蛋白质翻译后修饰研究进展.docx

蛋白质翻译后修饰研究进展 郭会灿 ( 石家庄职业技术学院化学工程系，石家庄050081) [摘 要]: 翻译后修饰在蛋白质加工、成熟的过程中发挥着重要的作用，它可以改变蛋白质的物理、化学性质，影响蛋白质的空间构象、立体位阻及其稳定性，进而对蛋白质的生物学活性产生作用，引起蛋白质的功能改变。修饰基团自身的结构特性对蛋白质的性质、功能也会产生深远的影响。在已有的研究基础上，综述蛋白质翻译后修饰的主要类型以及各修饰作用潜在的生物学功能。 [关键词]: 蛋白质翻译后修饰 糖基化 乙酰化 泛素化 磷酸化 生命有机体是一个复杂、动态的系统，时刻进行着不断的新陈代谢，产生新物质、清除废物质及有害物质、协调各个部位间的功能发挥。偶尔该系统也会发生紊乱，引发各种异常功能，出现疾病的症状。而这所有的一切都依赖于生物大分子蛋白质。蛋白质是机体内各种功能的执行者，如机体免疫、细胞凋亡、信号转导、刺激反应及个体发育等。蛋白质功能的正常发挥决定着有机体能否有序、高效的进行。 体内基因表达产物的正确折叠、空间构象的正确形成决定了蛋白质的正常功能，而翻译后修饰在这个成熟过程中发挥着重要的调节作用。因为翻译后修饰使蛋白质的结构更为复杂，功能更为完善，调节更为精细，作用更为专一。并且细胞内许多蛋白质的功能也是通过动态的蛋白质翻译后修饰来调控的; 细胞的许多生理功能，例如细胞对外界环境的应 答［1，2］，也是通过动态的蛋白质翻译后修饰来实现的。正是这种蛋白质翻译后修饰的作用，使得一个基因并不只对应一个蛋白质，从而赋予生命过程更多的复杂性。因此，阐明蛋白质翻译后修饰的类型、机制及其功能对保障生命有机体的正常运转，预防、治疗相关的疾病有着重要意义。 1 蛋白质翻译后修饰类型 蛋白质翻译后修饰是一个复杂的过程，目前在真核生物中20 种以上的修饰类型，比较常见的为糖基化、乙酰化、泛素化、磷酸化以及近年发现的SUMO化。 1.1 糖基化 在真核细胞中普遍存在低聚糖通过糖苷键与蛋白质上特定的氨基酸共价结合的形式，主要包括O糖基化、N 糖基化、C 甘露糖化和GPI ( glycophosphatidlyinositol)锚定连接［3］。 O 糖基化多发生在临近脯氨酸的丝氨酸或苏氨酸残基上，糖基化位点处的蛋白多为β 构型。O 多聚糖以逐步加接单糖的形式形成低聚糖，主要在高尔基体与细胞核或细胞质中形成。发生在高尔基体上的糖基化，起始于丝氨酸和苏氨酸羟基上连接N-乙酰半乳糖胺、N-乙酰葡萄糖胺、甘露糖及海藻糖等的还原端; 发生在细胞核和细胞质中的糖基化是在丝氨酸或苏氨酸残基上连接一个单糖———N-乙酰葡萄糖胺。在哺乳动物体内最常见的O 糖基化形式是由GalNAc 转移酶催化的O-GalNAc 糖基化，进而连接Gal，GalNAc 或者GlcNAc 部分［45］。 N 糖基化是在内质网上由糖基转移酶催化，在内分泌蛋白和膜结合蛋白的天冬酰氨残基的氨基上结合寡糖的过程。普遍认为N 糖基化发生在蛋白Asn-Xaa-Ser /Thr( Xaa 为除脯氨酸外的所有氨基酸残基) 序列上。C 甘露糖化是将一分子α-mannopyranosyl残基通过C-C 键连接到色氨酸吲哚环C-2上，这种糖基化方式多发生在模体W-X-X-W，W-XX-C 或者W-X-X-F 的第一个色氨酸残基上。GPI 锚定连接指的是磷脂酰－ 纤维糖组在靠近蛋白C 端部位结合，将蛋白连接到细胞膜上［3，5－ 7］。 1． 2 乙酰化 乙酰化修饰过程主要发生在组蛋白上，是由组蛋白乙酰转移酶( HATs) 催化的，其反过程去乙酰化由组蛋白去乙酰酶( histone deacetylases，HDs 或者 HDACs) 催化的。核心组蛋白的N-末端富含赖氨酸，生理条件下带正电，可与带负电的DNA 或相邻的核小体发生作用，导致核小体构象紧凑及染色质高度折叠。乙酰化使组蛋白与DNA 间的作用减弱，导致染色质构象松散，这种构象有利于转录调节因子的接近，从而可以和转录因子结合，促进基因的转录; 去乙酰化则抑制基因转录［8，9］。 1． 3 泛素化 虽然泛素化所涉及的是蛋白的降解过程，但是研究表明这个过程对有机体的有序进行是必不可少的。泛素由76 个氨基酸组成，高度保守，普遍存在于真核细胞内。共价结合泛素的多聚泛素蛋白质能被26S 蛋白酶体识别并降解，这是细胞内短寿命蛋白和一些异常蛋白降解的普遍途径。该降解过程中需要三种酶的参与: 泛素激活酶( E1) 、泛素结合酶( E2) 和泛素蛋白质连接酶( E3) 。其中E3 负责对蛋白质的特异性识别，E2 和E3 介导蛋白酶体的激活［10， 11］。 1． 4 磷酸化 在有机体内，磷酸化是蛋白翻译后修饰中最为广泛的共价修饰形式，同时也是原核生物和真核生物中最重要的调控修