酚羥基與蛋白修飾年諾貝爾獎(jiǎng)

酚羥基與蛋白修飾年諾貝爾獎(jiǎng)細(xì)胞通訊(cellcommunication)：一個(gè)細(xì)胞發(fā)出的信息通過介質(zhì)傳遞到另一個(gè)細(xì)胞產(chǎn)生相應(yīng)反應(yīng)的過程。第2頁,共57頁，2024年2月25日，星期天細(xì)胞通訊的三種方式及其反應(yīng)信號分子；細(xì)胞表面分子粘著或連接；細(xì)胞外基質(zhì)第3頁,共57頁，2024年2月25日，星期天兩類信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑通過G蛋白受體具有酶活性第4頁,共57頁，2024年2月25日，星期天受體Receptor細(xì)胞膜上或胞內(nèi)能特異識別生物活性分子信號分子與之結(jié)合，進(jìn)而引起生物學(xué)效應(yīng)的特殊蛋白質(zhì)，或個(gè)別糖脂第5頁,共57頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)受體分類細(xì)胞膜表面受體（多肽、兒茶酚胺）胞漿/核內(nèi)受體（類固醇激素、甲狀腺素、前列腺素）1.與G蛋白偶聯(lián)的受體：A激酶、C激酶通路2.含內(nèi)在酶結(jié)構(gòu)的受體：酪氨酸激酶、G激酶通路3.與胞漿中蛋白激酶偶聯(lián)的受體4.離子通道受體第6頁,共57頁，2024年2月25日，星期天環(huán)化受體(配體依賴性離子通道)蛋白質(zhì)受體結(jié)構(gòu)第7頁,共57頁，2024年2月25日，星期天G蛋白偶聯(lián)受體（蛇型受體/七個(gè)跨膜α螺旋受體）第8頁,共57頁，2024年2月25日，星期天單個(gè)跨膜α螺旋受體酪氨酸蛋白激酶受體（催化型受體）：受體胞內(nèi)區(qū)具有激酶活性。如：EGF受體、IGF受體與胞漿中蛋白激酶偶聯(lián)的受體：受體自身沒有激酶活性，但與配體結(jié)合后可偶聯(lián)胞漿中的T激酶。如：生長素受體、干擾素受體第9頁,共57頁，2024年2月25日，星期天催化型受體特點(diǎn)胞外N端：配體結(jié)合區(qū)1個(gè)跨膜α螺旋：高度疏水胞內(nèi)C端：T激酶活性，具有ATP和底物結(jié)合位點(diǎn)與配體結(jié)合后多數(shù)進(jìn)行二聚化自身磷酸化：二聚化受體中的T激酶活性彼此磷酸化對方的酪氨酸殘基一般調(diào)節(jié)細(xì)胞的增值、分化第10頁,共57頁，2024年2月25日，星期天受體活性的調(diào)節(jié)

1、調(diào)節(jié)方式2、調(diào)節(jié)結(jié)果：受體下調(diào)、上調(diào)

（1）磷酸化/去磷酸化（1992年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)）

（2）膜磷脂代謝影響

（3）酶促水解

（4）G蛋白的調(diào)節(jié)

（1）受體下調(diào)：數(shù)量減少或/和活性降低

（2）受體上調(diào)：數(shù)量減少或/和活性增加第11頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

效應(yīng)體effecter調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)信息傳遞和生理效應(yīng)的重要方式主要方式：蛋白質(zhì)磷酸化與去磷酸化蛋白激酶：使細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)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：催化脫磷酸化反應(yīng)

酪氨酸磷酯酶

Ser/Thr磷酯酶第12頁,共57頁，2024年2月25日，星期天EdwinG.KrebsEdmondH.Fischer1992年醫(yī)學(xué)和生理學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)獲得者發(fā)現(xiàn)蛋白磷酸化修飾第13頁,共57頁，2024年2月25日，星期天1992年諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)“我們現(xiàn)在已確定在整個(gè)基因組內(nèi)大約有1%的基因編碼蛋白質(zhì)激酶，這些激酶調(diào)節(jié)著細(xì)胞內(nèi)成千上萬的蛋白質(zhì)的功能”第14頁,共57頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)磷酸化修飾的發(fā)現(xiàn)兩位科學(xué)家從50年代起，一直從事細(xì)胞控制通道的研究，經(jīng)過40年的研究他們了解了其中的生化過程通過研究肌肉收縮模型，分離并發(fā)現(xiàn)了一種酶——蛋白激酶進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，蛋白激酶能把磷酸基從三磷酸腺苷轉(zhuǎn)移到磷酸化酶中，激活磷酸化酶，破壞體內(nèi)存儲的糖分，釋放肌肉收縮所需能量同時(shí)發(fā)現(xiàn)另一種酶——磷酸脂酶，能夠去除磷酸基，是蛋白失活這種磷酸化作用被發(fā)現(xiàn)是可逆的第15頁,共57頁，2024年2月25日，星期天肌肉收縮模型第16頁,共57頁，2024年2月25日，星期天受這種方式調(diào)控的許多生理生化過程：基因的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄，分子識別和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，蛋白質(zhì)的合成與降解，物質(zhì)代謝與跨膜運(yùn)輸，細(xì)胞形態(tài)建成與肌肉收縮，細(xì)胞周期的運(yùn)轉(zhuǎn)，細(xì)胞增殖與分化，腫瘤發(fā)生以及包括學(xué)習(xí)記憶在內(nèi)的高級神經(jīng)活動等等。蛋白質(zhì)的可逆磷酸化是許多信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑實(shí)現(xiàn)其生物學(xué)功能的樞紐。蛋白質(zhì)磷酸化修飾調(diào)控多種生物學(xué)功能第17頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

蛋白質(zhì)磷酸化修飾

第18頁,共57頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)磷酸化修飾概念磷酸化反應(yīng)是泛指把磷酸基團(tuán)通過酶促反應(yīng)轉(zhuǎn)移到其他化合物的過程。蛋白質(zhì)的磷酸化則是指由蛋白激酶催化的把ATP或GTP

位的磷酸基轉(zhuǎn)移到底物蛋白質(zhì)氨基酸殘基上的過程，其逆轉(zhuǎn)過程是由蛋白磷酸酶催化的，稱為蛋白質(zhì)的脫磷酸化。第19頁,共57頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)磷酸化修飾作用的特點(diǎn)磷酸化是目前已知的最主要的調(diào)節(jié)修飾方式：真核細(xì)胞的1/3到1/2處于磷酸化狀態(tài)。一些蛋白質(zhì)只有一個(gè)磷酸化殘基，一些則有幾個(gè)，少數(shù)蛋白質(zhì)有幾十個(gè)磷酸化位點(diǎn)。原核細(xì)胞通過蛋白質(zhì)可逆磷酸化進(jìn)行調(diào)控的生理生化過程相對較少。隨著生物進(jìn)化，越是高等生物這種調(diào)節(jié)方式的使用越普遍，表明蛋白質(zhì)可逆磷酸化作用具有顯著的優(yōu)勢和特殊的重要性。第20頁,共57頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)磷酸化修飾特點(diǎn)

專一性強(qiáng)

胞外信號經(jīng)胞內(nèi)信使控制蛋白激酶和蛋白磷酸酶的活性，通過對特定靶蛋白進(jìn)行可逆的磷酸化修飾調(diào)節(jié)細(xì)胞生理過程，與別構(gòu)調(diào)節(jié)相比顯然較少受胞內(nèi)代謝物的影響，能較專一地對胞外刺激作出準(zhǔn)確的應(yīng)答。與信號傳遞有關(guān)的蛋白激酶類主要受控于胞內(nèi)信使，如cAMP，Ca2+，DG（二酰甘油，diacylglycerol）較少受胞內(nèi)代謝產(chǎn)物的影響。第21頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

級聯(lián)放大效應(yīng)

信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程包括一系列連鎖反應(yīng)，前面的反應(yīng)對下一步的酶進(jìn)行磷酸化修飾，從而使微弱的原始信號逐級放大，同時(shí)級聯(lián)系統(tǒng)各層次的可調(diào)控性增強(qiáng)了對生理生化過程的調(diào)控作用。第22頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

節(jié)省而有效的調(diào)節(jié)

磷酸化使被修飾的蛋白質(zhì)激活或被“凍結(jié)”，在不改變蛋白質(zhì)總量的情況下，只需消耗很少的ATP，就能有效地調(diào)節(jié)活性蛋白質(zhì)的含量。與重新合成和分解相比，這種方式使細(xì)胞得以快速、有效、節(jié)省地對外界刺激作出反應(yīng)。

功能上的多樣性

調(diào)節(jié)酶活性；導(dǎo)致亞細(xì)胞定位改變；磷蛋白為胚胎發(fā)育提供營養(yǎng)調(diào)控細(xì)胞的生長發(fā)育、分裂分化、基因表達(dá)甚至癌變第23頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

持續(xù)的時(shí)效

蛋白激酶一旦被激活，即通過自身磷酸化等方式把活性維持較長的時(shí)間，被它們磷酸化的靶蛋白則可更長久地維持其效應(yīng)，直至被蛋白磷酸酶脫去磷酸。

時(shí)空上的精確性

每種蛋白質(zhì)的磷酸化修飾具有自己的細(xì)胞周期特異性、發(fā)育階段周期性、種屬和組織分布的特異性，從而呈現(xiàn)出特有的時(shí)空分布模式。第24頁,共57頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)可逆磷酸化在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的調(diào)控作用第25頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

T細(xì)胞的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)第26頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

蛋白激酶的種類酪氨酸激酶家族第27頁,共57頁，2024年2月25日，星期天第28頁,共57頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)磷酸化修飾導(dǎo)致受體蛋白質(zhì)的激活或失活約2%的蛋白質(zhì)磷酸化發(fā)生在酪氨酸的酚羥基上大部分的早期信號介導(dǎo)是由酪氨酸蛋白激酶介導(dǎo)的（PTK）Ser/Thr磷酸化修飾多發(fā)生在PTK所介導(dǎo)的信號傳遞的下游第29頁,共57頁，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

位的磷酸基轉(zhuǎn)移到底物酪氨酸酚羥基上的過程第30頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

是一類催化ATP上

-磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到蛋白氨酸殘基酚羥基上的激酶，使多種底物蛋白磷酸化，在細(xì)胞增殖、分化中起重要作用。

酪氨酸蛋白激酶（PTK）第31頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

（1）非受體酪氨酸蛋白激酶（NPRTK）（2）受體酪氨酸蛋白激酶（PRTK）（3）核內(nèi)酪氨酸蛋白激酶

酪氨酸激酶分類第32頁,共57頁，2024年2月25日，星期天受體酪氨酸激酶

幾種主要的酪氨酸激酶受體

第33頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

RPTK（receptorproteintyrosinekinase）受體型酪氨酸蛋白激酶對于許多生長因子受體的研究表明，跨膜的酪氨酸蛋白激酶在信息傳遞過程中起著重要作用。PTK超家族至少有50多個(gè)成員，除胰島素受體等少數(shù)例外，都是Ⅰ型跨膜蛋白，即單肽鏈，單跨膜。大的N-端胞外域高度糖基化，形成配體結(jié)合部位，不同家族結(jié)構(gòu)上的差異主要表現(xiàn)在胞外域；C-端胞漿區(qū)為保守的酪氨酸蛋白激酶活性域第34頁,共57頁，2024年2月25日，星期天受體型酪氨酸蛋白激酶的基本結(jié)構(gòu)●代表酪氨酸殘基，可被自身磷酸化，使受體構(gòu)象進(jìn)一步改變，○代表半胱氨酸殘基，半胱氨酸之間形成的二硫鍵使胞外肽段形成與配體結(jié)合的1口袋3個(gè)結(jié)構(gòu)域胞外的配體結(jié)合區(qū)細(xì)胞內(nèi)部具有酪氨酸蛋白激酶活性區(qū)域連接這兩個(gè)區(qū)域的跨膜結(jié)構(gòu)第35頁,共57頁，2024年2月25日，星期天表皮生長因子受體（EGFR）家族：包括EGFR和原癌基因表達(dá)產(chǎn)物ErbB2、ErbB3和ErbB4。胰島素受體（INSR）家族：包括INSR、胰島素樣生長因子-1受體（IGF-1R）和胰島素受體相關(guān)的受體（IRR）。血小板衍生的生長因子受體（PDGFR）家族：包括PDGFRα、PDGFRβ、巨噬細(xì)胞集落刺激因子受體（M-CSFR）和干細(xì)胞因子受體（SCFR）等。RPTK的分類第36頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

成纖維細(xì)胞生長因子受體（FGFR）家族：成員有FGFR1-4。血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子受體（VEGFR）家族：包括VEGFR和原癌基因表達(dá)產(chǎn)物Flt、Flk等。肝細(xì)胞生長因子受體（HGFR）家族：包括HGFR/Met、Ron、Sea。神經(jīng)營養(yǎng)因子受體家族：成員有TrkA、TrkB、TrkC。Eph家族：包括EphA1-8和EphB1-6共14個(gè)成員。Axl家族：成員有Axl、Eyk、Tyro3、Nyk。第37頁,共57頁，2024年2月25日，星期天Eph家族

Erythropoietin-producinghepatomacelllineEph基因是酪氨酸受體家族中最大的一個(gè)亞群，可分為EphA和EphB：Eph基因在胚胎的神經(jīng)和脈管系統(tǒng)發(fā)育和分化中發(fā)揮重要作用。近年來，人們發(fā)現(xiàn)許多Eph基因在多種腫瘤組織中呈現(xiàn)高表達(dá)，這種高表達(dá)與腫瘸的發(fā)生、發(fā)展和預(yù)后有關(guān)。第38頁,共57頁，2024年2月25日，星期天RPTK信號過膜傳遞機(jī)制第39頁,共57頁，2024年2月25日，星期天RPTK激活后形成胞內(nèi)信號傳遞復(fù)合物

第40頁,共57頁，2024年2月25日，星期天RPTK信號胞內(nèi)受體通路第41頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

NRPTK

（non-receptortyrosine

proteinkinase）非受體型酪氨酸蛋白激酶NRPTK是胞漿或胞核中的有PTK活性的信號蛋白目前發(fā)現(xiàn)NRPTK至少有30多種，根據(jù)序列同源性可將其分為11個(gè)家族。不同家族在結(jié)構(gòu)上有一定的同源性，同源性最高的是催化活性域，是其發(fā)揮功能的主要結(jié)構(gòu)。第42頁,共57頁，2024年2月25日，星期天NRPTK可通過自身磷酸化或其它PTK催化，使活化環(huán)中的Tyr的酚羥基磷酸化而充分激活；活化環(huán)外的Tyr被其它PTK磷酸化或活化環(huán)Tyr-pi脫磷酸，可對其進(jìn)行負(fù)調(diào)控。第43頁,共57頁，2024年2月25日，星期天無酪氨酸激酶活性的酶聯(lián)受體第44頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

NRPTK的分類Src家族:包括Src、Fyn、Yes、Lyn、Hck、Fgr、Lck和Blk共8個(gè)成員。從N-端開始，依次為SH4、SH3、SH2結(jié)構(gòu)域和C-端的激酶活性域（SH1）。SH4為Src家族特有的結(jié)構(gòu)域第45頁,共57頁，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）主要功能是通過對Src家族C-端磷酸化，對其活性進(jìn)行負(fù)調(diào)控。Tec家族： 成員有Tec、Btk、Itk、Bmk和Txk，主要在造血細(xì)胞表達(dá)Fes家族： 目前只有Fes和Fer兩個(gè)成員，分布于胞漿和胞核。第46頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

Abl家族：

只有Abl和Arg兩個(gè)成員。含有1個(gè)DNA結(jié)合區(qū)和1個(gè)肌動蛋白結(jié)合區(qū)。Syk家族： 有兩個(gè)結(jié)構(gòu)相似的成員Syk和ZAP-70，N-端有兩個(gè)SH2結(jié)構(gòu)域，C-端為激酶活性區(qū)。Syk除參與多種受體介導(dǎo)的信號傳遞外，還參與整聯(lián)蛋白和G蛋白偶聯(lián)的受體活化過程。ZAP-70則是T細(xì)胞受體信號通路的重要成員。第47頁,共57頁，2024年2月25日，星期天

FAK家族包括FAK（focaladhesionkinase）、FAK-B和RAFTK。FAK家族成員的PTK催化功能區(qū)在分子中部，N-端一側(cè)有一個(gè)整聯(lián)蛋白（integrin）結(jié)合域，C-端一側(cè)有一個(gè)樁蛋白（paxillin）結(jié)合域。第48頁,共57頁，2024年2月25日，星期天GHGHreceptorJAKJAKPSTATPSTATTargetgeneSTATSTATJAKs/STAT途徑

受體二聚體化生長因子膜受體胞漿的JAKs活化STAT活化調(diào)控基因表達(dá)JAK： 連接物蛋白STAT： 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn) 錄激動子第49頁,共57頁，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經(jīng)磷酸化的蛋白質(zhì)分子發(fā)生去磷酸化反應(yīng)的一類酶分子，與蛋白激酶相對應(yīng)存在，共同構(gòu)成了磷酸化和去磷酸化這一重要的蛋白質(zhì)活性的開關(guān)系統(tǒng)。在已測序的真核生物基因組中，編碼蛋白磷酸酶的基因數(shù)一般只有蛋白激酶基因數(shù)的1/3-1/4，例如人類基因組有119個(gè)、線蟲有174個(gè)、酵母有37個(gè)蛋白磷酸酶基因。蛋白磷酸酶的底物專一性較低蛋白磷酸酶一般都是由多個(gè)亞基組成寡聚體，全酶的數(shù)目遠(yuǎn)比編碼亞基的基因數(shù)目多。第50頁,共57頁，2024年2月25日，星期天蛋白激酶的催化域相當(dāng)保守，而蛋白磷酸酶在結(jié)構(gòu)上差異很大，目前至少已知4種不同結(jié)構(gòu)的蛋白磷酸酶。根據(jù)底物中磷酸化的氨基酸殘基的種類，可將蛋白磷酸酶分為3類：

Ser/Thr蛋白磷酸酶

Tyr蛋白磷酸酶雙重底物特異性的蛋白磷酸酶