蛋白质的翻译后修饰

基于质谱的蛋白质翻译后修饰富集技术一、蛋白质翻译后修饰概述蛋白质翻译后修饰（Post-translational modifications, PTMs）是指在蛋白质合成后，通过酶促反应在蛋白质的特定氨基酸残基上添加或移除化学基团的过程。

这些修饰对蛋白质的结构、功能和稳定性具有重要影响，是细胞内信号传导、代谢调节和细胞周期控制等生物学过程的关键调控机制。

PTMs的种类繁多，包括磷酸化、乙酰化、甲基化、糖基化、泛素化等。

1.1 蛋白质翻译后修饰的重要性蛋白质翻译后修饰在细胞内发挥着多种生物学功能，包括但不限于：- 调节酶活性：通过修饰可以激活或抑制酶的活性，从而影响代谢途径。

- 控制蛋白质稳定性：某些修饰可以作为蛋白质降解的信号，影响其在细胞内的半衰期。

- 参与信号传导：修饰后的蛋白质可以作为信号分子，参与细胞内外的信号传递。

- 影响蛋白质定位：修饰可以改变蛋白质的亚细胞定位，如核定位信号。

1.2 蛋白质翻译后修饰的类型蛋白质翻译后修饰主要包括以下几种类型：- 磷酸化：在丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸残基上添加磷酸基团。

- 乙酰化：在赖氨酸残基上添加乙酰基团。

- 甲基化：在赖氨酸或精氨酸残基上添加甲基基团。

- 糖基化：在天冬酰胺或色氨酸残基上添加糖链。

- 泛素化：通过泛素蛋白的添加，标记蛋白质进行降解。

二、质谱技术在蛋白质翻译后修饰研究中的应用质谱技术是一种高灵敏度、高特异性的分析技术，能够精确测定蛋白质和肽段的分子量，是研究蛋白质翻译后修饰的重要工具。

2.1 质谱技术的原理质谱技术通过将样品分子离子化，然后根据质荷比（m/z）分离这些离子，并检测其信号强度，从而获得样品的组成信息。

在蛋白质翻译后修饰研究中，质谱技术可以用于鉴定修饰类型、定位修饰位点以及定量修饰水平。

2.2 质谱技术的优势质谱技术在蛋白质翻译后修饰研究中具有以下优势：- 高通量：可以同时分析数千个蛋白质和修饰位点。

- 高灵敏度：能够检测到低丰度的修饰蛋白质。

蛋白翻译后修饰综述蛋白质翻译后修饰 (Protein translational modifications,PTMs) 通过功能基团或蛋白质的共价添加、调节亚基的蛋白水解切割或整个蛋白质的降解来增加蛋白质组的功能多样性。

三羧酸循环是葡萄糖在线粒体代谢的一个重要环节。

葡萄糖产生的乙酰辅酶A进入三羧酸循环，产生大量还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide，NADH）和还原型黄素腺嘌呤二核苷酸（reduced flavin adenine dinucleotide，FADH2），为呼吸链提供电子，推动氧化磷酸化反应合成三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）。

三羧酸循环有8个关键催化酶，它们的催化活性均受翻译后修饰的调节。

（一）乙酰化及琥珀酰化在调节三羧酸循环中，乙酰化的作用以抑制为主，而琥珀酰化以激活为主。

琥珀酸脱氢酶（succinate dehydrogenase，SDH）是三羧酸循环关键酶之一，位于线粒体内膜。

由A和B两个亚基组成。

SDH催化琥珀酸转为富马酸，并且产生FADH2。

A亚基（SDHA）活性既受乙酰化调节也受琥珀酰化调节，而两种修饰作用相反：乙酰化抑制该亚基活性，去乙酰化后该亚基活性提高[13]。

动物模型研究发现，胚胎期母亲低蛋白饮食可增加出生后肥胖及T2DM发生率，机制是SIRT3表达减少，增加SDH 乙酰化状态，降低SDH活性[14]。

柠檬酸合酶和异柠檬酸脱氢酶2（isocitrate dehydrogenase 2，IDH2）的催化活性也受乙酰化抑制[15,16]。

但是，乙酰化修饰也可增加三羧酸循环中某些酶的活性，如苹果酸脱氢酶（malate dehydrogenase，MDH）和顺乌头酸酶[16,17]。

与乙酰化修饰的作用相反，琥珀酰化增加SDH活性[13]，但抑制IDH2的活性[18]。

翻译后修饰蛋白质组与代谢组整合分析蛋白质的翻译后修饰（Post Translational Modifications, PTMs）是蛋白质在翻译中或翻译后经历的一个共价加工过程。

翻译后修饰蛋白质组是指细胞或组织等整体水平上的翻译后修饰蛋白质。

目前，已知的蛋白质翻译后修饰主要包括糖基化、磷酸化、酰化、泛素化、二硫键配对、甲基化和亚硝基化等等。

代谢组是细胞、组织或生物体内的小分子（通常称为代谢物）的整体水平。

翻译后修饰蛋白质可以调节细胞生物过程、影响机体的代谢变化。

影响代谢的翻译后修饰蛋白质不仅包括翻译后修饰转录因子，还包括翻译后修饰代谢酶。

因此，整合分析翻译后修饰蛋白质组和代谢组，比较它们的表达异同，有利于从不同层面解析生物的代谢机制，挖掘差异修饰蛋白质、代谢物、及它们参与的重要通路和相关基因，以进行后续深入研究。

百泰派克生物科技采用Thermo Fisher的Orbitrap Fusion Lumos质谱平台结合nanoLC-MS/MS纳升色谱，将磷酸化/糖基化/泛素化/乙酰化/甲基化/二硫键/亚硝基化等翻译后修饰鉴定服务，多种样品靶向和非靶向代谢组学分析服务，结合可定制化的生物信息学分析方法进行整合，为广大科研工作者提供基于质谱的翻译后修饰蛋白质组与代谢组整合分析服务。

翻译后修饰蛋白质组与代谢组整合分析流程翻译后修饰蛋白质组与代谢组整合分析流程。

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蛋白质翻译后修饰指南蛋白质是构成生物体的重要组成部分，其翻译后修饰对于蛋白质的功能和稳定性具有重要的影响。

本指南将介绍蛋白质翻译后修饰的主要类型和作用，以及在实验室中常用的技术和方法。

一、蛋白质翻译后修饰的类型1. 糖基化：糖基化是一种常见的蛋白质翻译后修饰方式，它可以增加蛋白质的稳定性和溶解性，并调节蛋白质的功能。

糖基化的糖链可以通过N-糖基化和O-糖基化两种方式与蛋白质结合。

2. 磷酸化：磷酸化是一种通过添加磷酸基团来改变蛋白质功能的修饰方式。

磷酸化可以调节蛋白质的酶活性、亲和力和细胞定位，从而影响细胞信号传导和许多生物学过程。

3. 乙酰化：乙酰化是一种通过添加乙酰基团来改变蛋白质的修饰方式。

乙酰化可以影响蛋白质的结构和亲和力，从而调节其功能、稳定性和细胞定位。

4. 甲基化：甲基化是一种通过添加甲基基团来改变蛋白质的修饰方式。

甲基化可以影响蛋白质的稳定性、DNA或RNA结合能力，从而调节基因表达和细胞分化。

二、蛋白质翻译后修饰的作用1. 调节蛋白质功能：翻译后修饰可以改变蛋白质的结构和活性，进而影响其功能。

例如，磷酸化可以调节酶的活性，糖基化可以影响蛋白质的折叠和稳定性。

2. 控制蛋白质降解：某些翻译后修饰方式可以促进或抑制蛋白质的降解，从而控制蛋白质在细胞内的寿命和稳定性。

例如，泛素化是一种促进蛋白质降解的修饰方式。

3. 调控细胞信号传导：许多翻译后修饰方式可以调节细胞内的信号传导通路。

例如，磷酸化可以激活或抑制信号蛋白的功能，从而影响细胞的生理过程。

三、蛋白质翻译后修饰的实验方法1. 质谱分析：质谱分析是研究蛋白质翻译后修饰的重要方法之一。

通过质谱仪可以检测修饰蛋白质的质量和结构，从而确定修饰的类型和位置。

2. 免疫印迹：免疫印迹是一种常用的蛋白质检测方法，可以用于检测特定修饰的蛋白质。

通过使用特异性的抗体，可以识别和分析特定修饰方式下的蛋白质。

3. 免疫组织化学：免疫组织化学是一种用于研究修饰蛋白质在细胞或组织中的定位和表达的方法。

蛋白质翻译后修饰及其功能
蛋白质的修饰指的是对蛋白质分子的化学结构进行改变，从而影响蛋白质的功能和活性。

蛋白质修饰通常可以分为两大类：翻译后修饰和转录后修饰。

1.翻译后修饰：指的是在蛋白质合成完成后，通过一系列酶催化反应对蛋白质分子的氨基酸残基进行的化学修饰。

常见的翻译后修饰包括：-磷酸化：将磷酸基团（PO4）添加到蛋白质分子上，通过调节蛋白质的构象和活性，参与细胞信号转导、基因表达等过程。

-甲基化：在蛋白质的赖氨酸残基上添加甲基基团（CH3），参与DNA 修复、转录调控等生物学过程。

-乙酰化：在蛋白质的赖氨酸残基上添加乙酰基团（CH3CO），参与细胞代谢、染色体结构的调控等过程。

-泛素化：在蛋白质分子上附加小型蛋白物质泛素，参与蛋白质的降解、DNA修复等过程。

2.转录后修饰：指的是在蛋白质合成后，由酶催化将其他化学分子如糖类、脂类等与蛋白质分子非共价地连接起来，从而改变蛋白质的结构和性质。

常见的转录后修饰包括：
-糖基化：将糖类分子附加到蛋白质分子上，形成糖蛋白；参与细胞信号传导、免疫应答等过程。

-脂基化：将脂类分子如脂肪酸、胆固醇等附加到蛋白质分子上，形成脂蛋白；参与细胞信号传导、细胞膜的结构和功能调节等过程。

-辅酶修饰：将辅酶分子如辅酶A、辅酶FAD等与蛋白质分子结合，
参与能量代谢、酶催化等生物过程。

这些修饰能够调节蛋白质的稳定性、活性和功能，在细胞过程中起着
重要的调控作用。

不同的修饰方式和位置会导致蛋白质的不同功能和亚型，从而在生物体内发挥不同的生理作用。