2.蛋白质翻译后修饰-----末端修饰

蛋白质翻译后修饰——末端修饰（氨基末端、羧基末端）2010遗传学在核糖体上翻译的时候，当氨基酸添加到新生多肽之后，在体内氨基酸残基会发生各种各样的共价修饰。I、氨基端的修饰初生蛋白的第一个氨基酸的命运：在细菌中：在细菌中生物合成蛋白质的第一步一般是甲酰甲硫氨酰-tRNAfmet和第二个氨酰tRNA通过肽键合成，因此初生蛋白质存在一个甲酰甲硫氨酰位点。在真核生物中：虽然N末端甲硫氨酰位点从第一个甲硫氨酸获取在成熟蛋白质中很常见，N末端的α-甲基一般很快会被移除，接着在大多数情况下甲硫氨酸残基会被断裂下来。这个作用是依靠甲硫氨酸氨基肽酶的作用，并且这个裂解过程由第二个残基控制。1）在酵母中（啤酒酵母）：如果倒数第二个氨基酸残基有一个0.129nm或更小的回转半径的时候，甲硫氨酸会被完完全全的裂解掉（这些氨基酸有：Gly,Ala,Ser,Cys,Thr,Pro,Val）2）在真菌或哺乳动物的线粒体中：起始的甲硫氨酸不被去除，但在植物的线粒体中还是会发生的。在工程菌中：在大肠杆菌中过量表达的蛋白质通过质粒技术会导致一种甲硫氨酸残基保留的不正常现象。一、乙酰化1.N端α-乙酰基修饰（α-acetyl）在蛋白质中是很普遍的在Ehrlichascite细胞中：大概有80%的可溶蛋白是N端α-乙酰基修饰的。在高等真核生物中：有证据表明在这些细胞中氨基酸末端乙酰化是非常普遍的，几乎可以作为高等真核生物蛋白质的一个典型标志。在低等真核生物中：N端α-乙酰基的比例比较低，但还是存在的2.N端α-乙酰基化修饰通常是翻译中同时发生的，一般发生在新生肽链大约20-50个残基长的时候3.N端残基乙酰化修饰的频率（概率）是不同的：一般Ala,SerMet,Gly,AspAsn,lle,Thr,Val其他氨基酸残基（1）在高等真核生物中的蛋白质比细菌或真菌中的蛋白质更可能发生乙酰基修饰（2）在大肠杆菌中表达的真核细胞蛋白部分发生乙酰化。（3）在酵母细胞中表达的突变体iso-1–细胞色素C的N端序列Met-Asp,Met-Glu是完全乙酰化修饰的，大部分N-乙酰化修饰的Met残基后面紧跟着的是Asp和Glu氨基酸残基。4.乙酰化蛋白的功能乙酰化的功能和作用还不是很清楚1）提高抵抗蛋白质降解和泛素依赖蛋白酶降解2）肽激素乙酰化对黑色素的生物活性和稳定性很大影响3）在肌球蛋白N末端的乙酰化修饰对肌球蛋白高亲和结合肌动蛋白是必须的。二、脂肪酰化1、Gly残基容易发生脂肪酰化，如在肉豆蔻酰，十四酰(C14:0)中这是非常常见的，在其他的突变体中也是一样。肉豆蔻酰出现是机率：除去N-末端（第1位）必须的gly残基，蛋白质N-端十四酰基转移酶的底物特异性偏好的第5个位点为Ser，还有第2个位点为小的中性氨基酸残基。功能：1.疏水的十四酰基修饰会影响到蛋白质和膜的连接以及蛋白质之间的结合。例如在病毒包装中和提供结构稳定性的cAMP-依赖性的蛋白激酶2.第二种类型的N-端脂酰化修饰主要是棕榈酰化。但也有其它的脂肪酰基基团修饰。这种修饰主要发生在大肠杆菌的胞壁质脂蛋白的S-gly/Cys位点上和革蓝氏阳性菌的青霉素酶上，例如产生的棕榈酰化三、焦谷氨酰胺（Pyroglutamyl）一种普遍的修饰，通过N末端的过N-末端脱氨基环化形成吡咯环结构。尽管在体内是由酶催化完成的，但在体外，没有酶的催化下，也可以发生。四、其它酰基修饰1）N端-甲酰甲硫氨酸（-formylmethionine）存在在原核细胞的新生蛋白中，但在成熟蛋白中几乎没有。蜂毒素存在甲酰甘氨酸（-formylglycine）2）丙酮酰基（9-ketoacylgrouppyruvoyl)修饰在多中氨基酸代谢酶中发现，如：乳酸杆菌的组氨酸脱羧酶，大肠杆菌的磷脂酰脱羧酶，C.Sticklandii的脯氨酸还原酶，大肠杆菌的腺苷甲硫氨酸脱羧酶3）氧代丁酰(-ketobutyryl)修饰存在于羊肝细胞中的丝氨酸-苏氨酸脱水酶和假单胞菌的尿刊酸酶，功能：在酶前体N端丝氨酸或苏氨酸脱氨基，类似于吡哆酰辅酶。4）在镰刀霉中葡糖醛酸（D-Glucuronicacid）通过一个氨基化合物基团连接到角质酶的N末端上。5）氨酰基团修饰（Aminoacylgroups）a．在大肠杆菌中提取出的一种非核糖体，单依赖tRNA的酶。它能催化Leu,Phe,Trp结合到蛋白质中去，大部分的Leu发现结合在N-末端。这个酶具有更多的特性和转移Leu,Phe,或Trp到N-末端为Arg或Lys的蛋白上去。b．在真核生物中有一种Arg-tRNA-蛋白转移酶活性。N端结合精氨酸的蛋白质可以通过泛素途径将N-末端的酸性氨基酸降解掉。五、糖基化修饰（Glycosylation）通过Amadori基因重排形成的1-脱氧，1-（N-缬氨酸）-果糖存在于成人血红素中，其他蛋白质N端糖基化可能和这相似。Amadori的缓慢的基因转变的产物通过荧光杂合技术观察结构，得到在体内可以产生晚期糖基化终末产物（AGES）Amadori重排反应:在温和的条件下,还原糖与含有氨基的化合物反应,生成N苷糖基胺(Schiffbase),由于酸的催化重排成相应的N苷酮糖.七、甲基化作用（Methylation）N端的烷基化修饰没有酰基化修饰常见，但在一些类型蛋白质中有N端氨基酸的甲基化修饰。1）大肠杆菌的核糖体蛋白L11中有N-甲基化Ala；L16有N-甲基化Met，L33有N-甲基化Ala，IF3有N-甲基化Met。N-甲基化Phe存在于一些细菌的菌元素的N-末端，例如假单胞菌aeruginosnK，还有大肠杆菌胆固醇Z蛋白有N-端甲基化Met2）无脊椎动物的组蛋白，短膜虫属的细胞色素等等，在这些蛋白里N末端序列是相似的，为（甲基化-3Ala或甲基化-2Pro）-Pro-Lys甲基二甲基三甲基II羧基端修饰报道的C端修饰（除了蛋白水解断裂）的蛋白质比N端修饰的少。然而，有些翻译后结构改变已被很好的认证。一、氨基化修饰（酰胺、Amide）C端氨基修饰的蛋白质仅限于存在于小肽类激素和昆虫毒素中（例如后叶催产素，抗利尿激素，降钙素，骨泌激素还有蜂毒素）。多肽类激素是由前体蛋白通过C末端甘氨酸残基的中间体氧化得来的，因此甘氨酸的氮原子固定在酰胺的内部。二、形成甲酯（Methylesters）C末端的S-聚异戊二烯基化半胱氨酸残基的甲酯化修饰发生在多种真核蛋白质中。在牛脑中发现了一个第二中C端亮氨酸残基的甲基化修饰，在一个36kDa的多肽中三、添加氨基酸的修饰在体内α-微管蛋白可以通过在C-末端形成肽键添加脯氨酸进行可逆的修饰，这种修饰的功能目前尚不清楚四、核糖基化修饰多聚（ADP-核糖）【Poly(ADP-ribosyl)ation】除了羧基侧链的两个谷氨酸残基可以发生此修饰外，在鼠肝组蛋白HI上的C端的羧基上的213位Lys也可通过糖苷键连接ADP-核糖ADP核糖基位点进一步和另外核糖基结合产生多聚核糖基衍生物。这种修饰在体内是可逆的。五、糖酯锚定结构修饰（GlycolipidAnchorstructures）实际上一些蛋白质在体内是通过糖基磷脂酰肌醇（GPI）结合早细胞膜上的。结构：一般结构的变化包括分枝上聚糖的添加，也可能添加氨基乙醇磷酸盐，中心轴加甘露糖，棕榈酰添加在肌醇的2或3位上。生物合成途径：转移GPI结构到新的C端，接着在两个含有疏水尾结构的前体蛋白中释放蛋白水解作用。六、硫酯（Thioester）在泛素携带蛋白家族里，泛素（在所有真核生物中都发现的一种小分子蛋白质）的C端甘氨酸的残基上连接巯基，激活了泛素腺苷酸。泛素化基团转移到一种结合了赖氨酸侧链蛋白的异构肽，在许多真核细胞中可以被一种ATP依赖的蛋白酶复合物降解。七、SUMO修饰八、转肽作用（Transpeptidation）葡萄球菌的表面蛋白通过苏氨酸和肽连接进而和细胞壁连接，它在蛋白水解后变成C-末端，还有部分五甘氨酸。