分化等过程。虽然胞内信号分子的寿命很短促,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。
⑥ 时空上的精确性:虽然受可逆磷酸化调节的蛋白质很多,但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。这种分布上的广泛性与时空上的特异性相结合,构成了对生命过程更精确和更有效的调控。 (2)可逆磷酸化作用调节蛋白质活性的分子机制据 目前研究的水平可从下述几方面予以说明:
? 磷酸化导致蛋白质整体构象发生较大变化:磷酸化位点虽然远离活性部位,导入一个负电基团带来的结构信息经远距离的构象传导使得活性部位的构象发生巨大改变。许多别构酶的磷酸化位点在远离催化部位的N-端或C-端。例如肝细胞糖原磷酸化酶亚基由842个氨基酸组成,N-端结构域(1~484位)含有磷酸化位点(Ser14)、AMP和ATP等效应剂结合部位和糖原停靠部位;C-端结构域(485~842)Lys680共价连接一个辅因子磷酸吡哆醛,活性中心Arg569在结构域界面处。非磷酸化的二聚体是其钝化状态(GPb),活化形式为磷酸化的二聚体(GPa),磷酸化的Ser14距活性中心约3.5nm。对GPa和GPb晶体结构进行的解析表明,磷酸化之后引发了巨大的构象变化:GPb的N-端形成两个α-螺旋夹一个帽状结构(α1-cap-α2),位于亚基界面;磷酸化之后Ser14- 与另一亚基帽状结构中的Arg43相互作用,将它拉向自己的α螺旋,产生一个对别构激活剂AMP高亲和力的结合部位。其次,在GPb中活性部位离分子表面约1.5nm,残基282~286形成的环阻塞了活性中心通道,把Arg569个隔在内部;磷酸化导致上述环移开,使活性中心暴露。
? 磷酸化导致功能部位区域构象发生变化:当磷酸化部位靠近功能部位时,引入的磷酸基团与功能区域某个或某些残基相互作用,导致功能部位构象的改变或调整。例如PKA催化亚基呈双叶瓣结构,活性中心在两个叶瓣之间的裂隙底部。在催化部位附近的Thr197是其自身磷酸化位点,Thr197- 与催化残基Asp166以及相邻的Asp165相互作用,还与上下叶瓣的某些残基(如His87、Lys189)也相互作用,使催化部位呈更为紧凑的结构。
? 磷酸基的位阻效应导致功能丧失:有些蛋白质被磷酸化后构象并未发生明显改变,但由于引入的磷酸基团的位阻效应而丧失其功能。以异柠檬酸脱氢酶为例,当它的Ser113磷酸化后活性中心的构象并未变化,但是Ser113- 占据了底物异柠檬酸一个羰基的位置,因而丧失活性。异柠檬酸脱氢酶对苹果酸的活性比对其生理底物低得多,被磷酸化后虽然丧失了对异柠檬酸的活性,对苹果酸的作用并无明显改变。
? 磷酸化为其它蛋白质提供了识别标志:含有SH2结构域的下游蛋白可以识别上游蛋白磷酸化的酪氨酸,在前一章中这样的例子很多。 (3)意义(自己找)
1.在信号转导中有调控作用。 2.形成信号转导原件。
3.调节信号转导蛋白与质膜结合。
4.在基因转录中有调节作用:主要包括:组蛋白的磷酸化参与了基因表达调控;调节转录因子的核转位;调节转录因子的结合活性;直接调节转录因子的活性;
5.调节转录活化因子和抑制因子的活性;对RNA聚合酶B的调节。
20.蛋白质翻译后修饰类型:参入多肽链的氨基酸只有20种,而天然蛋白质中的氨基酸种类远比20种多,这些氨基酸几乎都是在翻译后经共价修饰产生的。修饰氨基酸虽然只占极小比例,却是这些蛋白质发挥功能必不可少的。 (1)乙酰化:据估计人体内50%左右的蛋白质末端氨基被乙酰化,以延长其在细胞内的半寿期。其中组蛋白的乙酰化状态在转录调控、染色质复制与组装中起重要作用,甚至还与细胞的分化和癌变有关。核心组蛋白(H2A、H2B、H3、H4)2的N-端富含Lys残基,由组蛋白乙酰基转移酶(HAT)催化其乙酰化,使正电荷减少而产生构象改变,外侧结合的DNA松解,才能与调控蛋白结合。TATA box结合蛋白(TBP)的某些亚基也有HAT活性,可催化H3和H4的乙酰化。CREB介导基因转录中,CREB先与CRE结合,然后通过CREB结合蛋白(CBP)与其它蛋白质因子组装转录起始复合物,这种CBP就有HAT活性。组蛋白脱乙酰基酶催化去除乙酰基,与HAT共同调节组蛋白的乙酰化状态。
P (2)甲基化:肌动蛋白、钙调素、细胞色素c等少数几个蛋白中发现组氨酸的N-3和赖氨酸ε-氨基可被甲基化。
(3)酰胺化:有些蛋白质羧基端的甘氨酸被酰胺化,以免被羧肽酶降解。反应分为两步;先是甘氨酸羟基化,然后脱去1分子乙醛酸并产生新的酰胺化羧基端。有些蛋白质N-端谷氨酸残基的氨基可与其γ-羧基脱水形成焦谷氨酸,以消除N-端氨基。
(4)γ-羧基化:在凝血酶原以及凝血因子Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ中均发现谷氨酸残基γ-羧基化。反应由依赖维生素K的羧化酶催化,形成γ-碳上有两个羧基,能与Ca2+螯合,在凝血中起重要作用。
(5)脯氨酰和赖氨酰的羟基化:胶原是脊椎动物体内最丰富的蛋白质。胶原新生肽链在内质网腔内首先在脯氨酰-4-羟化酶(识别-Gly-x-Pro-)和赖氨酰羟化酶(识别-Gly-x-Lys-)催化下,生成4-羟脯氨酰和δ-羟赖氨酰,再由脯氨酰-3-羟化酶(识别-Gly-Pro-Hyp-)把中间的脯氨酰3-羟基化,然后Hyl再糖基化,才能形成三股螺旋前胶原。分泌到胞外后,切去N-端和C-端肽段,变为成熟的原胶原。原胶原自发聚合形成胶原微纤维。羟赖氨酰氧化酶催化Hyl形成醛赖氨酰,两个醛赖氨酰缩合成醇醛,进一步与His和Hyl残基反应形成链间共价交联,成为稳定和强度高的胶原蛋白。
(6)ADP-核糖基化:蛋白质的ADP-核糖基化普遍存在于各类生物。哺乳动物核外蛋白质以单ADP-核糖基化为主,ADP-核糖基转移酶从NAD+中把ADP-核糖基转移到Arg、Asn或His的修饰产物白喉酰胺的侧链N原子上。核内蛋白大多发生多聚ADP-核糖基化,ADP-核糖基聚合酶(PARP)先将NAD+中的ADP-核糖基转移到Glu侧链羧基上,再不断添加ADP-核糖基,形成含有数百个ADP-核糖且有分枝的多聚ADP-核糖。PARP自己就以这种方式修饰,并参与DNA断裂的修复。白喉毒素、百日咳毒素和霍乱毒素等具有ADP-核糖基转移酶活性,分别把ADP-核糖基转移到白喉酰胺、Cys和Arg残基上。