蛋白質(zhì)翻譯后修飾

蛋白質(zhì)翻譯后修飾:是蛋白質(zhì)在翻譯中或翻譯后在氨基酸側(cè)鏈上共價結(jié)合化學小分子基團而改變蛋白質(zhì)的性質(zhì)限佩。磷酸化宫纬、糖基化奸远、泛素化、甲基化等


蛋白質(zhì)磷酸化修飾:由蛋白激酶和蛋白磷酸酶調(diào)節(jié)康二。磷酸化主要是在絲氨酸、蘇氨酸或酪氨酸殘基上加入磷酸根基團勇蝙。具體原理是:由蛋白質(zhì)激酶催化的把ATP或GTP的γ位磷酸基轉(zhuǎn)移到底物蛋白質(zhì)的氨基酸殘基沫勿,如絲氨酸(Ser)、蘇氨酸(Thr)和酪氨酸(Tyr)等上的過程,而其逆向過程則是由蛋白質(zhì)磷酸酶去除相應(yīng)的磷酸基團产雹。磷酸化是蛋白翻譯后修飾中最為廣泛的共價修飾形式诫惭。

蛋白質(zhì)磷酸化反應(yīng)示意圖

蛋白質(zhì)磷酸化檢測方法

1、放射性核素示蹤蔓挖,一般利用32P標記的無機磷酸鹽(32Pi)進行生物合成標記用于觀察細胞的磷酸化狀態(tài)夕土。

以放射性同位素32P標記(γ-位的磷)的ATP為磷酸基團供體,在激酶催化下瘟判,將帶有32P標記的磷酸基團轉(zhuǎn)移到底物蛋白上怨绣。用十二烷基硫酸鈉-聚丙烯凝膠(SDS-PAGE)電泳分離反應(yīng)混合物中的蛋白。用X-光片放射自顯影或用磷儲屏檢測磷酸化蛋白拷获。該方法是最直接的蛋白體外磷酸化檢測方法篮撑,具有靈敏度高、測試結(jié)果準確等優(yōu)點匆瓜,在蛋白質(zhì)磷酸化分析實驗中廣泛使用赢笨。但在某一專一蛋白激酶或者蛋白質(zhì)體外磷酸化條件還不清楚的情況下,需要分析內(nèi)源性蛋白質(zhì)磷酸化時驮吱,則不能使用质欲。

2、蛋白免疫印跡:蛋白質(zhì)磷酸化作用可以通過Western blot利用抗磷酸化蛋白抗體進行檢測糠馆。Western blot 特異性好嘶伟、分辨率高,采用聚丙烯酰胺凝膠電泳又碌,以一抗為探針九昧,結(jié)合標記的二抗并以自顯影或者底物顯色來顯示蛋白條帶。凝膠由上層的濃縮膠和下層的分離膠組成毕匀。蛋白樣品經(jīng)過濃縮膠和分離膠后铸鹰,會以清晰的印跡按分子量大小依次上下排列于膠面上,然后將蛋白轉(zhuǎn)移至PVDF膜(聚偏氟乙烯膜)或NC膜(硝酸纖維素膜)皂岔,蛋白會以非共價鍵的形式穩(wěn)固地結(jié)合在載體上蹋笼,選擇對應(yīng)的磷酸化抗體,發(fā)生抗原抗體反應(yīng)躁垛,再與酶或同位素標記的二抗起反應(yīng)剖毯,經(jīng)過底物顯色或放射自顯影以檢測電泳分離的特異性磷酸化蛋白成分。但細胞中的磷酸化信號通常比較弱教馆,需要經(jīng)過磷酸化富集后Western blot才能檢測到逊谋,并且由于分析和制備不能用同一塊膠,有時檢出的蛋白點與膠上的蛋白點很難對應(yīng)土铺,不利于精確分析胶滋。

3板鬓、質(zhì)譜分析法:運用質(zhì)譜可以測定蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu),包括分子量究恤、肽鏈氨基酸排序以及多肽或二硫鍵數(shù)目及其位置俭令,是一種可發(fā)現(xiàn)和鑒別翻譯后修飾的方法。質(zhì)譜技術(shù)主要基于2個原理:一是與非磷酸基團修飾的肽段相比部宿,單磷酸基團修飾的肽段在相對分子質(zhì)量上增加了79.983抄腔;二是磷酸肽還將產(chǎn)生一個可用于診斷的片段離子,而非磷酸化修飾的肽則沒有這種現(xiàn)象窟赏。


蛋白質(zhì)糖基化:糖基化是在酶的控制下妓柜,蛋白質(zhì)或脂質(zhì)附加上糖類的過程授翻,起始于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)瓢谢,結(jié)束于高爾基體。在糖基轉(zhuǎn)移酶作用下將糖轉(zhuǎn)移至蛋白質(zhì)数初,和蛋白質(zhì)上的氨基酸殘基形成糖苷鍵拷况。蛋白質(zhì)經(jīng)過糖基化作用作煌,形成糖蛋白。

蛋白質(zhì)糖基化類型有三種:

1赚瘦、N-糖基化:寡糖中的N-乙酰葡糖胺與多肽鏈中的天冬氨酸殘基的酰胺氮連接粟誓,形成N-連接糖蛋白;

2起意、 O-糖基化:寡糖中的N-乙酰半乳糖胺與多肽鏈中的絲氨酸或蘇氨酸殘基的羥基連接鹰服,形成O-連接糖蛋白;

3揽咕、 GPI糖基磷脂酰肌醇錨悲酷。

蛋白質(zhì)糖基化類型

蛋白質(zhì)糖基化修飾研究的基本策略:① 將糖鏈釋放,分別解析糖鏈和修飾位點亲善。② 直接分析完整的肽鏈设易。

蛋白質(zhì)糖基化修飾的研究方法:

1、酶解釋放法鑒定糖蛋白:用不同的酶去除蛋白質(zhì)中N-連接寡糖(內(nèi)切糖苷酶蛹头、糖胺酶)或O-連接寡糖(O-糖氨酶)顿肺。

2、糖基化抑制劑鑒定糖蛋白:如衣霉素可以抑制N-連接寡糖鏈的形成渣蜗。

3屠尊、凝集素是一類糖結(jié)合蛋白,不同類型的凝集素與寡糖鏈中各種結(jié)構(gòu)的糖基呈現(xiàn)出高親和力和特征性結(jié)合袍睡,用于區(qū)分蛋白質(zhì)是否含有糖基以及糖基的基本結(jié)構(gòu)知染。


蛋白質(zhì)泛素化修飾:與泛素建立共價鍵

泛素(Ub):由 76 個氨基酸組成,分子量為 8.6 kDa 的多肽斑胜。在進化過程中高度保守控淡,全長包含7個賴氨酸(Lys)位點(K6,K11止潘,K27掺炭,K33,K48和K63)凭戴、一個位于N端的甲硫氨酸(Met)位點(M1)以及一個位于C端的甘氨酸(Gly)位點(G76)涧狮。

泛素化是指泛素在一系列酶的催化作用下共價結(jié)合到靶蛋白上的過程。它的C-末端甘氨酸殘基(羧基)與其他蛋白質(zhì)分子賴氨酸側(cè)鏈氨基共價結(jié)合么夫。這里的一系列酶指的是泛素化級聯(lián)反應(yīng)過程中相互協(xié)同的3種酶:E1泛素激活酶者冤、E2泛素結(jié)合酶?和E3泛素連接酶。

泛素化途徑:① E1利用ATP提供的能量活化游離的泛素分子生成Ub-E1復(fù)合體档痪。② Ub-E1復(fù)合體通過轉(zhuǎn)酯作用將Ub轉(zhuǎn)移到E2上形成Ub-E2復(fù)合體涉枫。③ E2與E3結(jié)合,E3直接或間接與底物結(jié)合并催化Ub從E2轉(zhuǎn)移到底物或與底物相連的Ub上腐螟,即通過E3特異性識別靶蛋白后直接將Ub的C端連接到靶蛋白Lys殘基ε-氨基上愿汰;或者是先將Ub通過轉(zhuǎn)酯作用轉(zhuǎn)移到E3上,再由E3特異性識別靶蛋白后將Ub的C端連接到靶蛋白Lys殘基ε-氨基上乐纸。簡而言之衬廷,也就是在E1、E2汽绢、E3三類酶的依次催化下吗跋,泛素被以特異性的方式連接到靶標蛋白上或靶標蛋白質(zhì)上已經(jīng)連接的泛素鏈上,其中E3泛素化連接酶決定靶蛋白的特異性識別宁昭。

泛素化途徑

去泛素化:泛素化是一個被嚴格調(diào)控的可逆過程跌宛,去泛素化酶(Deubiquitinating enzymes,DUBs)可以通過水解泛素分子之間或泛素與底物蛋白之間的肽鍵或異肽鍵久窟,來逆轉(zhuǎn)泛素化修飾秩冈。

泛素化常發(fā)生在一些需要被清除的蛋白質(zhì)分子,或者那些在細胞內(nèi)需要快速調(diào)節(jié)的分子斥扛,如細胞周期調(diào)節(jié)蛋白入问。

泛素-蛋白酶體系統(tǒng)

泛素-蛋白酶體系統(tǒng)降解蛋白的途徑包括兩個主要階段。

第一階段為泛素與蛋白底物的相互作用:①高能硫酯鍵E1(泛素活化酶)-泛素復(fù)合物的形成稀颁,消耗一分子ATP芬失,并釋放一分子單磷酸腺苷(AMP)和一分子焦磷酸;②活化泛素(E1-泛素復(fù)合物)轉(zhuǎn)移到E2(泛素結(jié)合酶)上匾灶,釋放出E1棱烂,形成高能鍵E2-泛素復(fù)合物;③底物被E3(泛素連接酶)識別并與之結(jié)合阶女;④E2-泛素復(fù)合物上的泛素轉(zhuǎn)移到E3上颊糜,形成高能鍵復(fù)合物哩治,繼而底物通過賴氨酸的ε-氨基形成酰胺鍵與泛素連接,泛素分子逐個相加形成鏈狀結(jié)構(gòu)衬鱼。

第二階段為蛋白酶體對底物的降解:⑤底物泛素鏈與蛋白酶體19S的泛素受體相互作用业筏,蛋白底物去折疊,并通過蛋白酶體受體端裂隙進入20S核心顆料內(nèi)部鸟赫,被逐步降解蒜胖;⑥在泛素C-端水解酶、脫泛素酶和寡肽酶的作用下抛蚤,釋放出泛素分子(可再次參與循環(huán))台谢。


蛋白質(zhì)甲基化修飾

蛋白質(zhì)的甲基化(methylation)是指將甲基酶促轉(zhuǎn)移到蛋白質(zhì)的某個殘基上,通常是賴氨酸或精氨酸岁经,也包括組氨酸朋沮、半胱氨酸和天冬酰胺等。

蛋白質(zhì)甲基化經(jīng)常與乙踺镔耍化并列朽们,因為它們都是常見的表觀遺傳修飾,經(jīng)常發(fā)生在組蛋白上诉位。核小體中組蛋白的甲基化是染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和基因轉(zhuǎn)錄活性的重要調(diào)節(jié)劑骑脱。

組蛋白(histone):是真核生物體細胞染色質(zhì)與原核細胞中的堿性蛋白質(zhì),和DNA共同組成核小體結(jié)構(gòu)苍糠。它們是染色質(zhì)的主要蛋白質(zhì)組分叁丧,作為DNA纏繞的線軸,并在基因調(diào)控中發(fā)揮作用岳瞭。

組蛋白分子分為H1拥娄、H2A、H2B瞳筏、H3和H4等5種稚瘾。組蛋白富含帶正電荷的精氨酸和賴氨酸,可以與帶有負電荷的DNA分子緊密結(jié)合姚炕。

組蛋白甲基化是指發(fā)生在H3和H4組蛋白N端精氨酸和賴氨酸殘基上的甲基化摊欠,由組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶介導催化。

組蛋白修飾的寫法和讀法:

① 組蛋白結(jié)構(gòu) + 氨基酸名稱 + 氨基酸位置 + 修飾類型

② H3K4me3:代表H3組蛋白的第4位賴氨酸的三甲基化

③ H3K14ac:代表H3組蛋白的第14位賴氨酸的乙踔拢化

組蛋白化學修飾的分析主要依靠抗體進行些椒,如抗H3-K9甲基化抗體。

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