蛋白质翻译后修饰

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。

蛋白质翻译和后修饰的机制蛋白质是细胞内最基本的分子组成单位之一，它们参与了几乎所有细胞活动的调控。

蛋白质的生合成分为两个过程：翻译和后修饰。

本文将具体探讨这两个过程的机制。

1. 蛋白质翻译蛋白质翻译是将mRNA上的信息“翻译”成蛋白质的过程。

这个过程必须经过核糖体、tRNA和rRNA的共同协作。

核糖体是催化蛋白质合成的关键机构。

它们由rRNA和蛋白质互相嵌套而成。

核糖体有三种不同的位点：A（接受态）、P（肽链位点）和E（退出态）。

A位点是一个tRNA分子的接受位点，P位点是一个tRNA上附着的肽链的链合成位点，而E位点是一个空的tRNA离开的位点。

tRNA是一个关键分子，它包含一个氨基酸和一个反密码子（ant codon，mRNA上的三个碱基的互补序列）。

tRNA和mRNA 的互补配对是由磷酸二酯键（phosphodiester bond）的形成而实现的。

当核糖体扫描mRNA，发现一个叫做“起始密码子”的序列（AUG）时，就会启动翻译过程。

开始时，P位点会接受一个tRNA，只有这个tRNA的反密码子与mRNA上的起始密码子一致。

接下来，A位点会接受另一个tRNA，这个tRNA的反密码子与mRNA上的下一个密码子一致。

同时，P位点上的氨基酸和A位点上的氨基酸形成一个肽键，P位点上的tRNA就离开了，A位点上的tRNA和肽链位点P上的氨基酸向前移动一个位置，等待下一个tRNA进入A位点并与它配对。

整个过程的重复会一直持续，直到达到一个叫做“终止密码子”的mRNA序列（UAA，UAG和UGA），此时核糖体会停止翻译。

完成后，新合成的蛋白质会被释放出来。

2. 蛋白质后修饰蛋白质的后修饰过程即是指母体蛋白转化为功能蛋白的一系列化学修饰过程，包括各种不同类型的化学修饰。

（1）修剪蛋白质修剪是指在蛋白质生物合成过程中去除母体蛋白序列中的一些氨基酸，从而增强或改变蛋白质的功能。

例如，淀粉样蛋白酶（serine protease）在剪切血维素原（prothrombin）的过程中，将顺式-Arg-Gly-Ser-Arg-Arg-S的氨基酸序列剪切成顺式-Arg-Gly-Ser-S的氨基酸序列和顺式-Arg-Arg的氨基酸序列。

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]。

蛋白质的翻译后修饰蛋白质是生物体内最为重要的分子之一，其功能与结构多种多样，而这些功能与结构的多样性与蛋白质的翻译后修饰密切相关。

在蛋白质翻译过程结束后，细胞内往往还需要对蛋白质进行进一步的后修饰，以实现其功能的发挥。

这些后修饰包括糖基化、磷酸化、乙酰化等，它们能够调节蛋白质的结构与功能，从而对细胞的生理过程发挥重要作用。

一、糖基化修饰糖基化修饰是指在蛋白质分子上附加糖基的过程。

这种修饰可以发生在蛋白质的Asn残基上，形成N-糖基化，也可以发生在蛋白质的Ser或Thr残基上，形成O-糖基化。

糖基化修饰能够调节蛋白质的稳定性、可溶性和定位，还可以影响蛋白质与其他分子的相互作用。

例如，MUC1蛋白质的糖基化修饰在肿瘤细胞的侵袭和转移中起到重要的调节作用。

二、磷酸化修饰磷酸化修饰是指在蛋白质分子上附加磷酸基团的过程。

磷酸化修饰通过蛋白激酶的作用来实现，它能够调节蛋白质的活性、稳定性和相互作用，影响蛋白质的信号传导、细胞周期和调控等生理过程。

例如，磷酸化修饰能够激活转录因子NF-κB，参与细胞对炎症和免疫反应的应答。

三、乙酰化修饰乙酰化修饰是指在蛋白质分子上附加乙酰基的过程。

这种修饰通常发生在蛋白质的赖氨酸残基上，通过乙酰转移酶来实现。

乙酰化修饰能够调节蛋白质的稳定性、DNA结合能力和转录调控活性，对细胞发育、增殖和分化等过程具有重要作用。

例如，乙酰化修饰通过调控组蛋白交换和染色质结构的紧凑性，影响基因的表达。

四、其他修饰形式除了糖基化、磷酸化和乙酰化修饰外，蛋白质的翻译后修饰还包括甲基化、泛素化、酰化等多种形式。

这些修饰过程能够进一步改变蛋白质的结构与功能，从而参与调控细胞内的生物学过程。

例如，泛素化修饰能够调节蛋白质的降解和稳定性，参与细胞凋亡和细胞周期控制。

总结蛋白质的翻译后修饰是细胞内多种生物学过程的关键环节，它能够调节蛋白质的结构与功能，从而对细胞的生理过程发挥重要作用。

糖基化、磷酸化、乙酰化以及其他形式的修饰能够改变蛋白质的特性，对细胞信号传导、基因表达和细胞周期等起到调控作用。

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。

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