酚羟基与蛋白修饰年诺贝尔奖

酚羟基与蛋白修饰年诺贝尔奖细胞通讯(cellcommunication)：一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应反应的过程。第2页,共57页，2024年2月25日，星期天细胞通讯的三种方式及其反应信号分子；细胞表面分子粘着或连接；细胞外基质第3页,共57页，2024年2月25日，星期天两类信号转导途径通过G蛋白受体具有酶活性第4页,共57页，2024年2月25日，星期天受体Receptor细胞膜上或胞内能特异识别生物活性分子信号分子与之结合，进而引起生物学效应的特殊蛋白质，或个别糖脂第5页,共57页，2024年2月25日，星期天蛋白质受体分类细胞膜表面受体（多肽、儿茶酚胺）胞浆/核内受体（类固醇激素、甲状腺素、前列腺素）1.与G蛋白偶联的受体：A激酶、C激酶通路2.含内在酶结构的受体：酪氨酸激酶、G激酶通路3.与胞浆中蛋白激酶偶联的受体4.离子通道受体第6页,共57页，2024年2月25日，星期天环化受体(配体依赖性离子通道)蛋白质受体结构第7页,共57页，2024年2月25日，星期天G蛋白偶联受体（蛇型受体/七个跨膜α螺旋受体）第8页,共57页，2024年2月25日，星期天单个跨膜α螺旋受体酪氨酸蛋白激酶受体（催化型受体）：受体胞内区具有激酶活性。如：EGF受体、IGF受体与胞浆中蛋白激酶偶联的受体：受体自身没有激酶活性，但与配体结合后可偶联胞浆中的T激酶。如：生长素受体、干扰素受体第9页,共57页，2024年2月25日，星期天催化型受体特点胞外N端：配体结合区1个跨膜α螺旋：高度疏水胞内C端：T激酶活性，具有ATP和底物结合位点与配体结合后多数进行二聚化自身磷酸化：二聚化受体中的T激酶活性彼此磷酸化对方的酪氨酸残基一般调节细胞的增值、分化第10页,共57页，2024年2月25日，星期天受体活性的调节

1、调节方式2、调节结果：受体下调、上调

（1）磷酸化/去磷酸化（1992年诺贝尔医学奖）

（2）膜磷脂代谢影响

（3）酶促水解

（4）G蛋白的调节

（1）受体下调：数量减少或/和活性降低

（2）受体上调：数量减少或/和活性增加第11页,共57页，2024年2月25日，星期天

效应体effecter调节细胞内信息传递和生理效应的重要方式主要方式：蛋白质磷酸化与去磷酸化蛋白激酶：使细胞内蛋白质磷酸化

Ser/Thr蛋白激酶：催化Ser/Thr磷酸化

Tyr蛋白激酶：催化Tyr磷酸化蛋白磷酸酶：催化脱磷酸化反应

酪氨酸磷酯酶

Ser/Thr磷酯酶第12页,共57页，2024年2月25日，星期天EdwinG.KrebsEdmondH.Fischer1992年医学和生理学诺贝尔奖获得者发现蛋白磷酸化修饰第13页,共57页，2024年2月25日，星期天1992年诺贝尔生理和医学奖“我们现在已确定在整个基因组内大约有1%的基因编码蛋白质激酶，这些激酶调节着细胞内成千上万的蛋白质的功能”第14页,共57页，2024年2月25日，星期天蛋白质磷酸化修饰的发现两位科学家从50年代起，一直从事细胞控制通道的研究，经过40年的研究他们了解了其中的生化过程通过研究肌肉收缩模型，分离并发现了一种酶——蛋白激酶进一步研究发现，蛋白激酶能把磷酸基从三磷酸腺苷转移到磷酸化酶中，激活磷酸化酶，破坏体内存储的糖分，释放肌肉收缩所需能量同时发现另一种酶——磷酸脂酶，能够去除磷酸基，是蛋白失活这种磷酸化作用被发现是可逆的第15页,共57页，2024年2月25日，星期天肌肉收缩模型第16页,共57页，2024年2月25日，星期天受这种方式调控的许多生理生化过程：基因的复制和转录，分子识别和信号转导，蛋白质的合成与降解，物质代谢与跨膜运输，细胞形态建成与肌肉收缩，细胞周期的运转，细胞增殖与分化，肿瘤发生以及包括学习记忆在内的高级神经活动等等。蛋白质的可逆磷酸化是许多信号转导途径实现其生物学功能的枢纽。蛋白质磷酸化修饰调控多种生物学功能第17页,共57页，2024年2月25日，星期天

蛋白质磷酸化修饰

第18页,共57页，2024年2月25日，星期天蛋白质磷酸化修饰概念磷酸化反应是泛指把磷酸基团通过酶促反应转移到其他化合物的过程。蛋白质的磷酸化则是指由蛋白激酶催化的把ATP或GTP

位的磷酸基转移到底物蛋白质氨基酸残基上的过程，其逆转过程是由蛋白磷酸酶催化的，称为蛋白质的脱磷酸化。第19页,共57页，2024年2月25日，星期天蛋白质磷酸化修饰作用的特点磷酸化是目前已知的最主要的调节修饰方式：真核细胞的1/3到1/2处于磷酸化状态。一些蛋白质只有一个磷酸化残基，一些则有几个，少数蛋白质有几十个磷酸化位点。原核细胞通过蛋白质可逆磷酸化进行调控的生理生化过程相对较少。随着生物进化，越是高等生物这种调节方式的使用越普遍，表明蛋白质可逆磷酸化作用具有显著的优势和特殊的重要性。第20页,共57页，2024年2月25日，星期天蛋白质磷酸化修饰特点

专一性强

胞外信号经胞内信使控制蛋白激酶和蛋白磷酸酶的活性，通过对特定靶蛋白进行可逆的磷酸化修饰调节细胞生理过程，与别构调节相比显然较少受胞内代谢物的影响，能较专一地对胞外刺激作出准确的应答。与信号传递有关的蛋白激酶类主要受控于胞内信使，如cAMP，Ca2+，DG（二酰甘油，diacylglycerol）较少受胞内代谢产物的影响。第21页,共57页，2024年2月25日，星期天

级联放大效应

信号转导过程包括一系列连锁反应，前面的反应对下一步的酶进行磷酸化修饰，从而使微弱的原始信号逐级放大，同时级联系统各层次的可调控性增强了对生理生化过程的调控作用。第22页,共57页，2024年2月25日，星期天

节省而有效的调节

磷酸化使被修饰的蛋白质激活或被“冻结”，在不改变蛋白质总量的情况下，只需消耗很少的ATP，就能有效地调节活性蛋白质的含量。与重新合成和分解相比，这种方式使细胞得以快速、有效、节省地对外界刺激作出反应。

功能上的多样性

调节酶活性；导致亚细胞定位改变；磷蛋白为胚胎发育提供营养调控细胞的生长发育、分裂分化、基因表达甚至癌变第23页,共57页，2024年2月25日，星期天

持续的时效

蛋白激酶一旦被激活，即通过自身磷酸化等方式把活性维持较长的时间，被它们磷酸化的靶蛋白则可更长久地维持其效应，直至被蛋白磷酸酶脱去磷酸。

时空上的精确性

每种蛋白质的磷酸化修饰具有自己的细胞周期特异性、发育阶段周期性、种属和组织分布的特异性，从而呈现出特有的时空分布模式。第24页,共57页，2024年2月25日，星期天蛋白质可逆磷酸化在信号转导中的调控作用第25页,共57页，2024年2月25日，星期天

T细胞的信号转导第26页,共57页，2024年2月25日，星期天

蛋白激酶的种类酪氨酸激酶家族第27页,共57页，2024年2月25日，星期天第28页,共57页，2024年2月25日，星期天蛋白质磷酸化修饰导致受体蛋白质的激活或失活约2%的蛋白质磷酸化发生在酪氨酸的酚羟基上大部分的早期信号介导是由酪氨酸蛋白激酶介导的（PTK）Ser/Thr磷酸化修饰多发生在PTK所介导的信号传递的下游第29页,共57页，2024年2月25日，星期天酪氨酸的磷酸化酪氨酸蛋白激酶催化的把ATP或GTP

位的磷酸基转移到底物酪氨酸酚羟基上的过程第30页,共57页，2024年2月25日，星期天

是一类催化ATP上

-磷酸基团转移到蛋白氨酸残基酚羟基上的激酶，使多种底物蛋白磷酸化，在细胞增殖、分化中起重要作用。

酪氨酸蛋白激酶（PTK）第31页,共57页，2024年2月25日，星期天

（1）非受体酪氨酸蛋白激酶（NPRTK）（2）受体酪氨酸蛋白激酶（PRTK）（3）核内酪氨酸蛋白激酶

酪氨酸激酶分类第32页,共57页，2024年2月25日，星期天受体酪氨酸激酶

几种主要的酪氨酸激酶受体

第33页,共57页，2024年2月25日，星期天

RPTK（receptorproteintyrosinekinase）受体型酪氨酸蛋白激酶对于许多生长因子受体的研究表明，跨膜的酪氨酸蛋白激酶在信息传递过程中起着重要作用。PTK超家族至少有50多个成员，除胰岛素受体等少数例外，都是Ⅰ型跨膜蛋白，即单肽链，单跨膜。大的N-端胞外域高度糖基化，形成配体结合部位，不同家族结构上的差异主要表现在胞外域；C-端胞浆区为保守的酪氨酸蛋白激酶活性域第34页,共57页，2024年2月25日，星期天受体型酪氨酸蛋白激酶的基本结构●代表酪氨酸残基，可被自身磷酸化，使受体构象进一步改变，○代表半胱氨酸残基，半胱氨酸之间形成的二硫键使胞外肽段形成与配体结合的1口袋3个结构域胞外的配体结合区细胞内部具有酪氨酸蛋白激酶活性区域连接这两个区域的跨膜结构第35页,共57页，2024年2月25日，星期天表皮生长因子受体（EGFR）家族：包括EGFR和原癌基因表达产物ErbB2、ErbB3和ErbB4。胰岛素受体（INSR）家族：包括INSR、胰岛素样生长因子-1受体（IGF-1R）和胰岛素受体相关的受体（IRR）。血小板衍生的生长因子受体（PDGFR）家族：包括PDGFRα、PDGFRβ、巨噬细胞集落刺激因子受体（M-CSFR）和干细胞因子受体（SCFR）等。RPTK的分类第36页,共57页，2024年2月25日，星期天

成纤维细胞生长因子受体（FGFR）家族：成员有FGFR1-4。血管内皮细胞生长因子受体（VEGFR）家族：包括VEGFR和原癌基因表达产物Flt、Flk等。肝细胞生长因子受体（HGFR）家族：包括HGFR/Met、Ron、Sea。神经营养因子受体家族：成员有TrkA、TrkB、TrkC。Eph家族：包括EphA1-8和EphB1-6共14个成员。Axl家族：成员有Axl、Eyk、Tyro3、Nyk。第37页,共57页，2024年2月25日，星期天Eph家族

Erythropoietin-producinghepatomacelllineEph基因是酪氨酸受体家族中最大的一个亚群，可分为EphA和EphB：Eph基因在胚胎的神经和脉管系统发育和分化中发挥重要作用。近年来，人们发现许多Eph基因在多种肿瘤组织中呈现高表达，这种高表达与肿瘸的发生、发展和预后有关。第38页,共57页，2024年2月25日，星期天RPTK信号过膜传递机制第39页,共57页，2024年2月25日，星期天RPTK激活后形成胞内信号传递复合物

第40页,共57页，2024年2月25日，星期天RPTK信号胞内受体通路第41页,共57页，2024年2月25日，星期天

NRPTK

（non-receptortyrosine

proteinkinase）非受体型酪氨酸蛋白激酶NRPTK是胞浆或胞核中的有PTK活性的信号蛋白目前发现NRPTK至少有30多种，根据序列同源性可将其分为11个家族。不同家族在结构上有一定的同源性，同源性最高的是催化活性域，是其发挥功能的主要结构。第42页,共57页，2024年2月25日，星期天NRPTK可通过自身磷酸化或其它PTK催化，使活化环中的Tyr的酚羟基磷酸化而充分激活；活化环外的Tyr被其它PTK磷酸化或活化环Tyr-pi脱磷酸，可对其进行负调控。第43页,共57页，2024年2月25日，星期天无酪氨酸激酶活性的酶联受体第44页,共57页，2024年2月25日，星期天

NRPTK的分类Src家族:包括Src、Fyn、Yes、Lyn、Hck、Fgr、Lck和Blk共8个成员。从N-端开始，依次为SH4、SH3、SH2结构域和C-端的激酶活性域（SH1）。SH4为Src家族特有的结构域第45页,共57页，2024年2月25日，星期天Csk家族（C-srctyrosinekinase）： 包括C-端Src激酶（Csk）、Csk型酪氨酸激酶（Ctk）主要功能是通过对Src家族C-端磷酸化，对其活性进行负调控。Tec家族： 成员有Tec、Btk、Itk、Bmk和Txk，主要在造血细胞表达Fes家族： 目前只有Fes和Fer两个成员，分布于胞浆和胞核。第46页,共57页，2024年2月25日，星期天

Abl家族：

只有Abl和Arg两个成员。含有1个DNA结合区和1个肌动蛋白结合区。Syk家族： 有两个结构相似的成员Syk和ZAP-70，N-端有两个SH2结构域，C-端为激酶活性区。Syk除参与多种受体介导的信号传递外，还参与整联蛋白和G蛋白偶联的受体活化过程。ZAP-70则是T细胞受体信号通路的重要成员。第47页,共57页，2024年2月25日，星期天

FAK家族包括FAK（focaladhesionkinase）、FAK-B和RAFTK。FAK家族成员的PTK催化功能区在分子中部，N-端一侧有一个整联蛋白（integrin）结合域，C-端一侧有一个桩蛋白（paxillin）结合域。第48页,共57页，2024年2月25日，星期天GHGHreceptorJAKJAKPSTATPSTATTargetgeneSTATSTATJAKs/STAT途径

受体二聚体化生长因子膜受体胞浆的JAKs活化STAT活化调控基因表达JAK： 连接物蛋白STAT： 信号转导子和转 录激动子第49页,共57页，2024年2月25日，星期天蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶是具有催化已经磷酸化的蛋白质分子发生去磷酸化反应的一类酶分子，与蛋白激酶相对应存在，共同构成了磷酸化和去磷酸化这一重要的蛋白质活性的开关系统。在已测序的真核生物基因组中，编码蛋白磷酸酶的基因数一般只有蛋白激酶基因数的1/3-1/4，例如人类基因组有119个、线虫有174个、酵母有37个蛋白磷酸酶基因。蛋白磷酸酶的底物专一性较低蛋白磷酸酶一般都是由多个亚基组成寡聚体，全酶的数目远比编码亚基的基因数目多。第50页,共57页，2024年2月25日，星期天蛋白激酶的催化域相当保守，而蛋白磷酸酶在结构上差异很大，目前至少已知4种不同结构的蛋白磷酸酶。根据底物中磷酸化的氨基酸残基的种类，可将蛋白磷酸酶分为3类：

Ser/Thr蛋白磷酸酶

Tyr蛋白磷酸酶双重底物特异性的蛋白磷酸酶