4翻译水平的调节.ppt

四、翻译水平的调节遗传密码的性质遗传密码的性质通过校正通过校正tRNA的方式的方式校正基因的碱校正基因的碱基缺失和插入基缺失和插入l为催化为催化DNA拓扑学异构体相互转变的酶之总称催拓扑学异构体相互转变的酶之总称催化化DNA链断开和结合的偶联反应，为了分析体外反链断开和结合的偶联反应，为了分析体外反应机制，用环状应机制，用环状DNA为底物在闭环状双链为底物在闭环状双链DNA的拓扑学转变中，要暂时的将的拓扑学转变中，要暂时的将DNA的一个链或两个的一个链或两个链切断，根据异构体化的方式而分为二个型切断链切断，根据异构体化的方式而分为二个型切断一个链而改变拓扑结构的称为一个链而改变拓扑结构的称为Ⅰ型拓扑异构酶（型拓扑异构酶（top- oisomeraseⅠ），通过切断二个链来进行的称为），通过切断二个链来进行的称为Ⅱ型型拓扑异构酶（拓扑异构酶（topoisomeraseⅡ）属于Ⅰ型的拓扑异型的拓扑异构酶，有大肠杆菌的构酶，有大肠杆菌的ω蛋白（蛋白（ω-protein，由分子量，由分子量11万的单个多肽链所成）及各种真核细胞中存在的万的单个多肽链所成）及各种真核细胞中存在的切断切断-结合酶（结合酶（nicking-closing enzyme，分子量约，分子量约6万万5千千—7万的及分子量约万的及分子量约10万的）。

万的）Ⅱ型拓扑异构型拓扑异构酶，有存在于细菌中的酶，有存在于细菌中的DNA促旋酶、噬菌体促旋酶、噬菌体T4的的拓扑异构酶拓扑异构酶Ⅱ以及真核细胞中依赖以及真核细胞中依赖ATP的拓扑异构的拓扑异构酶酶Ⅱ等 l在在Ⅱ型拓扑异构酶中，型拓扑异构酶中，DNA促旋酶可单促旋酶可单独催化闭环状独催化闭环状DNA产生超螺旋，这是独产生超螺旋，这是独特的 (一一) 翻译内含子翻译内含子(translational intron)lT4DNA拓扑异构酶在拓扑异构酶在ATP存在下，可使超螺旋存在下，可使超螺旋DNA变成松散的变成松散的DNA，其中有，其中有DNA双链的断双链的断裂，链的旋转，再缝合全酶由三种亚基六个裂，链的旋转，再缝合全酶由三种亚基六个蛋白质分子组成，分别由基因蛋白质分子组成，分别由基因39、基因、基因52和基和基因因60编码基因编码基因39编码的亚基有编码的亚基有520个氨基酸，个氨基酸，ATP酶活性基因酶活性基因52编码的亚基有编码的亚基有441个氨基个氨基酸，松散酸，松散DNA超螺旋基因超螺旋基因60编码的亚基有编码的亚基有160个氨基酸，结合各亚基，协调功能这三个氨基酸，结合各亚基，协调功能。

这三个亚基的蛋白质顺序已分析清楚已经获得基个亚基的蛋白质顺序已分析清楚已经获得基因因39、、52、、60的的DNA克隆，并在大肠杆菌中克隆，并在大肠杆菌中高效表达蛋白质高效表达蛋白质lT4 DNA topoisomerase: a new ATP-dependent enzyme essential for initiation of T4 bacteriophage DNA replicationlNature 281, 456 - 461 (11 October 1979) lLeroy F. Liu, Chung-Cheng Liu & Bruce M. AlbertslDepartment of Biochemistry and Biophysics, University of California, San Francisco, California 94143lNucleotide sequence of a type II DNA topoisomerase gene. Bacteriophage T4 gene 39lNucleic Acids Research, 1986, Vol. 14, No. 19 7751-7765lWai Mun Huangl Department of Cellular, Viral and Molecular Biology, University of Utah Medical Center Salt Lake City, UT 84132, USA lThe 52-protein subunit of T4 DNA topoisomerase is homologous to the gyrA-protein of gyrase.lNucleic Acids Res. 1986 September 25; 14(18): 7379–7390. lW M Huangl对基因对基因60的核苷酸序列分析后，难以排的核苷酸序列分析后，难以排出合适的阅读框架，与它表达产物蛋白出合适的阅读框架，与它表达产物蛋白质的氨基酸顺序对照，发现在第质的氨基酸顺序对照，发现在第46位甘位甘氨酸和第氨酸和第47位亮氨酸密码子之间，有位亮氨酸密码子之间，有50个核苷酸插入，其中紧跟第个核苷酸插入，其中紧跟第46位甘氨酸位甘氨酸密码的是一个终止密码密码的是一个终止密码TAG。

  DNA有义链有义链    5’－－GGCTAG ‥ ‥ ‥CTC－－3’  mRNA             5’－－GGCUAG ‥ ‥ ‥CTC－－3’  蛋白质序列蛋白质序列  ‥‥甘氨酸甘氨酸                      亮氨酸亮氨酸‥                                 第第46位位                      第第47位位                   在细胞中，在细胞中，mRNA中是否也有这中是否也有这段插入序列？段插入序列？l人人工工合合成成基基因因60编编码码区区的的30聚聚多多核核苷苷酸酸和和插插入入序序列列的的30聚聚多多核核苷苷酸酸作作为为两两种种探探针针，，分分别别检检测测T4感感染染细细胞胞的的RNA，，杂杂交交分分析析，，两两种种探探针针完完全全给给出出相相同同的的杂杂交交图图谱谱一一条条带带，，实实际际上上细细胞胞中中只只有有一一种种RNA，，没没有有发发现现有有mRNA剪剪切切加加工工的的现现象象对对细细胞胞中中基基因因60的的mRNA作作核核苷苷酸酸序序列列分分析析，，都都发发现现有有50核苷酸插入序列的存在核苷酸插入序列的存在。

RNA电泳电泳转转移移杂交分析杂交分析正极正极负极负极共三条带共三条带编码区探针编码区探针插入序列探针插入序列探针DNA转录转录剪接剪接+无论哪种探针都只有一条相同的带，说无论哪种探针都只有一条相同的带，说明细胞中只有一种明细胞中只有一种RNA普遍性：普遍性：    l1. 将将50个个核核苷苷酸酸序序列列插插入入到到LacZ的的适适当当编编码码序序列列内内，，在在翻翻译译过过程程中中，，大大肠肠杆杆菌菌核核糖糖体体同同样样可可以以跳跳过过这这个个非非翻翻译译序序列列，，产生完整的产生完整的β半乳糖苷酶半乳糖苷酶l2. 在酵母表达系统中，酵母核糖体也能在酵母表达系统中，酵母核糖体也能跳过这段序列，产生完整的蛋白质跳过这段序列，产生完整的蛋白质意义：意义：  l设想在翻译水平上调控，形成设想在翻译水平上调控，形成不同的二级结构不同的二级结构Evaluation of the mutations suggests 5 requirements for efficient ribosome hopping: •Amino acid residues 17 to 32 of the nascent peptide •Termination codon right after codon 47 •A short hairpin at the take-off site •Identity between codons 47 and 48 •A 50 nt spacing between codons 47 and 48lScience, Vol 239, Issue 4843, 1005-1012, 1988lA persistent untranslated sequence within bacteriophage T4 DNA topoisomerase gene 60 lWM Huang, SZ Ao, S Casjens, R Orlandi, R Zeikus, R Weiss, D Winge, and M FanglDepartment of Cellular, Viral and Molecular Biology, University of Utah Medical Center, Salt Lake City 84132  abstractlA 50-nucleotide untranslated region is shown to be present within the coding sequence of Escherichia coli bacteriophage T4 gene 60, which encodes one of the subunits for its type II DNA topoisomerase. This interruption is part of the transcribed messenger RNA and appears not to be removed before translation. Thus, the usual colinearity between messenger RNA and the encoded protein sequence apparently does not exist in this case. The interruption is bracketed by a direct repeat of five base pairs. A mechanism is proposed in which folding of the untranslated region brings together codons separated by the interruption so that the elongating ribosome may skip the 50 nucleotides during translation. The alternative possibility, that the protein is efficiently translated from a very minor and undetectable form of processed messenger RNA, seems unlikely, but has not been completely ruled out. 安徽省怀远第一中学l敖世洲，1952届校友，研究员(中国科学院上海生物化学研究所学术委员会副主任)，1957年毕业于北京大学生物系。

曾兼任中国科学院上海生物化学研究所分子生物学国家重点实验室副主任、主任，现兼任该实验室学术委员会主任1993年被评为中国科学院优秀研究生导师（二）（二）microRNA（三）蛋白质合成过程的调节（三）蛋白质合成过程的调节1.珠蛋白合成调控珠蛋白合成调控-eIF2磷酸化对翻译磷酸化对翻译的调控的调控：：         l红细胞体积很小，直径只有红细胞体积很小，直径只有7～～8μm，形如圆盘，，形如圆盘，中间下凹，边缘较厚它具有弹性和可塑性，中间下凹，边缘较厚它具有弹性和可塑性，在通过直径比它还小的毛细血管时，可以改变在通过直径比它还小的毛细血管时，可以改变形状，通过后仍恢复原形形状，通过后仍恢复原形 正常成熟的红细胞没有细胞核，也没有高尔基正常成熟的红细胞没有细胞核，也没有高尔基体和线粒体等细胞器，但它仍具有代谢功能体和线粒体等细胞器，但它仍具有代谢功能红细胞内充满着丰富的血红蛋白，血红蛋白约红细胞内充满着丰富的血红蛋白，血红蛋白约占细胞重量的占细胞重量的32％，水占％，水占64％，其余％，其余4％为脂％为脂质、糖类和各种电解质质、糖类和各种电解质         哺乳动物网哺乳动物网织红细胞蛋白质织红细胞蛋白质合成调控研究得合成调控研究得较为详细。

较为详细 网织网织红细胞是红细胞红细胞是红细胞成熟前发育的最成熟前发育的最后阶段，由它合后阶段，由它合成的蛋白质成的蛋白质90％％以上是珠蛋白以上是珠蛋白珠蛋白珠蛋白     铁＋卟啉铁＋卟啉   血红素血红素血红蛋白血红蛋白        血红素与珠蛋白的合成血红素与珠蛋白的合成以平行速度进行，如完整细以平行速度进行，如完整细胞中缺铁或网织红细胞内缺胞中缺铁或网织红细胞内缺血红素，合成蛋白质的速度血红素，合成蛋白质的速度下降到原来的下降到原来的10％l血血红红素素缺缺乏乏造造成成的的影影响响是是生生成成了了一一个个抑抑制制物物血血红红素素调调控控阻阻遏遏物物(HCR)分分子子量量80,000-90,000，，含含有有蛋蛋白白激激酶酶的的性性质质，，可可磷磷酰酰化化eIF-2，，80S起起始始复复合合物物不不能能形形成成，， 加加入入外外源源的的eIF-2或或HCR抗抗体体可可克克服服HCR的的影影响响有有一一种种专专一一性性的磷酸酶可以催化这个逆反应的磷酸酶可以催化这个逆反应2.酵母酵母 eIF-2的磷酸化对的磷酸化对GCN4 mRNA翻译起始的激活作用翻译起始的激活作用l啤酒酵母的啤酒酵母的GCN4是一个转录因子，是一个转录因子，它能特异地结合与许多氨基酸合成它能特异地结合与许多氨基酸合成酶基因的启动子酶基因的启动子TGACTC上，诱导上，诱导基因的转录。

基因的转录lGCN4 蛋白质合成量的增多是由于蛋白质合成量的增多是由于GCN4 mRNA在翻译时被激活在翻译时被激活l上游的上游的AUG起始密码子的存在抑起始密码子的存在抑制下游制下游ORF的翻译的翻译l在在eIF-2正常水平时，上游的每个正常水平时，上游的每个ORF都能进行翻译，都能进行翻译，GCN4的翻译的翻译几率较少几率较少Model of protein synthesis on circular polysomes and recycling of ribosomal subunits.l在氨基酸饥饿的条件下，磷酸化的在氨基酸饥饿的条件下，磷酸化的eIF-2增多，活化的增多，活化的eIF-2减少，翻译减少，翻译起始复合物的再循环必然受到限制起始复合物的再循环必然受到限制翻译完翻译完uORF1后的核糖体迅速滑过后的核糖体迅速滑过其它其它uORF，到达，到达GCN4-ORF开始开始翻译，逃避了其它翻译，逃避了其它uORF的抑制玉米籽粒颜色玉米籽粒颜色五、翻译后水平的调节l（一）蛋白质的成熟（一）蛋白质的成熟l1.    多余序列的切除多余序列的切除           胰岛素原的激活胰岛素原的激活 2.    蛋白质内含子蛋白质内含子Intein l蛋白质内含子是蛋白质中的一段多蛋白质内含子是蛋白质中的一段多肽链，靠自我剪切的方式从前体蛋肽链，靠自我剪切的方式从前体蛋白中分离出来，同时两端以肽键的白中分离出来，同时两端以肽键的方式相连。

方式相连蛋白内含子又称为内蛋白子l蛋白外显子又称为外蛋白子（estein） ①①特征序列特征序列 lA、、B、、C、、D、、E、、F、、G六个保守六个保守的的motiflSer类型类型②②自我剪切过程自我剪切过程 lCys类型类型用途l构建表达载体，产生蛋白质构建表达载体，产生蛋白质lNEW ENGLAND BioLabs INClIMPACT-CN System （二）蛋白质高级结构的正确形成（二）蛋白质高级结构的正确形成: 分子伴侣分子伴侣 1. Anfinsen的牛胰核的牛胰核糖核酸酶糖核酸酶变性复性变性复性试验试验     RNaseA　　　　50年代末完成全序列测定的第一个年代末完成全序列测定的第一个蛋白质，蛋白质，124个氨基酸，个氨基酸，MW12600，，4对二硫键在对二硫键在8mol/L尿素，尿素，β-巯基乙醇巯基乙醇存在时，二硫键被破坏，变为松散结构存在时，二硫键被破坏，变为松散结构透析，除去尿素和透析，除去尿素和β-巯基乙醇，再加入巯基乙醇，再加入氧化剂，则重新恢复构象氧化剂，则重新恢复构象 蛋白质自组装蛋白质自组装(Selfassembly)假说假说 l第一阶段是成核（第一阶段是成核（nucleation)。

由于挤压效应由于挤压效应或疏水作用，多肽链中的一些小肽段迅速行成或疏水作用，多肽链中的一些小肽段迅速行成螺旋，作为进一步折叠的核心，称为核区螺旋，作为进一步折叠的核心，称为核区l第二阶段是折卷（第二阶段是折卷（collapse)已成为核的结构，已成为核的结构，随后散落成为较大的超二级结构单元的集合体，随后散落成为较大的超二级结构单元的集合体，包括一些包括一些β -折叠片和折叠片和β-转角的形成转角的形成l第三阶段是凝集（第三阶段是凝集（condensation)上述集合体上述集合体在原子水平上凝集，形成致密的三级结构在原子水平上凝集，形成致密的三级结构“这个实验出色地证明了蛋白这个实验出色地证明了蛋白质的功能取决于特定的天然质的功能取决于特定的天然构象，而规定其构象所需要构象，而规定其构象所需要的信息包含在它的氨基酸序的信息包含在它的氨基酸序列中摘自摘自《《基础生物化学基础生物化学》》（高等教育出版社，（高等教育出版社，2001.7)lChristian B. Anfinsen(USA)因此获得因此获得1972年诺贝尔生理或医学奖年诺贝尔生理或医学奖问题：问题：①①特例特例 ：：RNase的超稳定性。

的超稳定性②②蛋白质的合成过程：蛋白质的合成过程：         蛋白质合成中，首先合成蛋白质合成中，首先合成N端，再向端，再向C端延端延伸在水相中，亲水的力量迫使多肽链疏水的基伸在水相中，亲水的力量迫使多肽链疏水的基团聚集于内部，亲水基团位于外部新生肽键的团聚集于内部，亲水基团位于外部新生肽键的折叠在合成早期业已开始，随肽键的延伸同时进折叠在合成早期业已开始，随肽键的延伸同时进行折叠，形成某种结构这与一条变形伸展的完行折叠，形成某种结构这与一条变形伸展的完整肽键的重折叠的情况是完全不同的整肽键的重折叠的情况是完全不同的•发现过程发现过程2.Molecular chaperone的发现过程及定义的发现过程及定义 1962年，意大利生物学家年，意大利生物学家F.M.Ritossa在研究果蝇在研究果蝇(Drosophila)的发育时，发现的发育时，发现: 当培当培养果蝇的温度从正常的养果蝇的温度从正常的25℃℃上升到上升到32℃℃时，幼虫时，幼虫(larvae )细胞中的一些细胞中的一些巨型染色体上的新的位点变得异常活巨型染色体上的新的位点变得异常活跃研究表明，温度的升高促使一些跃。

研究表明，温度的升高促使一些新基因的表达这就是新基因的表达这就是热激反应热激反应（（heat-shock response)的发现l l定义定义定义定义lThe molecular chaperone concept.Ellis RJ.Department of Biological Sciences, University of Warwick, Coventry, UK.Molecular chaperones are a ubiquitous family of cellular proteins which mediate the correct folding of other polypeptides, and in some cases their assembly into oligomeric structures, but which are not components of those final structures.一一类类相相互互之之间间没没有有关关系系的的蛋蛋白白质质它它们们的的功功能能是是帮帮助助多多肽肽结结构构的的其其它它物物质质在在体体内内进进行行正正确确的的非非共共价价的的组组装装，，并并且且不不是是组组装装完完成成的的结结构构在在发发挥挥其其正正常常的的生生物物功功能能的组成部分。

的组成部分中国科学院生物物理研究所的王志珍院士中国科学院生物物理研究所的王志珍院士l分子伴侣帮助新生肽链正确折叠分子伴侣帮助新生肽链正确折叠--助人为乐的分子伴侣太太很快出现助人为乐的分子伴侣太太很快出现在需要她尽力而为的场所（新生肽在需要她尽力而为的场所（新生肽链的折叠，越膜，应激反应等情况）链的折叠，越膜，应激反应等情况），她主动去发现她应该帮助的正在，她主动去发现她应该帮助的正在成长的新生肽姑娘（识别折叠中间成长的新生肽姑娘（识别折叠中间物），热情地伸出友谊之手（相互物），热情地伸出友谊之手（相互作用和结合），并发出警戒之言作用和结合），并发出警戒之言"不！不！别往哪儿走！不！不！别往哪儿走！"，防止她，防止她们误入歧途掉进不可自拔的死亡深们误入歧途掉进不可自拔的死亡深渊（防止错误的相互作用导致的无渊（防止错误的相互作用导致的无效折叠和不可逆聚集），从而帮助效折叠和不可逆聚集），从而帮助她们沿着朝向正确目标的光明大道她们沿着朝向正确目标的光明大道前进（有利于有效折叠成功能蛋白前进（有利于有效折叠成功能蛋白的正确折叠途径）新生肽姑娘健的正确折叠途径）新生肽姑娘健康地成长（正确折叠）。

折叠好的康地成长（正确折叠）折叠好的蛋白质小姐愉快地，昂首阔步地准蛋白质小姐愉快地，昂首阔步地准备去做自己的贡献（折叠成特定的备去做自己的贡献（折叠成特定的空间构并获得生物活性的功能蛋白）空间构并获得生物活性的功能蛋白）3.分子伴侣的种类分子伴侣的种类a. 分子内分子伴侣分子内分子伴侣  intramolecular chaperone        体内体内许多蛋白多蛋白质都以前都以前导肽的前体形的前体形式合成，前式合成，前导肽在蛋白在蛋白质折叠中具有分折叠中具有分子子伴伴侣的功能b. 分子伴侣分子伴侣分子伴侣的分类和分布分子伴侣的分类和分布分子伴侣的分类和分布分子伴侣的分类和分布分类种属细胞内的定位核质蛋白家族Nucleoplasmin真核生物细胞核基质Protein XLNO-38真核生物细胞核基质NuleoplasminS真核生物细胞核基质Hsp70Hsp70(Hsp40、Hsp24)所有生物细胞质和细胞骨架，热休克后移至细胞核及核仁质膜上；哺乳动物线粒体DnaK (DnaJ、GrpE)大肠杆菌细胞质Ssa1-4 SsB1 SsC1 SsD1酵母细胞质和线粒体Bip哺乳动物内质网Hsp60家族GroEL(GroES)大肠杆菌细胞质Cpn60(cpn10)真核细胞线粒体和叶绿体基质RBP植物叶绿体分类种属细胞内的定位TCP-1家族TF55古细菌细胞质Tric(TCP-1）真核生物细胞质Hsp90家族Hsp90哺乳动物细胞质Hsp83, Hsp87酵母和果蝇细胞质Grp94哺乳动物内质网Hsp100家族Hsp104酵母细胞质和核、核仁中ClpX大肠杆菌细胞质1) 伴侣素家族（伴侣素家族（chaperonin, Cpn）） 　　　　Cpn 家族是具有独特的双层家族是具有独特的双层 7-9 元环状结构的寡聚蛋白元环状结构的寡聚蛋白（（ Hemminngwen 1988; Cheng 1989 ），它们以依赖），它们以依赖 ATP 的方式促进体内正常和应急条件下的蛋白质折叠。

的方式促进体内正常和应急条件下的蛋白质折叠 Cpns 又分为两组：又分为两组： GroEL(Hsp60) 家族和家族和 TriC 家族 GroEL 型的型的 Cpns 存在于真细菌、线粒体和叶绿体中，由存在于真细菌、线粒体和叶绿体中，由双层双层 7 个亚基组成的圆环组成，每个亚基分子量约为个亚基组成的圆环组成，每个亚基分子量约为 60Ku 它们在体内与一种辅助因子，如它们在体内与一种辅助因子，如 E. coli 中的中的 GroES ，协，协同作用以帮助蛋白折叠除了叶绿体中的类似物外，这些蛋同作用以帮助蛋白折叠除了叶绿体中的类似物外，这些蛋白是应急反应诱导的人们对白是应急反应诱导的人们对 GroEL 和和 GroES 的结构、功的结构、功能及其作用机制做了十分详尽的研究能及其作用机制做了十分详尽的研究 TRiC 型（型（ TCP-1 环环状复合物）存在于古细菌和真核细胞质中，由双层状复合物）存在于古细菌和真核细胞质中，由双层 8 或或 9 元元环组成，亚基分子量约为环组成，亚基分子量约为 55K ，与小鼠中，与小鼠中 TCP-1 尾复合蛋尾复合蛋白（白（ TCP-1 tail complex protein ）有同源性。

这种）有同源性这种 Cpn 没有类似没有类似 GroES 的辅助因子，而且只有古细菌中的成员有的辅助因子，而且只有古细菌中的成员有应急诱导性；应急诱导性；  The structure of E.coli GroEL heat shock protein (hsp). There are 14 subunits of the GroEL. Attached to the apical domain is the GroES. The apical region is also capable of polypeptide binding. The lower region, (circled, bottom) is concerned with ATP binding. GroEL/GroES 复合体的高级结构l2) 应激蛋白应激蛋白70家族家族(Stress-70 family)l　　又称为热休克蛋白　　又称为热休克蛋白70家族（家族（Hsp70 family），是一类分子量约），是一类分子量约70Ku的高度保守的高度保守的的ATP酶，广泛地存在于原核和真核细胞中，酶，广泛地存在于原核和真核细胞中，包括大肠杆菌胞浆中的包括大肠杆菌胞浆中的DnaK/DnaJ，高等生，高等生物内质网中的物内质网中的Bip、、Hsc1、、Hsc2、、Hsc4或或hsc70，胞浆中的，胞浆中的Hsp70、、Hsp68和和Ssal4p，线，线粒体中的粒体中的Ssclp、、Hsp70等。

在细胞应急和非等在细胞应急和非应急条件下的蛋白质代谢，如蛋白质的从头应急条件下的蛋白质代谢，如蛋白质的从头折叠（折叠（de novo protein folding)、跨膜运输、、跨膜运输、错误折叠多肽的降解及其调控过程中有重要错误折叠多肽的降解及其调控过程中有重要的作用在体内，的作用在体内，Hsp70家族成员的主要功能家族成员的主要功能是以是以ATP依赖的方式结合未折叠多肽链的疏依赖的方式结合未折叠多肽链的疏水区以稳定蛋白质的未折叠状态，再通过有水区以稳定蛋白质的未折叠状态，再通过有控制的释放帮助其折叠（控制的释放帮助其折叠（Hartl 1996）l3) 应激蛋白应激蛋白90家族家族(Stress-90 family)l　　即热休克蛋白　　即热休克蛋白90家族（家族（Hsp90 family），分子量在），分子量在90Ku左右，包括大肠杆菌胞浆中的左右，包括大肠杆菌胞浆中的HtpG，酵母胞浆中，酵母胞浆中的的Hsp83与与Hsc83，果蝇胞浆中的，果蝇胞浆中的Hsp83，以及哺乳类胞，以及哺乳类胞浆中的浆中的Hsp90与内质网中的与内质网中的Grp94（（Erp90或内质网素或内质网素endoplasmin）等。

等Hsp90可以与胞浆中的类固醇激素受可以与胞浆中的类固醇激素受体结合，封闭受体的体结合，封闭受体的DNA结合域，阻碍其对基因转录调结合域，阻碍其对基因转录调控区的激活作用，使之保持在天然的非活性状态，但控区的激活作用，使之保持在天然的非活性状态，但hsp90的结合也使受体保持着对激素配体的高亲和力的结合也使受体保持着对激素配体的高亲和力hsp90还与还与Ras信号途径中许多信号分子的折叠与组装密信号途径中许多信号分子的折叠与组装密切相关，主要是切相关，主要是hsp90的结合与解离，介导了这些分子的结合与解离，介导了这些分子在非活性形式与活性形式间的转化如转化型酪氨酸激在非活性形式与活性形式间的转化如转化型酪氨酸激酶酶pp60v-src或在一定条件下，从或在一定条件下，从hsp90等与之形成的复等与之形成的复合物中释放，才能转位至胞膜，行使激酶的活性功能合物中释放，才能转位至胞膜，行使激酶的活性功能Casein(CKII)和和el/f-2a是两种丝氨酸是两种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，苏氨酸蛋白激酶，其中其中Casein(CKII)与细胞生长和细胞周期有关，与细胞生长和细胞周期有关，el/f-2a激酶则调节蛋白质合成，两者均可与激酶则调节蛋白质合成，两者均可与hsp90及其他分子及其他分子伴侣形成复合物。

除伴侣形成复合物除hsp90以外，其他分子伴侣如以外，其他分子伴侣如hsp70,PPIs等都影响了受体分子的激活过程等都影响了受体分子的激活过程l4) 其他种类的分子伴侣其他种类的分子伴侣l　　包括核质素、　　包括核质素、T受体结合蛋白受体结合蛋白(TRAP)、、大肠杆菌的大肠杆菌的SecB和触发因子（和触发因子（trigger factor））及及PapD、噬菌体编码的支架蛋白、噬菌体编码的支架蛋白（（scaffolding proteins）等分子伴侣不仅与）等分子伴侣不仅与胞内蛋白的折叠与组装密切相关，影响到蛋胞内蛋白的折叠与组装密切相关，影响到蛋白质的转运、定位或分泌；而且与信号转导白质的转运、定位或分泌；而且与信号转导中的信号分子的活性状态与活性行为相关连，中的信号分子的活性状态与活性行为相关连，具有重要的生理意义（具有重要的生理意义（Bohen 1995, Pratt 1997）c. 酶酶    1) 肽基脯氨酸顺反异构酶肽基脯氨酸顺反异构酶    Peptidyl prolyl isomerases (PPIases) accelerate cis-trans isomerization of Pro residues during protein folding.            2) 蛋白质二硫键异构酶蛋白质二硫键异构酶?      真核生物的真核生物的PDI主要位于内质网，细主要位于内质网，细菌中的类似物是菌中的类似物是Dsb家族，位于细菌外家族，位于细菌外周质（周质（periplasm），通过催化巯基与二），通过催化巯基与二硫键的交换反应，从而催化蛋白质二硫硫键的交换反应，从而催化蛋白质二硫键的形成、还原（断裂）或重排（异构键的形成、还原（断裂）或重排（异构化）。

在蛋白质折叠过程中，主要催化化）在蛋白质折叠过程中，主要催化含有二硫键的膜蛋白或分泌蛋白的正确含有二硫键的膜蛋白或分泌蛋白的正确折叠 4.分子伴侣的作用机制分子伴侣的作用机制 lExample：：lChaperone rings in protein folding and degradation lArthur L. Horwich , Eilika U. Weber-Ban, and Daniel FinleylPNAS  Vol. 96, Issue 20, 11033-11040, September 28, 1999返回Protein folding within the ER 5.分子伴侣的功能分子伴侣的功能蛋白质和新生肽的折叠模型蛋白质和新生肽的折叠模型新生肽链新生肽链未折叠肽链未折叠肽链复合物复合物中介中介降解产物降解产物正常功能正常功能的蛋白质的蛋白质Aggregates无效的错无效的错误折叠误折叠正确折叠正确折叠释放伴侣分释放伴侣分子并折叠子并折叠被降解被降解识别并结合识别并结合分子伴侣分子伴侣由于许多蛋白质的高级结构的形成需要分子由于许多蛋白质的高级结构的形成需要分子伴侣，所以其生物学功能广泛。

伴侣，所以其生物学功能广泛a. α-crystallin眼睛晶状体的主要结构蛋白，与其它晶状体眼睛晶状体的主要结构蛋白，与其它晶状体蛋白结合以防止它们老化和沉淀，保持晶状体澄蛋白结合以防止它们老化和沉淀，保持晶状体澄清和必要的折光度清和必要的折光度b. Hsp60. Hsp70帮助蛋白质进入线粒体帮助蛋白质进入线粒体c. Sec B           E.coli中维持新生肽的疏松状态使其可以穿过质中维持新生肽的疏松状态使其可以穿过质膜而运输膜而运输d. Pap D           位于细菌间质中，与位于细菌间质中，与P鞭毛蛋白亚基结合防止它鞭毛蛋白亚基结合防止它们在周质中聚合，从而促进正确组装们在周质中聚合，从而促进正确组装P鞭毛e. Rb.            视网膜母细胞瘤抑制基因是某些转录因子的分视网膜母细胞瘤抑制基因是某些转录因子的分子伴侣 l疯牛病、老年性痴呆症、囊性纤维疯牛病、老年性痴呆症、囊性纤维病变、家族性高胆固醇症、家族性病变、家族性高胆固醇症、家族性淀粉样蛋白症、某些肿瘤、白内障淀粉样蛋白症、某些肿瘤、白内障等等都是等等都是“折叠病折叠病” Prion蛋白质合成的原料：蛋白质合成的原料：蛋白质氨基酸蛋白质氨基酸第二十一种蛋白质氨基酸：第二十一种蛋白质氨基酸：硒代半胱氨酸硒代半胱氨酸Selenocysteine（（Sec ）Several enzymes (for example, glutathione peroxidase谷胱甘肽过氧化酶谷胱甘肽过氧化酶(GSHPx) , tetraikiodothyronine 5' deiodinase and formate dehydrogenase) contain the unusual amino acid由由UGA编编码码Sec，，在动物在动物(猫、猫、牛和鼠等牛和鼠等) 和大肠杆和大肠杆菌中发现菌中发现  甲状腺激素甲状腺激素l甲状腺分泌甲状腺激素，甲状腺分泌甲状腺激素，调控体内各种化学反应的调控体内各种化学反应的速度（代谢速率）。

甲状速度（代谢速率）甲状腺通过两种方式影响机体腺通过两种方式影响机体代谢率：刺激几乎所有组代谢率：刺激几乎所有组织合成蛋白质；增加细胞织合成蛋白质；增加细胞耗氧量，细胞负担加重，耗氧量，细胞负担加重，器官代谢加快器官代谢加快大脖子病大脖子病甲亢重庆男子患甲亢重庆男子患甲亢 手脚现异常手脚现异常 l双手双脚离奇肿胀，超过常人的三倍，且皮肤表面皱皱巴巴的像熟透的“柑橘皮”昨日，经新桥医院内分泌科诊断，铜梁县永清乡的杨斌（化名）因患甲亢，引发十分罕见的并发症，导致手脚如同“熊掌”l甲状腺激素存在方式甲状腺激素存在方式有两种：一种是甲状有两种：一种是甲状腺素（腺素（T4），在甲状），在甲状腺内产生，存在时间腺内产生，存在时间短，对机体代谢率影短，对机体代谢率影响响 较小T4在肝脏在肝脏及其他脏器转化为有及其他脏器转化为有代谢活性的另一种形代谢活性的另一种形式甲状腺激素，叫三式甲状腺激素，叫三碘甲状腺原氨酸碘甲状腺原氨酸（（T3）约80％有活％有活性的激素在性的激素在T4的转化的转化过程中产生，剩余过程中产生，剩余 20％由甲状腺自身产生％由甲状腺自身产生 T4的脱碘反应是由脱碘酶的催化的脱碘反应是由脱碘酶的催化完成完成 lI型脱碘酶型脱碘酶的的cDNA序序列和蛋白一列和蛋白一级结构级结构 三种脱碘酶都是含硒酶三种脱碘酶都是含硒酶 脱碘机理脱碘机理第二十二种蛋白质氨基酸：第二十二种蛋白质氨基酸：l甲烷菌分解甲氨甲烷菌分解甲氨(CH3NH2)，而产生甲烷，而产生甲烷 。

lOctober 16, 2002lIdentification of the 22nd genetically-encoded amino acid in a methanogen methyltransferaselG. Srinivasan, T.K. Ferguson, C.M. James, B. Hao, W. Gong, J. Krzycki, and M. ChanOhio State University, Columbus, Ohio 甲胺甲基转移酶甲胺甲基转移酶lProteins have long been known to be composed of only 20 building blocks, called amino acids. But about 25 years ago, scientists discovered an additional, 21st amino acid, called selenocysteine. Now, two groups of researchers led by biochemist Michael Chan and microbiologist Joseph Krzycki, both of The Ohio State University in Columbus, have identified the 22nd amino acid in an enzyme, called methyltransferase, which breaks down methylamine (CH3NH2) in methane(CH4)-producing microbes called methanogens, leading to the production of methane. The scientists call this new amino acid pyrrolysine. 吡咯赖氨酸：吡咯赖氨酸：Pyl  密码子为密码子为UAG l吡咯赖氨酸在产甲烷菌的甲胺甲基转移酶中发吡咯赖氨酸在产甲烷菌的甲胺甲基转移酶中发现现,是目前已知的第是目前已知的第22种参与蛋白质生物合成的种参与蛋白质生物合成的氨基酸氨基酸,与标准氨基酸不同的是与标准氨基酸不同的是,它由终止密码它由终止密码子子UAG的有义编码形成的有义编码形成.与之对应的在产甲烷与之对应的在产甲烷菌中也含有特异的吡咯赖氨酰菌中也含有特异的吡咯赖氨酰-tRNA合成酶合成酶(PylRS)和吡咯赖氨酸和吡咯赖氨酸tRNA(tRNAPPy1).tRNAPy1具有不同于经典具有不同于经典tRNA的特殊结构的特殊结构.产甲烷菌通过直接途径和间产甲烷菌通过直接途径和间接途径这两种途径生成吡咯赖氨酰接途径这两种途径生成吡咯赖氨酰-tRNAPy1(Pyl-tRNAPy1),它还可能通过它还可能通过mRNA上的特殊结构以及其他还未发现的机制上的特殊结构以及其他还未发现的机制,控制控制UAG编码成为终止密码子或者吡咯赖氨酸。

编码成为终止密码子或者吡咯赖氨酸相关基因相关基因lpylT：编码了一特殊的：编码了一特殊的tRNACUA pylS：编码一种合成酶：编码一种合成酶(LysRS) ，能将赖氨酸结合到，能将赖氨酸结合到             tRNACUA 上形成赖氨酸氨酰上形成赖氨酸氨酰-tRNACUA pylB 和和pylC：赖氨酸氨酰：赖氨酸氨酰- tRNACUA 被修饰为吡咯赖被修饰为吡咯赖                          氨酸氨酰氨酸氨酰- tRNACUA l翻译时吡咯赖氨酸氨酰翻译时吡咯赖氨酸氨酰-tRNACUA 携带的吡咯赖氨酸被结携带的吡咯赖氨酸被结合到蛋白质链过程中并没有显示本应出现的终止翻译合到蛋白质链过程中并没有显示本应出现的终止翻译的（的（UAG）作用 l1. Hao, B., W. Gong, T. Ferguson, C. James, J. Krzycki, and M. Chan.   “A New UAG-Encoded Residue in the Structure of a Methanogen Methyltransferase”,  Science, 2002, 296, 1462-1466. l2. Srinivasan, G., C. James, and J. Krzycki “Pyrrolysine Encoded by UAG in Archaea: Charging of a UAG-Decoding Specialized tRNA”, lScience, 2002, 1459-1462.还可不可能产生还可不可能产生新的蛋白质氨基酸？新的蛋白质氨基酸？l需要哪些条件？需要哪些条件？l                 氨酰－氨酰－tRNA合成酶合成酶,Mg2+ l     AA+ tRNA+ATP======氨酰氨酰-tRNA+AMP+PPitRNAGlnGln-tRNA synthetaseAmino acidarmAnticodonarmATPCrystalstructure ofGln-tRNAsynthetasecomplexed with its cognate tRNA会产生更多的蛋白质氨基酸吗？会产生更多的蛋白质氨基酸吗？l对细胞或生物有哪些影响？对细胞或生物有哪些影响？有哪些用途？有哪些用途？l美国斯克里普斯研究所和加利福尼美国斯克里普斯研究所和加利福尼亚伯克利分校的研究小组通过改变亚伯克利分校的研究小组通过改变大肠杆菌的基因，使大肠杆菌能够大肠杆菌的基因，使大肠杆菌能够产生一种叫做产生一种叫做“对氨苯丙氨酸对氨苯丙氨酸”的的新型氨基酸新型氨基酸。

（（三三））真真核核生生物物蛋蛋白白质质的的定定向向输输送送运往线粒体中的蛋白质运往线粒体中的蛋白质（四）蛋白质降解的调节：（四）蛋白质降解的调节：        泛肽－蛋白酶系统泛肽－蛋白酶系统 l细胞周期蛋白的细胞周期蛋白的消失消失Proteins differ markedly in their half lives and are targeted for destructionlDamaged proteins are usually quickly removed by controlled degradation;lEnzymes important in metabolic regulation usually have short lives;lProteins are degraded by ATP-dependent cytosolic systems in all cells;lUbiquitin, a extremely well conserved 76-residue protein, tags proteins for destruction in eukaryotic cells by the action of three enzymes (E1, E2 and E3); l2004年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖 得主得主l1.哺乳动物泛肽的结构与特征哺乳动物泛肽的结构与特征MQIVFKTLTGKTITLEPSDTIENVKAKIQDKEGIPPDRLIFAGKQLEDGRTL          SDYNIQKESTLHLVIRLRGG 2. 泛泛素素－－蛋蛋白白酶酶作作用用过过程程l1)在在ATP存在下，泛素活化酶存在下，泛素活化酶(ubiquitin-activating enzyme)E1催化泛素羧基末端腺苷酸催化泛素羧基末端腺苷酸化，然后这个活化的泛素以羧基端的甘氨酸化，然后这个活化的泛素以羧基端的甘氨酸(G)与与E1上的一个半胱氨酸之间形成硫酯键，上的一个半胱氨酸之间形成硫酯键，这是一个高能键。

这是一个高能键2)在在E1和泛素偶联酶和泛素偶联酶(ubiquitin-confugating enzyme)EZS家族之一的家族之一的催化下，将泛素仍以硫酯键连接于催化下，将泛素仍以硫酯键连接于E2上，接着，上，接着，在在E2和泛素－蛋白连接酶和泛素－蛋白连接酶(ubiquitin-protein ligase)E3的催化下，泛素从的催化下，泛素从E2转移到降解的蛋转移到降解的蛋白质的赖氨酸上形成酰胺键这种泛素与蛋白白质的赖氨酸上形成酰胺键这种泛素与蛋白质的复合物是一个蛋白酶复合体的作用目标，质的复合物是一个蛋白酶复合体的作用目标，这个蛋白酶复合体由多条肽链组成，降解泛素这个蛋白酶复合体由多条肽链组成，降解泛素－蛋白酶复合物为多肽，降解过程可能需要－蛋白酶复合物为多肽，降解过程可能需要ATP供能，最后由泛素水解酶水解时放出游离供能，最后由泛素水解酶水解时放出游离的泛素再参加下一次循环的泛素再参加下一次循环 第二节第二节 酶的活性调节酶的活性调节 一、变构效应的调节一、变构效应的调节（一）变构酶的特性与结构（一）变构酶的特性与结构变构酶特点：变构酶特点：a. 有多个亚基有多个亚基b. 有四级结构有四级结构c. 除除了了有有可可以以与与底底物物结结合合的的活活性性中中心心外外，，还还有有可可以结合调节物的别构中心以结合调节物的别构中心d.  酶促反应动力学不遵循米氏方程酶促反应动力学不遵循米氏方程（三）变构酶调节催化活性的机理（三）变构酶调节催化活性的机理(略略)（四）变构酶举例：（四）变构酶举例：la. 大肠杆菌天冬氨酸转氨甲酰酶－大肠杆菌天冬氨酸转氨甲酰酶－ATCase.l6个调节亚基个调节亚基R，上面有结合，上面有结合ATP和和CTP部位；部位；6个催化亚基个催化亚基C，具催化活性。

具催化活性lATP激活剂，激活剂，CTP抑制剂lCatalytic trimers are green.    Regulatory dimers are red. （二）变构酶的酶促反应动力学（二）变构酶的酶促反应动力学根根据据结结合合调调节节物物后后构构象象的的变变化化对对酶酶与与底底物物结结合合的的影响，分为正协调效应与负协调效应影响，分为正协调效应与负协调效应a. 非调节酶非调节酶b. 正协同别构酶：在中等或较低底物浓度下，底正协同别构酶：在中等或较低底物浓度下，底物浓度发生较小的变化引起酶促反应速度有较物浓度发生较小的变化引起酶促反应速度有较大的变化，可以灵敏的调节酶促反应速度大的变化，可以灵敏的调节酶促反应速度c. 负协同别构酶：在很宽的底物浓度范围内，酶负协同别构酶：在很宽的底物浓度范围内，酶促反应速度变化不明显，即对底物浓度变化不促反应速度变化不明显，即对底物浓度变化不敏感b. 3b. 3－磷酸甘油醛脱氢酶：负协同效应别构酶代表－磷酸甘油醛脱氢酶：负协同效应别构酶代表－磷酸甘油醛脱氢酶：负协同效应别构酶代表－磷酸甘油醛脱氢酶：负协同效应别构酶代表l此此酶酶具具有有四四个个亚亚基基，，可可以以和和四四个个NAD＋＋结结合合，，但但结结合合常常数数不不同同。

酶酶结结合合NAD＋＋后后，，发发生生构构象象变变化化NAD＋＋和和酶酶结结合合的的解解离离常常数数很很小小，，因因此此虽虽然然底底物物NAD＋＋浓浓度度很很低低，，也也能能顺顺利利地地和和酶酶结结合合但但是是当当NAD＋＋浓浓度度升升高高时时，，酶酶结结合合了了两两个个NAD＋＋之之后后，，再再结结合合第第三三、、第第四四个个NAD＋＋就就不不那那么么容容易易也也就就是是说说这这时时候候再再要要提提高高酶酶反反应应速速度度是是较较难难的的，，需需要要浓浓度度大大大大提提高高才才行行在在一一定定的的底底物物浓浓度度范范围围内内，，底底物物浓浓度度变变化化不不足足以以影影响响酶酶反反应应速速度度这这就就是是负负协协同同别别构构酶酶对对底底物物浓度变化的不敏感性浓度变化的不敏感性D-glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenaseD-glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (holo form) (E.C.1.2.1.12) complexed with NAD (red) (holo form) (E.C.1.2.1.12) complexed with NAD (red)3-磷酸甘油醛脱氢酶与磷酸甘油醛脱氢酶与NAD＋＋结合的结合的解离常数解离常数(平衡透析测定平衡透析测定)       解离常数解离常数(mol/L)         虾肌虾肌       兔肌兔肌                   K1                         <5×10-9      <10-10                   K2                         <5×10-9       <10-9                   K3                          6×10-7        3×10-7                   K4                        1.3×10-6   2.6×10-6 在在有有机机体体中中有有许许多多需需要要NAD＋＋的的代代谢谢途途径径，，NAD+参参与与许许多多的的反反应应，，其其浓浓度度波波动动大大。

糖糖酵酵解解是是生生物物体体内内重重要要的的代代谢谢过过程程，，速速度度要要求求相相对对稳稳定定，，在在供供氧氧不不足足的的情情况况下下，，它它仍仍需需以以一一定定的的速速度度稳稳定定的的进进行行反反应应因因为为3-磷磷酸酸甘甘油油醛醛脱脱氢氢酶酶为为此此过过程程的的负负协协同同别别构构酶酶，， 对对底底物物NAD＋＋浓浓度度变变化化不不敏敏感感，，所所以以当当NAD＋＋浓浓度度很很低低(缺缺氧氧情情况况下下)，，其其它它需需要要NAD＋＋的的代代谢谢反反应应都都随随之之减减缓缓时时，，酵酵解解过过程程仍仍然然能能以以一一定定的的速速度度顺顺利利的的进进行行由由此此可可以以看看到到负负协同效应别构酶的重要生理功能协同效应别构酶的重要生理功能二、同功酶的调节二、同功酶的调节（一）同功酶的定义及形成（一）同功酶的定义及形成        同同功功酶酶(isoenzyme)是是能能催催化化相相同同的的化化学学反反应应，，但但其其酶酶蛋蛋白白本本身身的的分分子子结结构构、、理理化化作作用用不不完完全全相相同同的的一一组组酶酶它它们们普普遍遍存存在在于于动动植植物物和和微微生生物物中中，，至至今今已已发发现现了了数数百百种种之之多多，，同同功功酶酶可可存存在在于于生生物物的的同同一一种种属属或或同同一一个个体体的的不不同同组组织织，，甚甚至至同同一一组组织织、、同同一细胞中。

一细胞中        初初级级同同功功酶酶：： 酶酶蛋蛋白白由由不不同同的的基基因因编编码码而而产产生        次次级级同同功功酶酶：：由由一一个个酶酶蛋蛋白白的的基基因因在在表表达达过过程程中经过不同的加工和修饰所产生中经过不同的加工和修饰所产生（二）意义：（二）意义：1.  生物不同部位的生理状况生物不同部位的生理状况2.  在发育过程中，适应不同的发育阶段在发育过程中，适应不同的发育阶段3.  分枝代谢的调节分枝代谢的调节 三、酶分子的共价修饰三、酶分子的共价修饰l在某种酶的催化下，某一基因在某种酶的催化下，某一基因(磷酰基或腺苷酰基磷酰基或腺苷酰基)以共价键与以共价键与酶分子相连，使酶活性发生改变酶分子相连，使酶活性发生改变 主要指蛋白质的磷酸化与脱磷酸主要指蛋白质的磷酸化与脱磷酸化化 蛋白质的共价修饰蛋白质的共价修饰 乙酰化：乙酰化：N末端的末端的 －氨基和赖氨酸的－氨基和赖氨酸的ε－氨基－氨基甲基化：甲基化： －氨基、－氨基、ε－氨基：精氨酸的胍基以－氨基：精氨酸的胍基以                及及C末端的末端的 －羧基和侧链羧基上－羧基和侧链羧基上  磷酸化：丝氨酸、苏氨酸、磷酸化：丝氨酸、苏氨酸、 酪氨酸的羟基上酪氨酸的羟基上泛素化：泛素化： －氨基和－氨基和ε－氨基上－氨基上糖基化：糖基化： N－糖苷链连接于天门冬酰胺的酰胺－糖苷链连接于天门冬酰胺的酰胺                  基上基上                          O－糖苷键：丝氨酸、苏氨酸、羟赖－糖苷键：丝氨酸、苏氨酸、羟赖                  氨酸、羟脯氨酸的羟基上氨酸、羟脯氨酸的羟基上                 S－糖苷键：半胱氨酸的巯基－糖苷键：半胱氨酸的巯基（一）概念及特性（一）概念及特性l蛋蛋白白质质的的磷磷酸酸化化与与脱脱磷磷酸酸化化过过程程是是生生物物体体内内存存在在的的一一种种普普遍遍的的调调节节方方式式，，几几乎乎涉涉及及所所有有的的生生理理及及病病理理过过程程，，如如糖糖代代谢谢、、光光合合作作用用、、细细胞胞的的生生长长发发育育、、基基因因表表达达、、神神经经递递质质的的合合成成与与释释放放、、甚甚至至细细胞胞的的病病变变，，在在细细胞胞的的信信号号传递过程中有着极其重要的作用。

传递过程中有着极其重要的作用l蛋白质的磷酸化是指由蛋白激酶催化的把蛋白质的磷酸化是指由蛋白激酶催化的把ATP或或GTP的的γ位的磷酸基团转移到底物蛋位的磷酸基团转移到底物蛋白质氨基酸残基上的过程，其逆反应由蛋白白质氨基酸残基上的过程，其逆反应由蛋白磷酸酶催化，称为脱磷酸化磷酸酶催化，称为脱磷酸化 特特 性：性：lATP在在大大多多情情况况下下是是磷磷酸酸基基团团的的供供体体蛋蛋白白质质中中被被磷磷酸酸化化的的氨氨基基酸酸残残基基主主要要是是Ser或或Thr，，有有些些蛋蛋白白激激酶酶可可磷磷酸酸化化酪酪氨氨酸酸被被磷磷酸酸化化的的氨氨基基酸酸残残基基可可以以有多个l多多数数蛋蛋白白激激酶酶表表现现出出一一定定的的底底物物特特异异性性，，但但很很少少有有绝绝对对特特异异性性一一种种蛋蛋白白质质可可作作为为几几种种蛋蛋白白激激酶酶的的底底物物和和一一种种蛋蛋白白激激酶酶有有多多种种底底物物的的情情况况是是很很常常见见但但一一般般情情况况下下各各类类蛋蛋白白激激酶酶都都有有它它们们的适宜的底物的适宜的底物Glucose (red), AMP (dark blue, allosteric activator), pyridoxal phosphate (PLP, B6 derivative, light blue), and ser14 (yellow)Glycogen phosphorylasel底底物物蛋蛋白白质质被被磷磷酸酸化化的的氨氨基基酸酸残残基基附附近近的的氨氨基基酸酸组组成成和和顺顺序序常常常常构构成成被被蛋蛋白白激激酶酶辨辨认认的的特特殊殊区区域域。

例例如如依依赖赖cAMP的的蛋蛋白白激激酶酶(PKA)需需要要底底物物被被磷磷酸酸化化的的丝丝氨氨酸酸或或苏苏酸酸残残基基附附近近(N－－端端方方向向)由由碱碱性性氨氨基基酸酸即即Arg 或或 Lys 残残基基，，如如－－Arg-Arg-X-Ser/Thr-x 这这样样的的顺顺序序，，其其中中X可可以以是是任任何何氨氨基基酸酸残残基基在在丝丝氨氨酸酸/苏苏氨氨酸酸类类型型的的蛋蛋白白激激酶酶中中，，由由第第二二信信使使调调节节的的蛋蛋白白激激酶酶都都需需要要底底物物具具有有类类似似的的结结构构，，而而这这类类蛋蛋白白激激酶酶中中非非信信息息依依赖赖性性的的酪酪蛋蛋白白激激酶酶则则需需要要底底物物被被磷磷酸酸化化的的氨氨基基酸酸残残基基C端端附附近近要要有有酸酸性性氨氨基基酸酸残残基基，，即即具具有有类类似似－－X-X-Ser/Thr-X-Glu- 的的结结构构顺顺序序酪酪氨氨酸酸型型的的蛋蛋白白激激酶酶有有时时需需要要被被磷磷酸酸化化氨氨基基酸酸残残基基附附近近要要有有酸酸性性氨氨基基酸酸，，但但是是不不是是所所有有这这类类蛋蛋白白激激酶酶都都需需要要这这样样的的底物结构尚不清楚底物结构尚不清楚。

（四）蛋白质磷酸化的意义（四）蛋白质磷酸化的意义l1．催化蛋白质磷酸化的蛋白激酶的活性催化蛋白质磷酸化的蛋白激酶的活性受胞内信使受胞内信使cAMP，， Ca2+，，DG等的调控，等的调控，也即其活性主要受胞外信号的间接调节，也即其活性主要受胞外信号的间接调节，是细胞对外界的信号作出反应，所引起是细胞对外界的信号作出反应，所引起的细胞效应，许多是持久的，如细胞的的细胞效应，许多是持久的，如细胞的分裂分化等过程分裂分化等过程2．调节细胞内已存在的酶的．调节细胞内已存在的酶的“活性酶量活性酶量”与酶的重新合成与分解相比，这种方式是细胞对与酶的重新合成与分解相比，这种方式是细胞对外界刺激作出迅速反应外界刺激作出迅速反应肌肉中，糖原磷酸化酶肌肉中，糖原磷酸化酶 糖元糖元            G-1-P糖元利用的第一步，也是糖元降解利用的主要调糖元利用的第一步，也是糖元降解利用的主要调节机制动物体内，两种状态动物体内，两种状态a. (四聚体，激活四聚体，激活)                                    b. (二聚体，失活二聚体，失活)l3．对外界信号具有级联放大作用。

对外界信号具有级联放大作用          胰高血糖素升高血糖的机理胰高血糖素升高血糖的机理l4．蛋白质磷酸化与脱磷酸化几乎涉及所有的蛋白质磷酸化与脱磷酸化几乎涉及所有的生理过程，功能上具有多样性除了其主要功生理过程，功能上具有多样性除了其主要功能之一调节酶的活性以外，从磷蛋白在胚胎发能之一调节酶的活性以外，从磷蛋白在胚胎发育中的营养作用到细胞的生长发育、分裂分化育中的营养作用到细胞的生长发育、分裂分化调控、基因表达甚至癌变，都有这一过程的参调控、基因表达甚至癌变，都有这一过程的参与调节的对象，可以是酶类、功能蛋白、结与调节的对象，可以是酶类、功能蛋白、结构蛋白、各种受体等最近人们还发现一种非构蛋白、各种受体等最近人们还发现一种非常有趣的现象，在某种情况下，已知具有一定常有趣的现象，在某种情况下，已知具有一定生理功能的某些蛋白质可被磷酸化，但磷酸化生理功能的某些蛋白质可被磷酸化，但磷酸化的结果对其功能并没什么明显影响，这种情况的结果对其功能并没什么明显影响，这种情况被称为被称为“哑态哑态”磷酸化，后来发现，这些被磷磷酸化，后来发现，这些被磷酸化的蛋白质常常是蛋白水解酶的酸化的蛋白质常常是蛋白水解酶的“靶子靶子”而而被降解。

因此磷酸化作用还可能参与活性分子被降解因此磷酸化作用还可能参与活性分子的的“灭活灭活”而作为某些生理过程的调节方式而作为某些生理过程的调节方式5．蛋白激酶的自身磷酸化．蛋白激酶的自身磷酸化(autophosphorylation)l几乎所有的蛋白激酶都可以进行自几乎所有的蛋白激酶都可以进行自身的磷酸化作用，即某种蛋白激酶身的磷酸化作用，即某种蛋白激酶可以利用它自身作为底物这种作可以利用它自身作为底物这种作用可以发生在酶分子之间，两个酶用可以发生在酶分子之间，两个酶分子之间可以相互磷酸化；也可发分子之间可以相互磷酸化；也可发生在分子的内部，即一个酶分子的生在分子的内部，即一个酶分子的催化部位可磷酸化同一分子的其它催化部位可磷酸化同一分子的其它部位l最近几年研究证明：自身磷酸化是蛋白激最近几年研究证明：自身磷酸化是蛋白激酶调节其活性的重要方式例如，磷酸化酶调节其活性的重要方式例如，磷酸化酶激酶自身磷酸化后其基础活性增高；依酶激酶自身磷酸化后其基础活性增高；依赖赖cAMP的蛋白激酶的蛋白激酶(Ⅱ型型)的自身磷酸化可的自身磷酸化可以影响其调节亚基与以影响其调节亚基与cAMP的结合与解离；的结合与解离；胰岛素受体具有蛋白激酶的功能，自身被胰岛素受体具有蛋白激酶的功能，自身被磷酸化后其活性不再依赖胰岛素。

虽然对磷酸化后其活性不再依赖胰岛素虽然对于这些自身磷酸化所引起的蛋白激酶特性于这些自身磷酸化所引起的蛋白激酶特性的变化的具体调节机制和生理功能在多数的变化的具体调节机制和生理功能在多数情况下还不很清楚，但无疑这一特性为蛋情况下还不很清楚，但无疑这一特性为蛋白激酶所参与众多的生理过程提供了一种白激酶所参与众多的生理过程提供了一种特殊而有效的自我调节方式特殊而有效的自我调节方式蛋白质组研究简介蛋白质组研究简介l基因组基因组(Genome)：：l是指一个细胞或病毒所包含的全部是指一个细胞或病毒所包含的全部基因l是基因组计划的工作对象是基因组计划的工作对象一、蛋白质组学的定义及研究内容一、蛋白质组学的定义及研究内容 l蛋白质组蛋白质组(Proteome)一词最早由澳大利亚学者一词最早由澳大利亚学者 Wilkins等于等于1994年提出，指的是由一个基因组年提出，指的是由一个基因组geneome或一个细胞、组织表达的所有或一个细胞、组织表达的所有proteinl蛋白质组学蛋白质组学(proteomics)(proteomics)是研究在特定时间或环是研究在特定时间或环境下某个细胞或某种组织的基因组表达的全部蛋境下某个细胞或某种组织的基因组表达的全部蛋白质。

白质l蛋白质组学的真正含义在于蛋白质组学的真正含义在于: : 它不是按照传统的方式孤立地研它不是按照传统的方式孤立地研究某种蛋白质分子的功能究某种蛋白质分子的功能, ,而是应用各而是应用各种蛋白质组学技术研究某种蛋白质在复种蛋白质组学技术研究某种蛋白质在复杂的细胞环境中的功能蛋白质组学旨杂的细胞环境中的功能蛋白质组学旨在列出全部蛋白质的细目在列出全部蛋白质的细目, ,弄清每一个弄清每一个蛋白质的结构和功能及蛋白质群体内的蛋白质的结构和功能及蛋白质群体内的相互作用相互作用, ,对比在疾病和健康状态下它对比在疾病和健康状态下它们的表达水平的变化们的表达水平的变化                与以往的经典蛋白质化学研与以往的经典蛋白质化学研究相比，蛋白质组的研究对象不究相比，蛋白质组的研究对象不再是单一或少数蛋白质，而是着再是单一或少数蛋白质，而是着眼于全面性和整体性，需要研究眼于全面性和整体性，需要研究体系内所有蛋白质组分的物理、体系内所有蛋白质组分的物理、化学、生物学性质与功能，最终化学、生物学性质与功能，最终获得每个蛋白质组分的性质功能、获得每个蛋白质组分的性质功能、 表达变化及翻译后加工的大规模表达变化及翻译后加工的大规模信息。

信息蛋白质组与基因组的关系蛋白质组与基因组的关系 l蛋白质有自身特有的活动规律，如蛋白质有自身特有的活动规律，如动态修饰、加工、转运定位、结构动态修饰、加工、转运定位、结构形成、代谢等，均无法从基因组水形成、代谢等，均无法从基因组水平上的研究获知蛋白质构象病更平上的研究获知蛋白质构象病更难于只靠难于只靠DNA序列来解释序列来解释lＤＮＡ序列所提供的信息仅仅是一种ＤＮＡ序列所提供的信息仅仅是一种静止的资源，而细胞的生命活动是通静止的资源，而细胞的生命活动是通过各种蛋白质来实现的一种动态过程过各种蛋白质来实现的一种动态过程一个机体内所有不同的细胞都共享同一个机体内所有不同的细胞都共享同一基因组，然而同一个机体的不同细一基因组，然而同一个机体的不同细胞和不同组织却有不同的蛋白质组，胞和不同组织却有不同的蛋白质组，而且机体在不同发育阶段，直至最后而且机体在不同发育阶段，直至最后消亡的全过程中蛋白质组也在不断变消亡的全过程中蛋白质组也在不断变化因而蛋白质组要比基因组复杂得化因而蛋白质组要比基因组复杂得多 l正如正如Raj Parekh 所说的那样：所说的那样：          “在一个细胞里，基因组能在一个细胞里，基因组能告诉我们理论上有哪些蛋白质会告诉我们理论上有哪些蛋白质会被表达，被表达，mRNA 能告诉我们哪些能告诉我们哪些蛋白质可能被表达，而蛋白质组蛋白质可能被表达，而蛋白质组却告诉我们蛋白质表达的时间、却告诉我们蛋白质表达的时间、地点、种类和数量。

地点、种类和数量二、蛋白质组学的研究内容二、蛋白质组学的研究内容1. 细细胞胞或或组组织织内内蛋蛋白白质质的的表表达达模模式式及及修修饰饰（（表表达蛋白质组学）；达蛋白质组学）；2. 蛋白质的序列和高级结构（结构蛋白质组学）；蛋白质的序列和高级结构（结构蛋白质组学）；3. 蛋蛋白白质质的的胞胞内内分分布布及及移移位位（（细细胞胞图图谱谱蛋蛋白白质质组学；组学；4. 蛋蛋白白质质的的功功能能模模式式（（功功能能蛋蛋白白质质组组学学））：：蛋蛋白质与蛋白质及其与其他分子的相互作用；白质与蛋白质及其与其他分子的相互作用； 三、蛋白质组学研究的程序蛋白质组学研究的程序生物学问题生物学问题的提出的提出实验模型实验模型的设计的设计实验组和对照组实验组和对照组样品的制备样品的制备蛋白样品的蛋白样品的IEF和和PAGE电泳分离电泳分离图像扫描和初步分析图像扫描和初步分析感兴趣感兴趣蛋白点蛋白点的切取的切取胰酶对脱色后蛋白质的消化胰酶对脱色后蛋白质的消化质谱的多肽指纹图、微测序分析质谱的多肽指纹图、微测序分析质谱结果的生物信息学分析和比对质谱结果的生物信息学分析和比对新蛋白质的发现新蛋白质的发现其它实验其它实验的进一步的进一步验证验证蛋白信息的蛋白信息的初步获得初步获得 蛋白质组学研究的程序蛋白质组学研究的程序l蛋白质组研究的核心蛋白质组研究的核心──用于分用于分离的双向电泳离的双向电泳(2 -DE) +–pH 3pH 7.5pH 10+–pH 3pH 7.5pH 10+–pH 3pH 7.5pH 10+–pH 3pH 7.5pH 10第一向：等电聚焦第一向：等电聚焦+–pH 3pH 7.5pH10–pH 3pH 7.5pH10chargesize第二向：第二向：SDS-PAGE电泳电泳Proteins migrate through the gel at a rate proportional to their size.Smallest proteins travel the furthest distanceMore Data with Narrow Range IEFpH 3-10pH 3- 6pH 5- 8pH 7-10IPG EffectiveStrip pH OverlappingLength RangeGel Area24 cm 3-10 56 cm18 cm 3-10 44 cm17 cm 3-10 40 cm11 cm 3-10 26 cm 7 cm 3-10 16 cm        蛋白质组研究的发展以双向电泳蛋白质组研究的发展以双向电泳技术作为核心。

双向电泳原理简明技术作为核心双向电泳原理简明, ,第一向进行等电聚焦第一向进行等电聚焦, ,蛋白质沿蛋白质沿pHpH梯梯度分离至各自的等电点度分离至各自的等电点, ,随后随后, ,再沿垂再沿垂直的方向进行分子量的分离直的方向进行分子量的分离. . 目前目前, ,随着技术的飞速发展随着技术的飞速发展, ,已能分离出已能分离出1000010000个斑点个斑点(spot)(spot)l蛋白质组技术的支柱蛋白质组技术的支柱——鉴定技术鉴定技术(Identication)蛋白质组技术的支柱蛋白质组技术的支柱——鉴定技术鉴定技术1.考马斯亮蓝染色和银染考马斯亮蓝染色和银染2. 微量测序微量测序3. 质谱技术质谱技术适用于质谱的染色方法适用于质谱的染色方法（公司产品）（公司产品）•考马斯亮兰（考马斯亮兰（Bio-Safe™ Coomassie™ colloidal 250 stain）） •银染（银染（Silver Stain Plus™ stain））•荧光染色（荧光染色（SYPRO® Ruby protein gel stain））v Staining TrayOptimizing Staining Efficiency v Shaking Rackv Solution Boxv Lid with MotorIdeal shaking motion for optimal staining efficiency (patent pending)蛋白质组技术的支柱蛋白质组技术的支柱——鉴定技术鉴定技术2. 微量测序微量测序3. 质谱技术质谱技术2D 電泳電泳 →  Mass 及序列分析及序列分析 l蛋白质组研究的依靠蛋白质组研究的依靠——计算机计算机及数据库数据库及数据库数据库(database) l生物信息学生物信息学l蛋白质组数据库是蛋白质组研究水蛋白质组数据库是蛋白质组研究水平的标志和基础。

瑞士的平的标志和基础瑞士的SWISS-PROT 拥有目前世界上最大，种类拥有目前世界上最大，种类最多的蛋白质组数据库最多的蛋白质组数据库四、蛋白质组学研究的应用四、蛋白质组学研究的应用　　原核及简单真核生物的蛋白质组研究原核及简单真核生物的蛋白质组研究　 •   流感嗜血杆菌的蛋白质组研究流感嗜血杆菌的蛋白质组研究 •   大肠杆菌的蛋白质组研究　大肠杆菌的蛋白质组研究　 •   致病微生物的蛋白质组研究致病微生物的蛋白质组研究•   酿酒酵母的蛋白质组研究酿酒酵母的蛋白质组研究 　流感嗜血杆菌的蛋白质组研究流感嗜血杆菌的蛋白质组研究　　　　 流感嗜血杆菌流感嗜血杆菌(Hae mophilus influenzae)(Hae mophilus influenzae)是第一个获得是第一个获得基因组全序列的生物基因组全序列的生物. .瑞士的一个小组通过瑞士的一个小组通过2-DPAGE2-DPAGE研究了流感研究了流感嗜血杆菌的蛋白质组分嗜血杆菌的蛋白质组分, ,在ｐＨ在ｐＨ3-103-10的范围内鉴定了约的范围内鉴定了约300300个蛋个蛋白质组分白质组分, ,然后用有两个尿素浓度的麦黄酮然后用有两个尿素浓度的麦黄酮(tricine)(tricine)胶分离了胶分离了很难分离到的很难分离到的5-20ku5-20ku范围内的蛋白质范围内的蛋白质, ,还鉴定了其中的还鉴定了其中的8080种种. .另另外用肝素亲和层析将碱性蛋白质富集后外用肝素亲和层析将碱性蛋白质富集后, ,在ｐＨ在ｐＨ6-116-11的范围内的范围内又鉴定了又鉴定了102102个蛋白质个蛋白质, ,其中许多是核酸结合蛋白尤其是核糖体其中许多是核酸结合蛋白尤其是核糖体蛋白蛋白. .华盛顿大学的另一个小组将双向电泳得到的流感嗜血杆华盛顿大学的另一个小组将双向电泳得到的流感嗜血杆菌菌303303个蛋白质斑点进行质谱分析个蛋白质斑点进行质谱分析, ,确定了确定了263263个蛋白质个蛋白质, ,其中大其中大部分是外膜蛋白部分是外膜蛋白, ,以及与能量代谢和大分子合成相关的蛋白质以及与能量代谢和大分子合成相关的蛋白质. .另外发现了几种不能在基因组中找到对应序列的蛋白质另外发现了几种不能在基因组中找到对应序列的蛋白质. .令人令人惊奇的是惊奇的是, ,大约大约22%22%的被鉴定了的蛋白质表现出与预计不同的等的被鉴定了的蛋白质表现出与预计不同的等电点与分子质量电点与分子质量, ,显示它们可能经过了翻译后加工。

显示它们可能经过了翻译后加工大肠杆菌的蛋白质组研究　大肠杆菌的蛋白质组研究　　        大肠杆菌全部大肠杆菌全部40004000多个基因的ＤＮＡ序列已被测定多个基因的ＤＮＡ序列已被测定, ,人人们想到如果把双向电泳得到的蛋白质谱与基因组分析结果联们想到如果把双向电泳得到的蛋白质谱与基因组分析结果联合起来合起来, ,就会得到更多有用的信息就会得到更多有用的信息. .基于此想法基于此想法, ,建立蛋白质建立蛋白质 基因联合数据库基因联合数据库, ,希望籍此来回答以下几方面的问题希望籍此来回答以下几方面的问题: :ａａ 所所有编码基因的产物在双向图谱上的位置有编码基因的产物在双向图谱上的位置, ,ｂｂ 各种蛋白质的丰各种蛋白质的丰度度, ,ｃｃ 不同条件下各种蛋白质表达水平及合成速率的变化不同条件下各种蛋白质表达水平及合成速率的变化, ,ｄｄ 各种蛋白质在细胞内的定位各种蛋白质在细胞内的定位, ,ｅｅ 某些蛋白质翻译后修饰某些蛋白质翻译后修饰的方式及水平的方式及水平. .目前目前, ,大肠杆菌的联合数据库已更新到第六版大肠杆菌的联合数据库已更新到第六版, ,大约包括大约包括16001600个蛋白质斑点的数据个蛋白质斑点的数据, ,其中大约其中大约400400个蛋白质斑个蛋白质斑点已与大约点已与大约350350个基因相对应个基因相对应( (有些基因可能有多个蛋白质产有些基因可能有多个蛋白质产物物),),对于这些蛋白质对于这些蛋白质, ,这个数据库可以提供基因名称、蛋白这个数据库可以提供基因名称、蛋白质名称、质名称、EC EC 编号、功能范畴、编号、功能范畴、Swiss-protSwiss-prot数据库编号、Ｇ数据库编号、Ｇenbankenbank序列号、基因图谱的位置、染色体上的转录方向以及序列号、基因图谱的位置、染色体上的转录方向以及一些生理信息一些生理信息( (如在不同生长条件下该蛋白质在细胞内的丰如在不同生长条件下该蛋白质在细胞内的丰度度).).　　致病微生物的蛋白质组研究致病微生物的蛋白质组研究　　　　 蛋白质组的一个重要应用是在阐明新抗生素作用机理的研究上蛋白质组的一个重要应用是在阐明新抗生素作用机理的研究上. .当今当今, ,细菌对大多数抗生素都有了抗性细菌对大多数抗生素都有了抗性, ,寻找作用于细菌内新的靶子寻找作用于细菌内新的靶子的研究工作已经展开的研究工作已经展开, ,找到了许多有效的抗菌化合物找到了许多有效的抗菌化合物. .但目前遇到的但目前遇到的困难在于难以揭示新的化合物的作用靶子及其作用机理困难在于难以揭示新的化合物的作用靶子及其作用机理. .有时虽在有时虽在体外发现新化合物能够使某种蛋白质失活体外发现新化合物能够使某种蛋白质失活, ,但在体内是否有这种现但在体内是否有这种现象和这是否是抗菌的主要机制仍然未知象和这是否是抗菌的主要机制仍然未知, ,现在双向电泳分析提供了现在双向电泳分析提供了一个有效手段一个有效手段. .例如在研究抑制核糖体类抗生素对细菌的作用机制例如在研究抑制核糖体类抗生素对细菌的作用机制时时, ,对对1212种作用于翻译过程的不同阶段和核糖体内不同分子的抗生种作用于翻译过程的不同阶段和核糖体内不同分子的抗生素加以考察素加以考察, ,发现其中发现其中8 8种诱导冷休克反应的一系列蛋白质种诱导冷休克反应的一系列蛋白质, ,另另4 4种诱种诱导一系列热休克反应的蛋白质导一系列热休克反应的蛋白质, ,因此预计新的作用于核糖体的化合因此预计新的作用于核糖体的化合物也是诱导这两种反应物也是诱导这两种反应, ,并且籍此可以推测大肠杆菌对冷热的反应并且籍此可以推测大肠杆菌对冷热的反应发生于核糖体水平上发生于核糖体水平上. .蛋白质组研究的重要优势在于能够从整体水蛋白质组研究的重要优势在于能够从整体水平上分析不同条件下蛋白质谱的变化平上分析不同条件下蛋白质谱的变化. .例如作为一种差异显示技术例如作为一种差异显示技术, ,这一技术已被用于比较结核分枝杆菌与牛结核分枝杆菌蛋白的不同这一技术已被用于比较结核分枝杆菌与牛结核分枝杆菌蛋白的不同, ,结果发现一些在基因水平上很类似的蛋白在蛋白质水平上有很大差结果发现一些在基因水平上很类似的蛋白在蛋白质水平上有很大差别别, ,这可能部分解释近年来牛痘作为结核病疫苗会出现失败的现象。

这可能部分解释近年来牛痘作为结核病疫苗会出现失败的现象 酿酒酵母的蛋白质组研究酿酒酵母的蛋白质组研究　　　  利用双向电泳技术分析酵母蛋白谱的工作早于蛋利用双向电泳技术分析酵母蛋白谱的工作早于蛋白质组概念的提出白质组概念的提出. .酿酒酵母酿酒酵母(Saccharomyces (Saccharomyces cerevisiae)cerevisiae)基因组的完成及其蛋白质数据库在互联基因组的完成及其蛋白质数据库在互联网上的建立网上的建立, ,大大加速了这一工作大大加速了这一工作. .最新版的数据库最新版的数据库包括包括60006000多页多页, ,每页代表一个已知或推测的酵母蛋白每页代表一个已知或推测的酵母蛋白. .它包含以下几方面的信息它包含以下几方面的信息: :ａａ 以序列为基础的已知以序列为基础的已知和推测的酵母蛋白的特征信息和推测的酵母蛋白的特征信息, ,如分子质量、等电点、如分子质量、等电点、氨基酸组成、多肽片段大小等氨基酸组成、多肽片段大小等; ;ｂｂ 一些研究得到的一些研究得到的关于各种蛋白质在翻译后加工、亚细胞定位、功能关于各种蛋白质在翻译后加工、亚细胞定位、功能分类方面的信息分类方面的信息; ;ｃｃ 从以往的超过从以往的超过50005000篇关于酵母篇关于酵母蛋白研究的文章中获得的有关各种蛋白质功能、相蛋白研究的文章中获得的有关各种蛋白质功能、相互作用、突变表型的信息互作用、突变表型的信息. .借助数据库的有力推动借助数据库的有力推动, ,在双向电泳蛋白质谱上最明显的蛋白质斑点的大部在双向电泳蛋白质谱上最明显的蛋白质斑点的大部分得到鉴定分得到鉴定. . 正在丹麦进行的一项研究计划分别作出野生型正在丹麦进行的一项研究计划分别作出野生型和将基因系统缺失的缺陷型酵母的双向蛋白质图谱和将基因系统缺失的缺陷型酵母的双向蛋白质图谱. .初步的研究表明初步的研究表明, ,缺失单一基因将导致的结果并不缺失单一基因将导致的结果并不只是缺乏此基因编码的蛋白质只是缺乏此基因编码的蛋白质, ,而是能导致其他一而是能导致其他一系列蛋白质量的改变系列蛋白质量的改变. .一些蛋白质减少而另一些蛋一些蛋白质减少而另一些蛋白质增多白质增多, ,当然还有一些蛋白质被加工修饰而导致当然还有一些蛋白质被加工修饰而导致性状改变性状改变. .单一基因缺失的结果总是引起蛋白质组单一基因缺失的结果总是引起蛋白质组全局性的变化全局性的变化. .大约大约20%20%的酵母基因缺失是致死性的的酵母基因缺失是致死性的, ,另外另外80%80%则不然则不然, ,这时机体能通过调节蛋白质的表达这时机体能通过调节蛋白质的表达来对抗这种内源性的变化来对抗这种内源性的变化. .这种基因缺失的研究可这种基因缺失的研究可能会告诉我们一些关于细胞内蛋白质分子间相互能会告诉我们一些关于细胞内蛋白质分子间相互“对话对话”和和“作用作用”的重要信息的重要信息, ,如蛋白质间的物理如蛋白质间的物理联系联系( (这些蛋白质可能会组成蛋白质复合物这些蛋白质可能会组成蛋白质复合物) )、信号、信号传递途径传递途径, ,以帮助我们了解细胞是如何构成的以及以帮助我们了解细胞是如何构成的以及是如何协同工作的。

是如何协同工作的 　多细胞真核生物的蛋白质组研究多细胞真核生物的蛋白质组研究• 线虫的蛋白质组研究线虫的蛋白质组研究• 果蝇的蛋白质组研究果蝇的蛋白质组研究 　　• 人类的蛋白质组研究人类的蛋白质组研究 　　 • 植物的蛋白质组研究植物的蛋白质组研究线虫的蛋白质组研究线虫的蛋白质组研究 利用双向电泳技术利用双向电泳技术, ,ＢＢiniini对线虫对线虫( (ＣＣ.elegans).elegans)进行了蛋白质组分析进行了蛋白质组分析, ,在等电点在等电点3.5-93.5-9和和分子质量分子质量10-200k10-200kｕ的范围内可分辨ｕ的范围内可分辨20002000个以上的个以上的蛋白质斑点蛋白质斑点, ,然后利用然后利用ＥｄｍａｎＥｄｍａｎ微量测序技术对微量测序技术对其中其中2424个斑点进行分析个斑点进行分析, ,得到其中得到其中1212个蛋白质的Ｎ个蛋白质的Ｎ端序列端序列. .其余的由于Ｎ端封闭而未能测出序列其余的由于Ｎ端封闭而未能测出序列. .已已测出的测出的1212个中有个中有1 1个未能找到与其匹配的基因个未能找到与其匹配的基因. .另另外外1111个与能量代谢、酸性核蛋白、Ｇ蛋白等对应个与能量代谢、酸性核蛋白、Ｇ蛋白等对应. .ＣＣ.elegans.elegans的的1900019000个基因已于个基因已于19981998年年1212月全部测月全部测出出, ,预计会对蛋白质组的研究提供帮助。

预计会对蛋白质组的研究提供帮助 果蝇的蛋白质组研究果蝇的蛋白质组研究　　　      不同性别果蝇不同性别果蝇( (ＤｒｏｓｏｐｈｉＤｒｏｓｏｐｈｉｌａｍｅｌａｎｏｇａｓｔｅｒｌａｍｅｌａｎｏｇａｓｔｅｒ) )成成虫的头、胸、腹部的蛋白质组图谱虫的头、胸、腹部的蛋白质组图谱已被分别作出已被分别作出, ,总共约有总共约有12001200个蛋白个蛋白质被检出质被检出, ,其中的大多数在头、胸、其中的大多数在头、胸、腹中是相同的腹中是相同的, ,但也发现了一部分其但也发现了一部分其部位、性别特异的蛋白质部位、性别特异的蛋白质. . 　人类的蛋白质组研究人类的蛋白质组研究　　　     人类的蛋白质组研究吸引了最多的注意力人类的蛋白质组研究吸引了最多的注意力. .由由于人有着大量的组织、细胞类型和发育阶段于人有着大量的组织、细胞类型和发育阶段, ,对人对人蛋白质组的研究主要聚焦在特异的组织、细胞和疾蛋白质组的研究主要聚焦在特异的组织、细胞和疾病上病上. .已有的证据表明已有的证据表明, ,尽管人的不同组织有着很大尽管人的不同组织有着很大的功能差别的功能差别, ,但其中的许多蛋白质是看家蛋白但其中的许多蛋白质是看家蛋白, ,因此因此它们的双向图谱可能也是近似的它们的双向图谱可能也是近似的. .这点与简单生物这点与简单生物不同不同, ,简单生物在不同的发育阶段有着极不相同的简单生物在不同的发育阶段有着极不相同的蛋白质组蛋白质组. .因此对于人类来说因此对于人类来说, ,一个高质量的基本的一个高质量的基本的双向图谱是非常有用的双向图谱是非常有用的, ,它可以作为其他组织、细它可以作为其他组织、细胞的参照图谱胞的参照图谱. .人的各种组织、器官、细胞乃至各人的各种组织、器官、细胞乃至各种细胞器已被广泛研究种细胞器已被广泛研究. .         人的各种体液人的各种体液( (血液、淋巴、脊髓、乳血液、淋巴、脊髓、乳汁和尿等汁和尿等) )都被用于研究与某些疾病的关都被用于研究与某些疾病的关系。

最近澳大利亚科学家利用双向电泳技系最近澳大利亚科学家利用双向电泳技术研究眼泪中的蛋白质与生理状态的关系术研究眼泪中的蛋白质与生理状态的关系. .他们发现了一种新的蛋白质他们发现了一种新的蛋白质, ,这个蛋白质这个蛋白质非常相似于在乳腺癌细胞里高表达的另一非常相似于在乳腺癌细胞里高表达的另一种蛋白质这个发现可能会提供疾病诊治种蛋白质这个发现可能会提供疾病诊治的新的手段在一项利用蛋白质组研究技的新的手段在一项利用蛋白质组研究技术进行的酒精对人体毒性的研究中发现术进行的酒精对人体毒性的研究中发现, ,乙醇会改变血清蛋白糖基化作用乙醇会改变血清蛋白糖基化作用, ,导致许导致许多糖蛋白的糖基缺乏多糖蛋白的糖基缺乏, ,如转铁蛋白如转铁蛋白 肿瘤至今仍是人类的一个顽敌癌细胞肿瘤至今仍是人类的一个顽敌癌细胞不仅有许多特异蛋白质产物不仅有许多特异蛋白质产物, ,而且这些产物还而且这些产物还会影响其他蛋白质的翻译后加工及许多蛋白会影响其他蛋白质的翻译后加工及许多蛋白质的表达水平肿瘤的蛋白质组研究能提供质的表达水平肿瘤的蛋白质组研究能提供一些以往其他技术所不能提供的早期诊断依一些以往其他技术所不能提供的早期诊断依据据, ,例如利用不同细胞组织的特征蛋白质谱例如利用不同细胞组织的特征蛋白质谱, ,可以判别一些难以判定来源的肿瘤细胞的来可以判别一些难以判定来源的肿瘤细胞的来源。

丹麦的一个小组利用蛋白质组研究技术源丹麦的一个小组利用蛋白质组研究技术结合组织冰冻切片技术分析了结合组织冰冻切片技术分析了150150例膀胱癌病例膀胱癌病人的组织人的组织, ,发现在所有的鳞状细胞瘤的尿液中发现在所有的鳞状细胞瘤的尿液中均能发现一种化学引诱剂均能发现一种化学引诱剂———银屑素银屑素( (ｐｓｐｓｏｒｉａｓｉｎｏｒｉａｓｉｎ),),推测其极可能作为这种肿推测其极可能作为这种肿瘤的早期标志物瘤的早期标志物　　基因组计划无疑为医疗、医药领域带来一场革　基因组计划无疑为医疗、医药领域带来一场革命命, ,但也应该看到但也应该看到, ,单纯的遗传分析很难诊断多因单纯的遗传分析很难诊断多因素的疾病复杂的基因间相互作用素的疾病复杂的基因间相互作用, ,细胞内活动和细胞内活动和环境的影响都会影响基因的表达及蛋白质的翻译环境的影响都会影响基因的表达及蛋白质的翻译后加工因此后加工因此, ,可靠的诊断和治疗应基于机体渐进可靠的诊断和治疗应基于机体渐进发展过程的调控及失调发展过程的调控及失调, ,并且必须考虑到环境因素并且必须考虑到环境因素的影响蛋白质组的研究正是探索这一领域的有的影响蛋白质组的研究正是探索这一领域的有力武器。

人们不难预期力武器人们不难预期, ,基因组计划的不断推进会基因组计划的不断推进会给蛋白质组研究提供更多更全的数据库给蛋白质组研究提供更多更全的数据库; ;生物信息生物信息学的发展会给蛋白质组计划提供更方便有效的计学的发展会给蛋白质组计划提供更方便有效的计算机分析软件算机分析软件; ;国际互联网会使各国各领域科学家国际互联网会使各国各领域科学家有关蛋白质组研究的成果出现新的集成有关蛋白质组研究的成果出现新的集成; ;新的技术新的技术会不断涌现会不断涌现, ,蛋白质组研究方法会象ＰＣＲ技术一蛋白质组研究方法会象ＰＣＲ技术一样易于操作样易于操作, ,并渗透到人类活动的方方面面并渗透到人类活动的方方面面, ,对工对工业、农业、医疗卫生各行各业带来新的革命业、农业、医疗卫生各行各业带来新的革命植物的蛋白质组研究植物的蛋白质组研究植物生态学报植物生态学报 20042004，，2828（（1 1））114114－－125125植物蛋白质组学研究进展植物蛋白质组学研究进展梁宇、荆玉祥、沈世华梁宇、荆玉祥、沈世华（中国科学院植物研究所（中国科学院植物研究所光合作用和环境分子生理学重点实验室光合作用和环境分子生理学重点实验室)1. 植物群体遗传蛋白质组学植物群体遗传蛋白质组学# 遗传多样性蛋白质研究遗传多样性蛋白质研究突变体的蛋白质组学研究突变体的蛋白质组学研究2.植物环境信号应答和适应机制蛋白质组学植物环境信号应答和适应机制蛋白质组学非生物环境因子蛋白质组学研究非生物环境因子蛋白质组学研究生物环境因子蛋白质组研究生物环境因子蛋白质组研究植物激素蛋白质组学研究植物激素蛋白质组学研究3.植物组织器官蛋白质组学植物组织器官蛋白质组学4.植物亚细胞蛋白质组学植物亚细胞蛋白质组学代谢组学代谢组学l代谢组学代谢组学(metabonomics／／metabolomics)是效仿基因组学和蛋白质组学的研究思是效仿基因组学和蛋白质组学的研究思想，对生物体内所有代谢物进行定量分想，对生物体内所有代谢物进行定量分析，并寻找代谢物与生理病理变化的相析，并寻找代谢物与生理病理变化的相对关系的研究方式，是系统生物学的组对关系的研究方式，是系统生物学的组成部分。

其研究对象大都是相对分子质成部分其研究对象大都是相对分子质量量1000以内的小分子物质以内的小分子物质l基因组学和蛋白质组学告诉你什么可能会发生，基因组学和蛋白质组学告诉你什么可能会发生，而代谢组学则告诉你什么确实发生了而代谢组学则告诉你什么确实发生了lBill Lasley, UC Davisl“基因组学反映了什么是可以发生的，转录组学基因组学反映了什么是可以发生的，转录组学反映的是将要发生的，蛋白质组学指出了赖以反映的是将要发生的，蛋白质组学指出了赖以发生的，只有代谢组学才真正反映业已发生的发生的，只有代谢组学才真正反映业已发生的l许国旺许国旺 l代谢组学是继代谢组学是继基因组学基因组学和和蛋白质组学蛋白质组学之后新近发展起来的一门之后新近发展起来的一门学学科科，是，是系统生物学系统生物学的重要组成部分基因组学和蛋白质组学分别的重要组成部分基因组学和蛋白质组学分别从从基因基因和和蛋白质蛋白质层面探寻层面探寻生命生命的活动，而实际上的活动，而实际上细胞细胞内许多生命内许多生命活动是发生在代谢物层面的，如细胞信号释放（活动是发生在代谢物层面的，如细胞信号释放（cell signaling），），能量传递，细胞间通信等都是受代谢物调控的。

代谢组学正是研能量传递，细胞间通信等都是受代谢物调控的代谢组学正是研究代谢组（究代谢组（metabolome））——在某一时刻细胞内所有代谢物的集在某一时刻细胞内所有代谢物的集合合——的一门学科基因与蛋白质的表达紧密相连，而代谢物则的一门学科基因与蛋白质的表达紧密相连，而代谢物则更多地反映了细胞所处的环境，这又与细胞的营养状态，药物和更多地反映了细胞所处的环境，这又与细胞的营养状态，药物和环境污染物的作用，以及其它外界因素的影响密切相关代谢组环境污染物的作用，以及其它外界因素的影响密切相关代谢组学是继学是继基因组学基因组学和和蛋白质组学蛋白质组学之后新近发展起来的一门之后新近发展起来的一门学科学科，是，是系统生物学系统生物学的重要组成部分基因组学和蛋白质组学分别从的重要组成部分基因组学和蛋白质组学分别从基因基因和和蛋白质蛋白质层面探寻层面探寻生命生命的活动，而实际上的活动，而实际上细胞细胞内许多生命活动是内许多生命活动是发生在代谢物层面的，如细胞信号释放（发生在代谢物层面的，如细胞信号释放（cell signaling），能量传），能量传递，细胞间通信等都是受代谢物调控的代谢组学正是研究代谢递，细胞间通信等都是受代谢物调控的。

代谢组学正是研究代谢组（组（metabolome））——在某一时刻细胞内所有代谢物的集合在某一时刻细胞内所有代谢物的集合——的一门学科基因与蛋白质的表达紧密相连，而代谢物则更多地的一门学科基因与蛋白质的表达紧密相连，而代谢物则更多地反映了细胞所处的环境，这又与细胞的营养状态，药物和环境污反映了细胞所处的环境，这又与细胞的营养状态，药物和环境污染物的作用，以及其它外界因素的影响密切相关染物的作用，以及其它外界因素的影响密切相关 l代谢组学的概念来源于代谢组，代谢组是指某一生物或细胞在一特定生理时期内所有的低分子量代谢产物，代谢组学则是对某一生物或细胞在一特定生理时期内所有低分子量代谢产物同时进行定性和定量分析的一门新学科　(Goodacre，2004)它是以组群指标分析为基础，以高通量检测和数据处理为手段，以信息建模与系统整合为目标的系统生物学的一个分支 研究方法研究方法 l核磁共振（核磁共振（NMR），质谱（），质谱（MS），色），色谱（谱（HPLC，，GC），液相色谱），液相色谱-质谱联用质谱联用  （（LC-MS）） 代谢组学代谢组学--方法与应用方法与应用(现代生物技术前沿现代生物技术前沿)作者：许国旺作者：许国旺(中国科学院大连化学物理研究所中国科学院大连化学物理研究所研究员研究员 )科学出版社科学出版社2008-08-01 第1版 2008-08-01 第1次印刷 l“系统代谢组学”创始人Jeremy Nicholson教授访问我校.l作为上海交通大学110周年校庆的活动之一，应上海系统生物医学研究中心主任、上海交通大学系统生 物医学研究院院长陈竺院士的邀请，英国帝国理工生化系主任、国际“系统代谢组学”创始人Jeremy Nicholson教授到我校访问、讲学和开展合作研究。

这是自去年4月以来，Nicholson教授对我校的第6次访问  lNicholson教授应邀在瑞金医院做了题为教授应邀在瑞金医院做了题为“整体系统生物学整体系统生物学和系统代谢组学是理解疾病过程的有和系统代谢组学是理解疾病过程的有 力工具力工具”的精彩的学的精彩的学术报告他首先详细介绍了术报告他首先详细介绍了“整体系统生物学整体系统生物学Global Systems Biology”和和“系统代谢组学系统代谢组学Metabonomics”的定义的定义与内涵，强调要像中国传统医学那样把人作为一个整体进与内涵，强调要像中国传统医学那样把人作为一个整体进行研究，通过分析细胞、特别是人行研究，通过分析细胞、特别是人 体分泌到体外的代谢物、体分泌到体外的代谢物、蛋白质的组成谱变化，可以监测体内代谢网络的运行状态、蛋白质的组成谱变化，可以监测体内代谢网络的运行状态、诊断疾病、评价疗效、预测人体未来的健康发展趋势，实诊断疾病、评价疗效、预测人体未来的健康发展趋势，实现个性化的诊断和治现个性化的诊断和治 疗他详细介绍了他们实验室即将在疗他详细介绍了他们实验室即将在国际著名刊物国际著名刊物Nature发表的一个重大突破发表的一个重大突破“药物代谢组学药物代谢组学与个性化用药与个性化用药”的论文的内容。

他们在国际上首次实现了的论文的内容他们在国际上首次实现了通过测通过测 定用药前个体的尿液代谢组学特征，来预测个体对定用药前个体的尿液代谢组学特征，来预测个体对药物的反应这个工作预计会在医学领域产生重大影响药物的反应这个工作预计会在医学领域产生重大影响这是所谓这是所谓3P医学的一个成功典范医学的一个成功典范3P医学即预防性、医学即预防性、 预测预测性和个性化的医学（性和个性化的医学（Preventive，，Predictive，，Personalized Medicine）Nicholson教授有关整体系统生物学和系统代教授有关整体系统生物学和系统代谢组学的理念与我国中医理论不谋而合，可以说为中医药谢组学的理念与我国中医理论不谋而合，可以说为中医药现代化提供了全新的思路和工现代化提供了全新的思路和工 具 表达组学表达组学降解组学降解组学。