酶，可应用于生物学的许多领域。例如，近年来，内-半乳糖苷酶与单克隆抗体相结合，免疫化学方法被用于检测红细胞表面带有血型二抗原的糖胺聚糖，以及多聚乳糖胺修饰的各种抗原，包括ABH和SSEA-1(Lex)，建立了正常人红细胞多聚乳糖胺的轮廓，并分析了遗传性贫血患者的异常糖基化轮廓。这些患者的红细胞被发现含有增加的聚乳糖胺神经酰胺。两个糖蛋白带很少被聚乳糖胺糖基化。这是一种糖基化缺陷病，已在分子生物学中得到广泛研究。30岁，学会与PPT、糖酰胺酶(n-葡萄糖苷酶)沟通，目前主要包括两种类型：糖酰胺酶A(来自杏仁)和糖酰胺酶F(来自黄杆菌属)，它们水解寡糖-G1cNAc-Asn-肽，释放完全寡糖，并对寡糖结构具有广泛的特异性。甘露糖型、复合型和杂合型糖链可以被释放，包括所有含果糖基的、二元的Glc-NAc、-木糖、Gal-GlcNAc重复单元和含唾液酸基的N-乙酰乳糖胺寡糖。然而，它对肽分子有很强的特异性，只能释放含有3-40个氨基酸的糖肽分子的糖基，这就要求肽中有一定的氨基酸序列。目前，糖基化酶A应用广泛，是分析N-糖链的有用工具。结合核磁共振、甲基化分析和外源糖苷酶的消化，用二维图谱分离寡糖常用于定性分析。学习交流PPT，1，-葡萄糖苷酶抑制剂，-葡萄糖苷酶在机体的许多代谢过程中起着关键作用，并与许多由代谢紊乱引起的疾病密切相关，如糖尿病、癌症、病毒感染等。一些对肠道-葡萄糖苷酶有抑制作用的化合物已成为治疗糖尿病的新药，如甜菜色素和米格列醇，它们已被列为治疗糖尿病的药物。在寡糖链的生物合成中，内质网中有两种-葡萄糖苷酶催化寡糖链前体末端的3个葡萄糖基团，促进N-寡糖链的形成。因此，能够阻断寡糖链生物合成的-葡萄糖苷酶抑制剂也被用作抗病毒和抗肿瘤药物。32，学会交流PPT，目前发现的-葡糖苷酶抑制剂可分为糖及其衍生物和非糖化合物，其中糖及其衍生物根据现有文献进行分类，并可分为单糖、二糖、亚氨基糖、糖类和假糖胺以及硫糖类。其中，研究较多的-葡糖苷酶抑制剂属于亚氨基糖类(多羟基生物碱)化合物，包括多羟基哌啶、多羟基吡咯烷、多羟基双稠合吡咯烷、多羟基吲哚啉、多羟基去甲托烷、氨基环醇等。作为一种抗肿瘤和抗病毒的葡萄糖苷酶抑制剂，PPT需要进入细胞的内质网，因此有必要增加化合物的疏水性，如正丁基-1-脱氧吉里霉素(正丁基-DNJ)和生物碱小米精胺的衍生物，即6-O-丁基-cast等。可用作抗艾滋病和抗肝炎病毒药物。近年来，在一些糖类抑制剂的基础上，人们还开发了几种对内质网-葡萄糖苷酶和-葡萄糖苷酶有较强抑制作用的糖类抑制剂。根据天然产物的结构特点，人们还设计、合成和筛选了几种具有独特结构的新型葡萄糖苷酶抑制剂，如4-甲磺酰氨基查尔酮衍生物、4-甲磺酰氨基二苯甲酮衍生物、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。IC50值为0.006-0.4摩尔/升.36岁。学习交流PPT，2，-甘露糖苷酶抑制剂，-甘露糖苷酶和主要存在于高尔基体中，-甘露糖苷酶抑制剂不影响寡糖链前体中葡萄糖基团的切除，但能终止N-糖链向复合糖链的进一