2011级高级生化2班复习资料
第一章 蛋白质结构与功能关系
蛋白质的二级结构（secondary structure）指多肽链主链本身折叠或盘曲所形成的局部空间构象，包括依靠氢键维系的有规则构象和多肽链主链中的无规卷曲以及非氢键维系的规则结构，不涉及侧链结构和整个肽链的空间排布。
1、螺旋：多肽链主链C α-C-N 的重复排列，使它容易形成有规律的卷曲构型，即螺旋，分为α-螺旋（3.613R ，即每圈约3.6个残基，每个肽键N 上的H 与后面第四个残基肽键羰基O 之间形成氢键，其间包括13个原子，右手螺旋，是球蛋白中最常见的结构）、310R 螺旋、π-螺旋等。
2、β-片层：两股或多股几乎完全伸展的肽链并列聚集，靠主肽链N 上的H 与相邻链羰基C 上的O 原子间规律的氢键，形成β-折叠片，β-折叠片有的是平行的，有的是反平行的。
3、环肽链（loop ）
（1）回折：肽链要折叠成坚实的球形，必须以多种方式多次改变其方向，如同一肽链形成的β-折叠股之间的连接肽。3~4个氨基酸残基通过特殊的氢键系统使肽链走向改变180°成为回折或转角，分为β-回折和γ-回折。 ①β-回折：由4个氨基酸残基组成，即第一个残基的羰基O 与第四个氨基酸残基α-氨基上的H 之间形成氢键。 ②γ-回折：由3个氨基酸残基组成，第一个残基的羰基O 与第三个残基的α-氨基H 原子间形成氢键，常出现在反平行β-折叠股之间。
（2）β发夹与β凸起：
β发夹：通过一段短的环链将两条相邻的β链连接在一起的结构，称为β发夹或发夹（hairpins ）结构，犹
如一弯折的发卡，故名。
4、Ω环：多肽链中由6~16个氨基酸残基组成的环状片段，两端距离小于0.1nm ，状似Ω字形，因此得名。Ω环形成一个内部空腔，被环上残基的侧链基团包裹，成为致密的球状构象。以亲水残基为主，几乎总是位于蛋白质分子表面，与生物活性有关。
5、连接条带：伸展的肽链条带连接在结构元件之间，它们的长度、走向颇不规则，在蛋白质肽链的卷曲、折叠过程中具有明确的结构作用。
6、无规则卷曲：蛋白质分子中存在空间结构不确定的区域，这种无序结构因其不断运动，或是具有不同的构象，因而得不到X-射线衍射图像
超二级结构（super-secondary structure）：相互邻近的二级结构单元相互聚集，形成更高一级的有规律的结构，称超二级结构，主要涉及这些构象元件在空间上如何聚集，超二级结构的形成主要是氨基酸残基侧链基团间相互作用的结果。
结构域（structural domain）二级结构和结构模体以特定的方式组织连接，在蛋白质分子中形成两个或多个在空间上可以明显区分的三级折叠实体，是三级结构的基本单位，结构域是相对稳定的球状亚结构，其间由单肽链相互连接，是独立的结构单位、独立的功能单位和独立的折叠单位。
锌指结构(Zine Finger,ZF)：一种DNA 结合蛋白中的结构基元，由一个含有大约30个氨基酸的环和一个与环上
2+的4个Cys 或2个Cys 和2个His 配位的Zn 构成，中间的X 4-20形成指状凸出。锌指蛋白与DNA 相互作用时，锌
指部分嵌入主槽，识别特定别特定的碱基序列，每个锌指大约识别5个碱基对。
亮氨酸拉链（Leucine Zipper,LZ）：LZ 结构的C 端为螺旋区，靠近N 端一侧的一段螺旋富含碱性氨基酸残基，其后的一段螺旋每隔6个残基就有一个Leu ，每个这样的螺旋不少于4个Leu ，且都处于螺旋的同一侧，这样，当含有LZ 的蛋白形成同源或异源二聚体时，LZ 结构中的Leu 残基借助疏水作用彼此靠拢，形同拉链。
2+EF 手（EF-hand ）：由两个α螺旋（E 和F ）与连接它们的环组成，E 螺旋含9个残基，用右手食指表示；与Ca
结合的环含12个残基，用弯曲的中指表示；F 螺旋含18个残基，用拇指表示。
蛋白质组学：通过直接研究某一物种、个体、器官、组织及细胞中全部蛋白质，获得整个体系内所有蛋白质组分的生物学和理化参数，从而揭示生命活动规律的科学。
分子伴侣（molecular chaperone）：结合并稳定靶蛋白的不同的不稳定构象，通过控制与靶蛋白的结合与释放，
推动其在活体内正确折叠、组装、运输到位，或控制其在活化与钝化构象之间转换，但并不构成靶蛋白组成部分的蛋白质。
热激蛋白（heat shock protein，Hsp ）：广泛存在于原核细胞和真核细胞中的一类在生物体受到高温等逆境刺激后大量表达的保守性蛋白质家族，是多基因族编码产物，有组成型和胁迫诱导的，具有分子伴侣功能，参与蛋白质新生肽链的折叠和组装。可分Hsp70、Hsp60、Hsp90、Hsp110等亚类。
热激蛋白的分子伴侣功能：
1、Hsp70的分子伴侣功能：大肠杆菌的Hsp70帮助前体蛋白维持转位能力，防止变性蛋白质进一步变性和聚集。Hsp70在线粒体前体蛋白的跨膜运输中发挥重要作用，Hsp70与其结合可保持其松弛状态，以便能通过线粒体膜上的转位酶通道。在细胞受到热胁迫时，Hsp70可与局部变性的蛋白结合，防止其聚集，消除后，则解离，并帮助其复性。
2、监护蛋白是帮助蛋白质折叠的分子伴侣
3、LMWHsp 形成的热激颗粒为变性蛋白提供一个结合表面
4、Hsp90是具有调节功能的分子伴侣：Hsp90是高度保守的热激蛋白家族，通过参与许多激酶、受体、转录因子的折叠、组装、解聚或构象改变调节其活性。
5、Hsp104是帮助聚集物解聚的分子伴侣：其以一种依赖ATP 的方式帮助在严重的热冲击条件下形成的聚集体解聚。
肌红蛋白的结构与功能关系
蛋白质的功能与其特殊的结构有着十分密切的联系，结构是特定功能的内在依据，功能则是特定结构的外在表现。下面以肌红蛋白和血红蛋白加以说明：
肌红蛋白为球蛋白，其分子包括一条153个氨基酸残基组成的多肽链和一个血红素，多肽链中75%-80%处于α-螺旋中，其余为无规则卷曲，整个肽链有8个长短不一的螺旋段，螺旋间的连接肽为无规卷曲，在侧链基团相互作用下盘曲形成扁园的球体。绝大多数亲水残基分布在分子表面，使肌红蛋白可溶于水；疏水残基则埋藏于分子内部，肌红蛋白分子表面有一狭缝，E 螺旋和F 螺旋位于狭缝两侧，形成一个疏水环境，肌红蛋白的辅基血红素结合于这个狭缝内。
肌红蛋白的功能主要是贮存氧，在细胞代谢需要氧时放出氧，氧合曲线为双曲线，适合于通过组织从血液结合氧气将它储藏在细胞内。
血红素在水中可以短暂地与氧结合，然后形成血红素-O 2-血红素夹层中间物，很快产生不能氧合的高铁血红素，虽然肌红蛋白中真正与氧结合的是血红素，但是肽链起围篱作用。由于血红素结合在肽链围绕的疏水夹缝中，远
2+侧组氨酸的位阻效应防止了夹层复合物的形成，避免了Fe 氧化或流失，同时阻碍CO 的结合降低其亲和力，使
血红素能够长时间的可逆氧合-放氧，完成O 2载体的使命。另外它还降低了血红素的水溶性，和蛋白质结合后溶解度增大，结合O 2的能力增强。
脱氧肌红蛋白中α-螺旋含量约60%，三维结构比较松散，稳定性下降。与血红素结合后，构象发生变化，α-螺旋含量恢复至75%，分子结构比较紧凑，稳定性也明显提高。这说明血红素辅基对肽链折叠也有影响。
血红蛋白的结构与功能关系
Hb 具有四个亚基组成的四级结构（α2β2），每个亚基含一条多肽链和1个血红素辅基，可携带一个血红素
并携带一分子氧，因此1分子Hb 共结合四分子氧。Hb 各亚基的三级结构与Mb 极为相似，血红蛋白结合部位非常保守。血红蛋白的四个亚基按四面体排布，中心形成空穴。
Hb 从肺泡到组织的氧气运输，氧合曲线为S 型，血红蛋白和氧气结合存在协同效应，即先结合的氧气影响
同一分子中空闲的氧气结合部位对后续氧气的亲和力。
当氧和血红素结合时，亚铁离子外层电子重排，从顺时变成反时，直径缩小13%，卟啉平面变成扁平，铁移
入卟啉平面中央小孔，触发了血红蛋白亚基构象改变，改变了原来非共价键，形成了新的非共价键，导致其他单
个没有与氧结合的亚基发生变化，导致局部的氧合部位构象改变，对氧的亲和力提高，出现S 型曲线。
Hb 与Mb 一样能可逆地与O2结合， Hb 与O2结合后称为氧合Hb 。Mb 是单体，Hb 是四聚体，其结构与功能相适应，在氧分压较低的时候，Mb 对O2的亲和力远大于Hb 。
第二章 酶的结构与功能
乒乓反应：是双底物双产物酶促反应中的一种，在该反应中，酶结合一个底物并释放一个产物，留下一个取代酶，然后该取代酶再结合第二个底物和释放出第二个产物，最后酶恢复到它的起始状态。
如谷-丙转氨酶 还有些物质与底物共用一部分结合
位点，或因抑制剂结合部位与底物结合部位在空间上重叠，发生空间位阻，从而可降低酶的催化活性，这种抑制酶催化活性的作用称竞争性抑制作用。其Km 增加，Vmax 不变。
酶的催化机制
诱导契合机制：酶与底物靠近→定向→酶与底物相互诱导变形→契合成中间产物→产物脱离
（1）底物的邻近效应与定向效应
底物的邻近效应(proximity)是指酶与底物通过专一的相互识别，形成中间络合物，把底物分子间的反应转变为络合物分子内的反应。定向效应(orientation)则是指在酶底物中间络合物内，底物的反应基团与酶的催化基团的正确取向。通过邻近效应和定向效应，是酶的活性中心底物浓度大大增加，ES 平均寿命延长，从而极大的增加了发生反应的几率。
（2）底物的变形(distortion)和诱导契合(induced fit)
酶在底物的诱导下构象改变，转变为高活力构象，同时，底物分子在酶的诱导下发生各类扭曲和去稳定作用，底物比较接近它的过渡态，降低了反应活化能，使反应易于发生。
（3）广义酸碱催化(acid-base catalysis) ：广义酸提供H+促进过渡态络合物的形成，降低反应活化能，从而加速反应的进行。
（4）共价催化(covalent catalysis)：酶活性中心亲电/亲核基团参与S 敏感键断裂，形成的中间产物不稳定，易断裂而形成产物，酶复原。
（5）金属离子催化：需要金属离子的酶分为金属酶（含紧密结合的金属离子）和金属激活酶（含松散结合的金属离子），金属离子可以参与底物反应的定向、通过价态改变参与电子转移、通过静电稳定或者屏蔽负电荷。
（6）多元催化和协同效应：多元催化是指几个基团反应协同作用结果，活性中心是由多个基团共同构成；
（7）活性部位微环境的影响：活性中心周围为非极性环境，即低介电环境，酶催化基团和底物分子的敏感键之间有很大反应力，有助于加速酶促反应。
别构酶活性调节模型：
别构酶是一种活性受到结合在活性部位以外部位的其他分子调节的酶。
配体与寡聚蛋白中的一个原体结合，使该原体发生构象改变，并通过四级结构的相互联系引起其余原体的构象变化，从而影响后续配体的结合。先结合的配体使后续配体更易结合成为正协同，反之为负协同。先结合的配体影响同种配体与同种空闲部位结合，称为同促效应，影响异种配体与异种空闲部位结合称为异促效应。同促效应既表现为正协同，又表现为负协同，而异促效应只表现为正协同。
（1）齐变模型（concerted modle）或对称（symmetry ）模型：
①别构酶分子中的亚基以旋转对称方式排列；每个亚基对每种配体（底物或调节物）只有一个结合位点。整个酶分子以两种构象存在，分别是松弛型（R 型）和紧密型(T型) ，R 型有利于与底物或调节物结合，T 型不利于与底物或调节物结合
②同一酶分子中，不存在构象杂合体（RT 型），它的亚基要么都以R 型存在，要么都以T 型存在。
③两种构象状态间的转变，对每个亚基来说，都是同时、齐步发生的。
④当底物不存在时，绝大多数酶分子均为T 型，加入底物后，T 型各亚基齐步向R 型转变，且对称性保持不变。转变为R 型后加大了对底物的亲和性。
（2）序变模型（sequential modle）
①别构酶的亚基只有两种构象状态，R 型和T 型，其中R 型为“开”的构象，有利于与底物或调节物结合，T 型为“关”的构象，不利于与底物或调节物结合。
②当底物或调节物不存在时，别构酶只以一种构象存在，即T 构象
③当底物与一个亚基结合时，此亚基构象发生变化，并使邻近的亚基易于发生同样的构象变化，当第二个底物与第二个亚基结合后，又导致第三个亚基易于发生同样的变化，如此顺序传递下去，直到最后一个亚基发生类似的够象变化。即同一酶分子中，各亚基从T 向R 转变是逐个依次进行的。
④一个亚基与底物结合引起的构象变化，会增强或减弱同一酶分子中其余亚基对底物的亲和力，即可为正协同效应也可为负协同效应。
第三章 生物膜与物质运输
膜脂运动
(1)膜脂的流动性
膜脂流动性反映膜脂分子在脂双层中的分子内和分子间运动，这些运动可归纳为以下几种方式。
①侧向扩散，即膜脂分子在脂双层同一片层内与邻近分子进行换位，扩散速率的大小可用扩散系数DL 表示。在生物膜和人工膜都存在膜脂分子的侧向扩散，而且速度很快。
②旋转扩散：即膜脂分子从脂双层的一叶翻转到另一片层。由于膜脂均为两亲性分子，这种翻转运动必须通过脂双层的疏水核，因此要比侧向扩散慢得多。
③脂酰基的异构化运动：膜脂分子中的脂酰基烃链可绕C-C 单键旋转，从而导致其构型发生转变。在低温条件下，脂酰基烃链主要表现为全反式构型，随着温度升高，偏转构型增多，膜流动性增大。
④膜脂分子绕与膜平面垂直的轴左右摆动，其极性头部运动较快，甘油骨架运动较慢，脂酰基烃链部运动也较快，其尾部运动得最快。
⑤膜脂分了围绕与膜平面垂直的轴作旋转运动，其转动速率约为每10ns 转动2π角度。
(2)膜蛋白的运动性
脂双层可视为整合蛋白的分散介质，因此脂质分子的物理状态就成了整合蛋白运动性的重要决定因素。膜整
合蛋白的主要运动方式包括侧向扩散、旋转运动、构象变化以及蛋白复合物的聚集与解聚等。
①膜蛋白的侧向扩散，即膜蛋白沿膜平面作侧向移动。膜蛋白的运动性取决于脂双层的微粘度和膜蛋白自身的大小，以及蛋白质之间的相互作用，尤其是与膜骨架的联系。膜蛋白的侧向扩散对膜酶复合物和受体系统发挥功能具有重要的意义。
②膜蛋白可绕与膜平面垂直的轴作旋转运动。膜蛋白的旋转运动与周围脂质有密切关系，脂双层的微粘度同样也影响膜蛋白的旋转运动。
核质运输过程
核被膜将细胞核与胞浆分隔开，二者之间的物质运输需经核孔复合物（NPC ）进行。分子量小于5kDa 的物质随机扩散通过核孔；5~50kDa的物质可能经被动扩散进入核内，也可能经由主动运输；分子量＞50kDa 的物质，像组装的核糖体亚基和信息体等巨大的核蛋白复合物，必须经由NPC 主动运输。大分子的核质运输依赖于温度和能量供给，还需要运输因子的介导和核孔复合物蛋白的参与。
（1）核输入：
输入细胞核的蛋白质内有一段特殊的氨基酸序列作为输入信号，称为核定位信号（nuclear localization signal, NLS ）。NLS 介导的蛋白质核输入是个多步骤、单向、温度和能量依赖的复杂过程，并表现出竞争饱和性。并需要一些胞质蛋白因子如输入素（importin ）α、importin β、Ran 和NTF2等的帮助。
其入核步骤如下：①亲核蛋白通过NLS 识别importin α，与可溶性NLS 受体importin α/importinβ异二聚体结合，形成转运复合物；②importin β可与NPC 组分相互作用，importin ·NLS 蛋白转运复合物借助于importin β在核
孔周围聚集；③NTF2（p10）可与NPC 中心区的糖蛋白p62结合，引导NLS 蛋白·输入素复合物到达中心通道。④importin β与小G 蛋白Ran-GTP 结合，导致α／β二聚体解聚，并促进输入素从核孔复合物结合部位释放出来，亲核蛋白释放入核质，该过程可能还需要一些Ran 结合蛋白（Ran BP）和Ran GAP的协同作用。
（2）核输出：与核输入形成对照，输出的多为巨大的核蛋白颗粒（RNP ），转位时打开成为直径的25nm 的颗粒，可能是NPC 最大输出尺寸。对蛋白质等大分子上核输出信号（NES ）所知有限，这些NES 常常是接应蛋白的结合部位。
泡囊运输
蛋白质等生物大分子通过质膜进／出细胞（内吞／外排），以及经由内质网-Golgi 器运输到质膜和其它内膜系统，均需依赖有被泡囊运输（coated vesicle traffic）系统。
1. 泡囊运输过程可划分成三个阶段：①货物在供体膜上聚集，膜发生凹陷，出芽，形成有被小泡；②运输小泡在细胞内定向转移（靶向）；③小泡停靠在受体膜（靶膜）上，拆卸外被，小泡膜与靶膜融合，释放出内涵物，完成货物运送。
2. 泡囊运输中至少形成三类不同的外被：①网格蛋白或包涵素包被的小泡，负责运输液泡／溶酶体蛋白；② 接合蛋白或适配素（adaptin ）；③COP 包被的小泡，负责ER 到Golgi 器以及Golgi 器各区间的蛋白质运输；④lace-like 包被的小泡，负责Golgi 网到质膜及分泌蛋白的运输。
3. 以受体介导的内吞（receptor-mediated endocytosis）为例，说明泡囊运输的步骤
①接合蛋白复合物AP2被募集到质膜内侧，停靠在synptotagmin 上；
②AP2在质膜内侧自动群集，并募集网格蛋白三叉辐射体组装成网格状结构；
③dynamin 被募集到AP2-网格蛋白网格状结构上，弯曲，形成有被小窝；
④受体自动聚集到有被小窝（有的受体在结合配体时才聚集到有被小窝）；
⑤配体与受体结合，触发有被小窝内陷（开始出芽），通过一个狭口粘在质膜内侧，dynamin 在缺口上重新分配； ⑥膜的外叶开始融合，小泡出芽，这个过程需水解ATP 和GTP ；
⑦释放网格蛋白，Hsc70和auxilin 介导外被的拆卸，这个过程也要水解ATP ；
⑧释放AP2，失去外被的内吞小泡与胞内体融合，释放出所结合的配体。内吞小泡与初级溶酶体融合形成次级溶酶体，其中的水解酶可将配体降解。含有受体的小泡可与质膜融合，使受体循环使用，或将受体送入溶酶体降解。 氧化磷酸化机制
ATP 合酶是生物体能量代谢的关键酶，在跨膜质子电化学势的推动下催化ATP 的合成，因而又称H +-ATPase 。由突出于膜外的F 1和嵌入膜内的F O 两部分组成，F 1部分有3个催化位点，催化ATP 的水解或合成；F O 是一个疏水蛋白复合体，形成跨膜的H +通道。
氧化磷酸化偶联机制：化学渗透假说认为能源物质氧化时高能电子经呼吸链传递激活O 2，生成了H 2O ，同时推动H +从线粒体内膜内侧转移到外侧，建立跨膜的H +电化学梯度，再由这种跨膜的H +电化学势驱动F 1-F 0 ATPase合成A TP 。但是化学渗透假说为泛醌在电子传递中作用提出的Q 循环还有待进一步证明；化学渗透假说的基础是膜的完整性，而类囊体膜并未形成闭合的基粒；据测定，线粒体内膜的电化学势大约可合成1分子ATP ，而实际上每生成1分子H 2O 合成3分子ATP 。故这种观点尚待确认。
第四章 糖蛋白
1. 聚糖的生物学作用
（1）聚糖在蛋白质分子正确折叠和亚基缔合中的作用
N-糖基化是伴翻译过程，N-聚糖的引入可作为肽链正确折叠的重要信号、分子伴侣等。
（2）聚糖对蛋白质的屏蔽效应
聚糖覆盖于糖蛋白表面，聚糖越大，天线数越多，覆盖的面积就越大，就更有利于糖蛋白抗御蛋白酶的水解。
（3）聚糖在糖蛋白细胞内分拣、投送和分泌中的作用
合成溶酶体蛋白上Man-6-P 的关键酶N-乙酰氨基葡萄糖磷酸转移酶的缺失导致溶酶体酶无法投送到位，造
成胎死腹中。
（4）聚糖对糖蛋白生物活性的影响
糖链是亲水结构，酸性糖链还带有负电荷，糖链的引入必然改变蛋白分子亲水表面的大小与布局和/或电荷
平衡，影响蛋白质的构象，从而不同程度地影响其生物学性质。
（5）聚糖在分子识别和细胞识别中的作用
糖链最重要的生物学功能是在分子识别和细胞识别中充当信号分子，其能够在受体-配体相互识别、维持血
浆糖蛋白平衡、构成某些抗原决定簇、凝集素对单糖和聚糖的识别、病原体-寄主细胞的识别、配子识别与结合和细胞粘附中发挥作用。
2. 糖蛋白生物合成调控
（1）糖基化位点的选择
除多肽链中的N-糖基化位点Asn-x-Ser/Thr三联序列子外，决定是否糖基化的因素有①这个三联序列子如
处于亲水片段才能被N-糖基化。②三联序列子约70%处于β-转角，N-糖基化的几率最高；约20%处于β-折叠，而10%处于α-螺旋中的三联序列子N-糖基化几率最低。③三联序列子中的X 也明显影响N-糖基化效率。④邻近三联序列子的氨基酸也可影响其糖基化率，如Pro 则降低糖基化率，羟基化氨基酸
（2）糖基供体的可利用性
ER-Golgi 膜上的糖核苷酸运输系统是双向搬运工，一方面把各种活化糖基供体运入ER-Golgi 腔内，保证了
糖基化反应对供体的需求；另一方面糖基转移反应生成的5’-NMP 通过抑制运输装置和糖基转移酶的活性，来保证糖基转移酶有足够的活性。
（3）遗传控制
聚糖生物合成主要涉及糖基转移酶，其有极高的底物专一性，即对糖基供体和受体的结构有高度选择性，前一
个酶的产物优先被另一糖基转移酶用作后续糖基化的受体底物，结果一组相关的糖基转移酶按一定的顺序作用，以非凡的精确度把单糖基彼此连接成特定的聚糖。
3.N-聚糖：连接在蛋白质肽链中天冬酰胺残基侧链酰胺氮上的寡糖。此类寡糖通常均有一个核心的五糖和类似结构的外周糖链。
第五章 信号转导
1受体：是细胞表面或亚细胞组分中的一类特殊的蛋白质分子，可识别并专一地结合有生物活性的信号分子，从而激活或触发一系列生化反应，最终产生该信号特定的生物学效应。受体多为糖蛋白，一般有两个以上的结构域：配体结合区和效应调节区。受体的基本特征：特异性、敏感性、饱和性和可调控性。
2接头蛋白：通常含有多个结合其它分子的特殊蛋白模块（如SH2、SH3、PTB 、PTD 、WW 、PH 等），或与蛋白模块结合的结构（如磷酸化的酪氨酸、富含脯氨酸的模体、磷脂等），因此可以把上游和下游的信号分子连接在一起，协助信号的传递。
锚定蛋白：是一类特殊的接头蛋白，除结合多种信号分子外，还通过它的一端与细胞膜结构相结合，把胞浆中与同一信号传递过程密切相关的信号分子定位在近膜区。
3第二信使：是指受体被激活后在细胞内产生的介导信号转导通路的活性物质. 已经发现的第二信使有许多种，如Ca2+、cAMP 、cGMP 、IP3和DG 。
4 G 蛋白：即GTP 结合蛋白或鸟苷酸调节蛋白，已发现它是一个蛋白质家族，其中有许多在细胞信号转导中起着偶联膜受体与效应器的中介作用。G 蛋白的GTP 结合形式为其活化状态；GDP 结合形式为其非活化状态。通常按其分子大小分为异源三聚体（αβγ）G 蛋白，缩写为Gp ，和单链小分子G 蛋白。
5小分子G 蛋白:家族至少有60多个成员，均为分子量20～30kDa 的单肽链，GTP 结合形式为活化状态，GDP 结合形式为非活化状态。根据氨基酸序列同源性，将其划分为6个家族，即Ras 、Rho 、Arf 、Sar 、Ran 和Rab 。小G 蛋白都有4个保守的结构域（Ⅰ～Ⅳ），Ⅰ和Ⅱ区有GTPase 活性区，Ⅱ～Ⅳ区为GTP/GDP结合部位。
小G 蛋白的GTPase 活性很低，在生理条件下不能把结合的GTP 水解成GDP 和Pi ，需要GAP （GTPase activating protein ）的帮助才能水解GTP 。许多小G 蛋白的GDP 结合形式与GDI （GDP dissociated factor ）形成稳定的复合物存在于胞浆中。在GDF （GDI dissociated factor）和GEF （guanine nucleotide exchange factor）的帮助下，非活化状态的小G 蛋白与GDI 和GDP 解离，与GTP 结合。这些蛋白因子共同组成了一个调节小G 蛋白活性的体系。
6细胞信号转导：指细胞感受、转导环境刺激的分子途径及其对代谢生理反应和基因表达的调控，即胞外信号首先刺激细胞质膜，通过跨膜的信号转导系统引发胞内各种特定的反应，细胞信号转导包括信号分子的接收、信号的放大和效应的产生三个阶段。
7.MAPK ：MAPK 是一类蛋白激酶家族，普遍存在于动植物与真菌中，参与细胞因子、一下激素的信号传导以及应激等刺激下的细胞反应，分ERK 、JNK/SAPK和p38三个亚家族。
8信号转导途径之间的关系（cAMP 与Ca2+通路间的互作）：
下图较系统地展示了cAMP 与Ca 2+信号途径之间在不同层面上的交谈：
图6.37 cAMP与Ca 信号途径的交谈
2+
①Ca 2+活化CaM 之后，可激活依赖Ca 2+-CaM 的PDE ，从而降低cAMP 的浓度；另一方面，PKA 可将与内
质网Ca 2+泵结合的受磷蛋白磷酸化，或使质膜Ca 2+泵C-端磷酸化激活Ca 2+泵，把Ca 2+泵入钙库或胞外而降低胞浆中的Ca 2+浓度。在这一点上两条信号通路之间实为负反馈相互抑制作用。
②Ca 2+·CaM 激活的肌球蛋白轻链激酶（MLCK ）如先被PKA 磷酸化便难以结合Ca 2+·CaM ，二者在此相
互拮抗。
③PKA 和CaMPK 共同的底物糖原合酶被磷酸化后钝化，而糖原磷酸化酶激酶（PhK ）同时被PKA 激活，
PhK 的一个调节亚基实际就是CaM ，必须与Ca 2+结合才能被激活，因此cAMP 和Ca 2+信号促进糖原的降解同时抑制糖原合成，两条信号途径在这一点上相互协同。
④PKA 和CaMPK 都能活化转录因子CREB ，促进相同的基因表达，也表现为协同作用。
⑤大多数ACase 亚型都能被Ca 2+·CaM 激活，表现为Ca 2+信号可促进cAMP 信号；而PKA 将IP 3R 磷酸化
使这个Ca 2+通道对IP 3刺激的敏感性下降，抑制Ca 2+信号的强度。
⑥Ca 2+·CaM 活化的蛋白磷酸酶2B （PP2B ）可使PDE 脱磷酸而活化，加速cAMP 的降解；PP2B 还催化
PP1抑制蛋白（I-1）脱磷酸而失去抑制作用，从而使PP1活化，把被PKA 磷酸化的靶蛋白脱磷酸，逆转cAMP 信号途径的作用，表现为拮抗性相互作用。
其实PKA 的靶蛋白还有许多，受Ca 2+调节的酶和生理过程更多，这两条信号途径之间的关系还要错综复杂
得多。信号网络本身及其中的信息流动都无时无刻受到细胞结构、基因表达、代谢活动和内外环境变化的限制与调节。彻底揭示活体内信息网络的运行机制，将是一项极其艰巨的任务和长期奋斗的目标。
第六章 蛋白质降解
1. 蛋白质降解的意义
①. 维持细胞内氨基酸代谢库的动态平衡，有助于维持细胞家政和生长发育需要；
②. 参与细胞程序性死亡和贮藏蛋白的动员，
②按化学计量或脱辅基蛋白/辅因子比率累积寡聚蛋白的亚基
④. 蛋白质前体分子的水解裂解加工，切去多余的残基或片段生成成熟的蛋白质分子；
⑤清除反常蛋白质以免其累积到对细胞有害的水平，如基因突变、自由基损失和病理状态等产生的反常蛋白。
⑥控制细胞内关键蛋白的浓度，调节代谢或控制发育进程
⑦参与细胞防御机制，如补体系统中许多组分具有蛋白酶活性。
⑧蛋白质降解机制研究用于生物技术，例如Lon -E.coli 中La 缺失，可避免将引入的外源基因编码的蛋白质
降解。
2. 蛋白质降解系统
（1）溶酶体系统
溶酶体富含在酸性条件下起作用的酶，能把经内吞被摄入细胞的外源蛋白或经受体介导胞饮进入的脂蛋白、
铁传递蛋白、激素、受体等长寿命蛋白迅速降解成肽和氨基酸。现已查明，溶酶体中至少有60多种水解酶，包括多种组织蛋白酶。实验表明溶酶体系统在一定的营养和内分泌状况下似乎是细胞蛋白降解的主要途径。
（2）蛋白质降解的泛肽途径
考题链接：简述蛋白质泛素降解的过程及生物学意义
真核细胞中，细胞溶胶和细胞核内多数蛋白由泛肽-26S 蛋白酶体途径降解。泛肽是一种高度保守的小蛋白，
主要定位于细胞溶胶和细胞核，在一系列酶的作用下与靶蛋白共价连接。多泛肽化的靶蛋白可被26S 蛋白酶体识别并迅速降解。
泛肽途径涉及到的酶有泛肽活化酶（E1）、泛肽载体蛋白（E2）、泛肽-蛋白连接酶（E3）和26S 蛋白酶体。
通常只有一种E1，催化泛肽的活化。而E2和E3却存在很多种，尤其是E3，主要负责泛肽同蛋白质结合的选择性和降解的专一性，不同的靶蛋白由不同的E3来识别。26S 蛋白酶体由至少30多种不同的亚基组成，包括空桶状的20S 蛋白酶体和结合在其两端的19S 调节复合物，催化多泛肽化靶蛋白质降解。
泛肽途径的酶促过程概括如下：在E1催化下活化的泛肽以硫酯键连接在E1上，消耗一分子ATP ；在E2作
用下，活化的泛肽分子以硫酯键结合于E2上；之后，E3可直接或间接地与特定的靶蛋白结合，直接或间接地将泛肽从硫酯中间物转移到底物蛋白一个Lys 残基的ε-氨基N 上，形成多泛肽链。在E1、E2、E3的作用下，靶蛋白被多泛肽化，随即被26S 蛋白酶体识别并讲解。泛肽再经去泛肽酶再生之后重复利用。
多泛肽链的形成通常还需要多泛肽链延伸因子（E4）的帮助。去泛肽化酶（DUB ）可消除错误的泛肽化。
泛肽结合蛋白（UBPs ）则通过与泛肽化蛋白的相互作用防止单泛肽变成多泛肽链，或把信号从泛肽化蛋白传向下游。
生物学意义：主要负责细胞溶胶和细胞核内短寿命蛋白和反常蛋白的降解，如转录因子和限速酶等。这些如
不及时降解，会干扰正常的生理活动。降解后，这些酶的数量由基因表达来调控，可以得到更精确的控制。
3. 胱天蛋白酶及其调节细胞凋亡的机制
细胞凋亡：是正常机体细胞在受到生理和病理性刺激后出现的一种自发的死亡过程，它受相关基因的调控，
因此又称程序性死亡（programmed cell death），在多细胞生物的组织分化、器官发育以及维持自身稳定中具有重要意义。细胞凋亡一旦失控或发生紊乱，必将导致疾病、畸形甚至死亡。
胱天蛋白酶：是一类介导细胞凋亡的Cys 蛋白酶家族，分子量30~50kDa，能特异地识别四肽模体并切断Asp
之后的肽键，活性中心为半胱氨酸，均以酶原形式合成与存在，基本结构包括：N-端结构域，一个大亚基（~20kDa）和一个小亚基（~10kDa）。N-端结构域由23~216个残基组成，序列高度可变，参与酶原激活的调节。pro-caspase 活化时，首先要切下C-端的小亚基，再从大亚基片段前切除N-端结构域，活性酶就是两个大亚基和两个小亚基
组成的异源四聚体。
4.caspase 诱发细胞凋亡的机理：
诱导细胞凋亡的因素经由不同的信号途径传递和放大，最后都集中于caspase ，在30~60min内，活化的
caspase 运用不同手段有效性地选择性地破坏维持细胞基本结构和功能的蛋白质，最终将细胞杀死。
（1）灭活细胞抗凋亡蛋白：活化的caspase-3可以把CAD （caspase-activated DNase 或DNA fragmentation
factor ）-ICAD (inhibitor of CAD)中的ICAD 降解，释放出有活性的CAD ，进入细胞核之后在核小体之间裂解染色体DNA ，使之片段化。凋亡抑制因子Bcl-2家族的一些抗凋亡成员也被活化的caspase 降解而丧失抗凋亡作用，有些片段甚至具有促凋亡作用。
（2）破坏细胞结构：活化的caspase-6可通过剪切直接拆毁细胞结构，如特异地切割核纤层蛋白和使染色
质组织化的刚性结构核板，促使染色质固缩。活化的caspase-3可将胶溶蛋白裂解，导致细胞骨架崩塌，并进一步活化下游caspase ，引起核裂解和细胞死亡。
（3）破坏细胞损伤监测网络和修复机制：细胞中存在着精巧的监测网络，以便及时探测DNA 的损伤，并在
DNA 修复期间推迟细胞周期的进程。监测基因组状态和调节细胞周期进程的两种重要的蛋白质p53和pRb 在凋亡期间被caspase-3和其它效应caspase 裂解。
（4）激活启动细胞死亡的蛋白激酶：至少有13种蛋白激酶被caspase-3和其它效应caspase 裂解为具有组
成型活性的催化片段，这些失控的激酶活性通过活化促凋亡基因的转录而启动细胞凋亡。
（5）细胞凋亡期间被caspase 裂解的还有一些与细胞信号转导有关的蛋白质。
5.caspase 对细胞凋亡的调节
pro-caspase 在活细胞中不断表达，在神经元中能存活一生，而细胞凋亡仍能迅速地被诱导，说明caspase
前体的加工与活性受到十分精密而有效的调控。
（1）转录调控：pro-caspase 基因的转录调控很重要。例如caspase-3的水平在淋巴细胞和成熟髓细胞中
相当高，而在乳腺上皮细胞和中枢神经中以低水平出现，凋亡启动后脑和神经细胞中pro-caspase-3的mRNA 浓度上升。
（2）死亡受体诱导的活化作用的调控：死亡受体相关的接应蛋白对pro-caspase 的活化作用受FLIP 等调节
因子的抑制。
（3）Bcl-2家族对Cytc: Apaf-1途径的调控：按分子结构Bcl-2凋亡调控蛋白家族可划分为Bcl-2、Bax
和BH-3亚家族。通过对Cytc: Apaf-1途径的调控，Bcl-2亚家族抑制凋亡，Bax 和BH-3亚家族促进细胞凋亡。
（4）IAP 的调节作用：IAP 能结合并抑制活化的caspase-3和caspase-7，与 pro-casepase-9结合并防止
其活化。
（5）翻译后修饰调节：在不同模型中，NO 可抑制或诱导细胞凋亡；有许多间接证据暗示caspase 是磷酸化
的靶标。
（6）有些病毒蛋白也可抑制caspase 的活性，如牛痘病毒编码的CrmA 作为假底物结合并抑制caspase-1的
活性。
第七章 蛋白质共价修饰
1. 蛋白质可逆磷酸化作用的特点
（1）专一性强：胞外信号经胞内信使控制蛋白激酶和蛋白磷酸酶的活性，通过对特定靶蛋白进行可逆的磷
酸化修饰调节细胞生理过程，与别构调节相比显然较少受胞内代谢物的影响，能较专一地对胞外刺激作出准确的应答。
（2）级联放大效应：信号转导过程包括一系列连锁反应，前面的反应对下一步的酶进行可逆磷酸化修饰，
从而使微弱的原始信号逐级放大，同时级联系统各层次的可调控性增强了对生理生化过程的调控作用。
（3）节省而有效的调节：可逆的磷酸化使被修饰的蛋白质激活或被“冻结”，在不改变蛋白质总量的情况下，
只需消耗很少的A TP ，就能有效地调节活性蛋白质的含量。与重新合成和分解相比，这种方式使细胞得以快速、有效、节省地对外界刺激作出反应。
（4）功能上的多样性：蛋白质的可逆磷酸化几乎涉及所有酶活性，包括调节酶活性，改变蛋白质的亚细胞
定位，参与磷蛋白为胚胎发育提供营养和调控细胞的生长发育、分裂分化、基因表达甚至癌变等。
（5）持续的时效：蛋白激酶一旦被激活，即通过自身磷酸化等方式把活性维持较长的时间，被它们磷酸化
的靶蛋白则可更长久地维持其效应，直至被蛋白磷酸酶脱去磷酸。
（6）时空上的精确性：每种蛋白质的磷酸化修饰具有自己的细胞周期特异性、发育阶段周期性、种属和组
织分布的特异性，从而呈现出特有的时空分布模式。
2. 调节活性的机制及意义
（1）磷酸化导致蛋白质整体构象发生较大变化：磷酸化位点虽然远离活性部位，导入一个负电基团带来的
结构信息经远距离的构象传导使得活性部位的构象发生巨大改变，使活性中心暴露。
（2）磷酸化导致功能部位区域构象发生变化：当磷酸化部位靠近功能部位时，引入的磷酸基团与功能区域
某个或某些残基相互作用，导致功能部位构象的改变或调整，使催化部位呈更为紧凑的部位。
（3）磷酸基的位阻效应导致功能丧失：有些蛋白质被磷酸化后构象并未发生明显改变，但由于引入的磷酸
基团的位阻效应而丧失其功能。
（4）磷酸化为其它蛋白质提供了识别标志：含有SH2结构域的下游蛋白可以识别上游蛋白磷酸化的酪氨酸
3. PKA ：PKA 是一类cAMP 的蛋白激酶，全酶由2个催化亚基和2个调节亚基组成（C 2R 2），分子量约150～170kDa 。在全酶分子中，R 2高度不对称，C 亚基大致呈球形。每个R 有两个cAMP 结合位点， R 2结合4个cAMP 后C 2R 2构象改变并解离，释放出有活性的催化亚基，使靶蛋白丝氨酸/苏氨酸磷酸化。
蛋白激酶：是能把磷酸基供体如A TP 的γ-磷酸基团转移到靶蛋白氨基酸受体上的酶类。国际生化与分子生
物学学会根据底物蛋白氨基酸残基的性质把蛋白激酶划分成五类：①丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（S/T PK），磷酸基受体是Ser 或Thr 的侧链羟基；②酪氨酸蛋白激酶（PTK ），磷酸基受体是Tyr （酪氨酸）的苯环羟基；③组氨酸/赖氨酸/精氨酸蛋白激酶（H/K/RPK），磷酸基受体分别是His 的咪唑环、Lys(l赖氨酸) 的ε-氨基和Arg （精氨酸）的侧链胍基；④半胱氨酸蛋白激酶，磷酸基受体是Cys （半胱氨酸）侧链巯基；⑤天冬氨酸/谷氨酸蛋白激酶，磷酸基受体是其侧链羧基。
4. 蛋白质翻译后修饰类型
链接去年考题：简述三种以上蛋白质翻译后修饰的过程及简要机制
新生多肽链离开核糖体很少是有功能的，多数都必须经过翻译后修饰才会转变为成熟的蛋白质。新合成多肽
链加工包括：氨基末端和羧基末端的修饰、信号序列的切除、个别氨基酸的修饰、糖类侧链的连接、异戊二烯基团的添加、辅基的加入、蛋白酶的加工、二硫键的形成。
（1）蛋白质前体的加工性部分水解
(如酶原的激活，前体在分拣运输中发生裂解切去N-端信号序列，抗原呈递中的部分水解等)
动物细胞内有多种加工性蛋白酶如前激素转化酶PC1、PC2、PC3, 能识别前体分子中的双碱性序列-RR-、
-KR 、-KK-等，从其羧基一侧切断肽链，从而切割加工受调控的激素前体。 举例：胰岛素在β细胞中以前胰岛素原的形式合成，进入ER-Golgi 系统中先切N-端的信号肽，重排二硫键，形成正确折叠的胰岛素原。在分泌小泡中由PC2和PC3切去中间的C 肽，产生的A 链与B 链由两个二硫键相连，再切去B 链C-端两个精氨酸，成为成熟的胰岛素。
（2）氨基酸残基的修饰：许多蛋白质要分别经过甲基化、乙酰化、羟基化、糖基化、（甲乙抢糖）脂酰化、羧基化、异戊烯基化、磷酸化（脂酰说一屋子磷酸）等共价修饰。
①酰胺化：有些蛋白质的羧基端的甘氨酸被酰胺化，以免被羧肽酶降解。反应分为两步：先是甘氨酸羟基化，
然后脱去1分子乙醛酸并产生新的酰胺化羧基端。
②γ-羧基化：在凝血酶原以及凝血因子Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ中均发现谷氨酸残基γ-羧基化。反应由依赖V K 的羧化
酶催化，形成γ-碳上有两个羧基，能与Ca2+螯合，在凝血中起重要作用。
③乙酰化：据估计人体内50%左右的蛋白质末端氨基被乙酰化，以延长其在细胞内的半寿期。其中组蛋白的
乙酰化状态在转录调控、染色质复制与组装中起重要作用，甚至还与细胞的分化和癌变有关。核心组蛋白（H2A 、H2B 、H3、H4）2的N-端富含Lys 残基，由组蛋白乙酰基转移酶（HAT ）催化其乙酰化，使正电荷减少而产生
构象改变，外侧结合的DNA 松解，才能与调控蛋白结合。
④甲基化：肌动蛋白、钙调素、细胞色素c 等少数几个蛋白中发现组氨酸的N-3和赖氨酸ε-氨基可被甲基
化。
⑤脯氨酰和赖氨酰的羟基化：胶原新生肽链在内质网腔内首先在脯氨酰-4-羟化酶（识别-Gly-x-Pro-）和赖氨
酰羟化酶（识别-Gly-x-Lys-）催化下，生成4-羟脯氨酰和δ-羟赖氨酰，再由脯氨酰-3-羟化酶（识别-Gly-Pro-Hyp-）把中间的脯氨酰3-羟基化，然后Hyl 再糖基化，才能形成三股螺旋前胶原。分泌到胞外后，切去N-端和C-端肽段，变为成熟的原胶原。原胶原自发聚合形成胶原微纤维。羟赖氨酰氧化酶催化Hyl 形成醛赖氨酰，两个醛赖氨酰缩合成醇醛，进一步与His 和Hyl 残基反应形成链间共价交联，成为稳定和强度高的胶原蛋白。
⑥ADP-核糖基化：蛋白质的ADP-核糖基化普遍存在于各类生物。哺乳动物核外蛋白质以单ADP-核糖基化
为主，ADP-核糖基转移酶从NAD+中把ADP-核糖基转移到Arg 、Asn 或His 的修饰产物白喉酰胺的侧链N 原子上。
（3）蛋白质与脂类共价结合
①糖基磷脂酰肌醇：GPI ，哺乳动物至少有50多种蛋白以此种方式与膜结合，包括水解酶、受体、粘附分
子、补体抑制因子和功能不详的表面抗原等。
②豆蔻酰化： G 蛋白α亚基、Src 或介导小泡运输的Arf 均以这种方式与质膜或小泡膜结合。这种修饰是伴
翻译的，不可逆。
③棕榈酰化：这种细胞定位的改变与其功能调节有密切关系。
④C-端异戊烯基化： Ras 蛋白以这种方式与膜结合，如阻断其法尼基化反应，也就阻断了它与膜的结合，
从而逆转Ras 转化细胞的功能。
（4）泛素化及泛素样修饰：泛肽-26S 蛋白酶体系统参与蛋白质的降解、Ⅰ类MHC 抗原肽的加工、膜受体和转运体的下调；蛋白质的SUMO 化修饰与转录调节、核转运、维持基因组完整性及信号传导等有关。
（5）蛋白质可逆磷酸化：蛋白质可逆磷酸化修饰是调控各种各样生物学功能的通用机制，是许多信号转导途径实现其生物学功能的枢纽。通过可逆磷酸化向蛋白质大分子中引入或者去掉一个或不多几个共价结合的磷酸基，可使生物活性发生很大转变。
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2011级高级生化2班复习资料
第一章 蛋白质结构与功能关系
蛋白质的二级结构（secondary structure）指多肽链主链本身折叠或盘曲所形成的局部空间构象，包括依靠氢键维系的有规则构象和多肽链主链中的无规卷曲以及非氢键维系的规则结构，不涉及侧链结构和整个肽链的空间排布。
1、螺旋：多肽链主链C α-C-N 的重复排列，使它容易形成有规律的卷曲构型，即螺旋，分为α-螺旋（3.613R ，即每圈约3.6个残基，每个肽键N 上的H 与后面第四个残基肽键羰基O 之间形成氢键，其间包括13个原子，右手螺旋，是球蛋白中最常见的结构）、310R 螺旋、π-螺旋等。
2、β-片层：两股或多股几乎完全伸展的肽链并列聚集，靠主肽链N 上的H 与相邻链羰基C 上的O 原子间规律的氢键，形成β-折叠片，β-折叠片有的是平行的，有的是反平行的。
3、环肽链（loop ）
（1）回折：肽链要折叠成坚实的球形，必须以多种方式多次改变其方向，如同一肽链形成的β-折叠股之间的连接肽。3~4个氨基酸残基通过特殊的氢键系统使肽链走向改变180°成为回折或转角，分为β-回折和γ-回折。 ①β-回折：由4个氨基酸残基组成，即第一个残基的羰基O 与第四个氨基酸残基α-氨基上的H 之间形成氢键。 ②γ-回折：由3个氨基酸残基组成，第一个残基的羰基O 与第三个残基的α-氨基H 原子间形成氢键，常出现在反平行β-折叠股之间。
（2）β发夹与β凸起：
β发夹：通过一段短的环链将两条相邻的β链连接在一起的结构，称为β发夹或发夹（hairpins ）结构，犹
如一弯折的发卡，故名。
4、Ω环：多肽链中由6~16个氨基酸残基组成的环状片段，两端距离小于0.1nm ，状似Ω字形，因此得名。Ω环形成一个内部空腔，被环上残基的侧链基团包裹，成为致密的球状构象。以亲水残基为主，几乎总是位于蛋白质分子表面，与生物活性有关。
5、连接条带：伸展的肽链条带连接在结构元件之间，它们的长度、走向颇不规则，在蛋白质肽链的卷曲、折叠过程中具有明确的结构作用。
6、无规则卷曲：蛋白质分子中存在空间结构不确定的区域，这种无序结构因其不断运动，或是具有不同的构象，因而得不到X-射线衍射图像
超二级结构（super-secondary structure）：相互邻近的二级结构单元相互聚集，形成更高一级的有规律的结构，称超二级结构，主要涉及这些构象元件在空间上如何聚集，超二级结构的形成主要是氨基酸残基侧链基团间相互作用的结果。
结构域（structural domain）二级结构和结构模体以特定的方式组织连接，在蛋白质分子中形成两个或多个在空间上可以明显区分的三级折叠实体，是三级结构的基本单位，结构域是相对稳定的球状亚结构，其间由单肽链相互连接，是独立的结构单位、独立的功能单位和独立的折叠单位。
锌指结构(Zine Finger,ZF)：一种DNA 结合蛋白中的结构基元，由一个含有大约30个氨基酸的环和一个与环上
2+的4个Cys 或2个Cys 和2个His 配位的Zn 构成，中间的X 4-20形成指状凸出。锌指蛋白与DNA 相互作用时，锌
指部分嵌入主槽，识别特定别特定的碱基序列，每个锌指大约识别5个碱基对。
亮氨酸拉链（Leucine Zipper,LZ）：LZ 结构的C 端为螺旋区，靠近N 端一侧的一段螺旋富含碱性氨基酸残基，其后的一段螺旋每隔6个残基就有一个Leu ，每个这样的螺旋不少于4个Leu ，且都处于螺旋的同一侧，这样，当含有LZ 的蛋白形成同源或异源二聚体时，LZ 结构中的Leu 残基借助疏水作用彼此靠拢，形同拉链。
2+EF 手（EF-hand ）：由两个α螺旋（E 和F ）与连接它们的环组成，E 螺旋含9个残基，用右手食指表示；与Ca
结合的环含12个残基，用弯曲的中指表示；F 螺旋含18个残基，用拇指表示。
蛋白质组学：通过直接研究某一物种、个体、器官、组织及细胞中全部蛋白质，获得整个体系内所有蛋白质组分的生物学和理化参数，从而揭示生命活动规律的科学。
分子伴侣（molecular chaperone）：结合并稳定靶蛋白的不同的不稳定构象，通过控制与靶蛋白的结合与释放，
推动其在活体内正确折叠、组装、运输到位，或控制其在活化与钝化构象之间转换，但并不构成靶蛋白组成部分的蛋白质。
热激蛋白（heat shock protein，Hsp ）：广泛存在于原核细胞和真核细胞中的一类在生物体受到高温等逆境刺激后大量表达的保守性蛋白质家族，是多基因族编码产物，有组成型和胁迫诱导的，具有分子伴侣功能，参与蛋白质新生肽链的折叠和组装。可分Hsp70、Hsp60、Hsp90、Hsp110等亚类。
热激蛋白的分子伴侣功能：
1、Hsp70的分子伴侣功能：大肠杆菌的Hsp70帮助前体蛋白维持转位能力，防止变性蛋白质进一步变性和聚集。Hsp70在线粒体前体蛋白的跨膜运输中发挥重要作用，Hsp70与其结合可保持其松弛状态，以便能通过线粒体膜上的转位酶通道。在细胞受到热胁迫时，Hsp70可与局部变性的蛋白结合，防止其聚集，消除后，则解离，并帮助其复性。
2、监护蛋白是帮助蛋白质折叠的分子伴侣
3、LMWHsp 形成的热激颗粒为变性蛋白提供一个结合表面
4、Hsp90是具有调节功能的分子伴侣：Hsp90是高度保守的热激蛋白家族，通过参与许多激酶、受体、转录因子的折叠、组装、解聚或构象改变调节其活性。
5、Hsp104是帮助聚集物解聚的分子伴侣：其以一种依赖ATP 的方式帮助在严重的热冲击条件下形成的聚集体解聚。
肌红蛋白的结构与功能关系
蛋白质的功能与其特殊的结构有着十分密切的联系，结构是特定功能的内在依据，功能则是特定结构的外在表现。下面以肌红蛋白和血红蛋白加以说明：
肌红蛋白为球蛋白，其分子包括一条153个氨基酸残基组成的多肽链和一个血红素，多肽链中75%-80%处于α-螺旋中，其余为无规则卷曲，整个肽链有8个长短不一的螺旋段，螺旋间的连接肽为无规卷曲，在侧链基团相互作用下盘曲形成扁园的球体。绝大多数亲水残基分布在分子表面，使肌红蛋白可溶于水；疏水残基则埋藏于分子内部，肌红蛋白分子表面有一狭缝，E 螺旋和F 螺旋位于狭缝两侧，形成一个疏水环境，肌红蛋白的辅基血红素结合于这个狭缝内。
肌红蛋白的功能主要是贮存氧，在细胞代谢需要氧时放出氧，氧合曲线为双曲线，适合于通过组织从血液结合氧气将它储藏在细胞内。
血红素在水中可以短暂地与氧结合，然后形成血红素-O 2-血红素夹层中间物，很快产生不能氧合的高铁血红素，虽然肌红蛋白中真正与氧结合的是血红素，但是肽链起围篱作用。由于血红素结合在肽链围绕的疏水夹缝中，远
2+侧组氨酸的位阻效应防止了夹层复合物的形成，避免了Fe 氧化或流失，同时阻碍CO 的结合降低其亲和力，使
血红素能够长时间的可逆氧合-放氧，完成O 2载体的使命。另外它还降低了血红素的水溶性，和蛋白质结合后溶解度增大，结合O 2的能力增强。
脱氧肌红蛋白中α-螺旋含量约60%，三维结构比较松散，稳定性下降。与血红素结合后，构象发生变化，α-螺旋含量恢复至75%，分子结构比较紧凑，稳定性也明显提高。这说明血红素辅基对肽链折叠也有影响。
血红蛋白的结构与功能关系
Hb 具有四个亚基组成的四级结构（α2β2），每个亚基含一条多肽链和1个血红素辅基，可携带一个血红素
并携带一分子氧，因此1分子Hb 共结合四分子氧。Hb 各亚基的三级结构与Mb 极为相似，血红蛋白结合部位非常保守。血红蛋白的四个亚基按四面体排布，中心形成空穴。
Hb 从肺泡到组织的氧气运输，氧合曲线为S 型，血红蛋白和氧气结合存在协同效应，即先结合的氧气影响
同一分子中空闲的氧气结合部位对后续氧气的亲和力。
当氧和血红素结合时，亚铁离子外层电子重排，从顺时变成反时，直径缩小13%，卟啉平面变成扁平，铁移
入卟啉平面中央小孔，触发了血红蛋白亚基构象改变，改变了原来非共价键，形成了新的非共价键，导致其他单
个没有与氧结合的亚基发生变化，导致局部的氧合部位构象改变，对氧的亲和力提高，出现S 型曲线。
Hb 与Mb 一样能可逆地与O2结合， Hb 与O2结合后称为氧合Hb 。Mb 是单体，Hb 是四聚体，其结构与功能相适应，在氧分压较低的时候，Mb 对O2的亲和力远大于Hb 。
第二章 酶的结构与功能
乒乓反应：是双底物双产物酶促反应中的一种，在该反应中，酶结合一个底物并释放一个产物，留下一个取代酶，然后该取代酶再结合第二个底物和释放出第二个产物，最后酶恢复到它的起始状态。
如谷-丙转氨酶 还有些物质与底物共用一部分结合
位点，或因抑制剂结合部位与底物结合部位在空间上重叠，发生空间位阻，从而可降低酶的催化活性，这种抑制酶催化活性的作用称竞争性抑制作用。其Km 增加，Vmax 不变。
酶的催化机制
诱导契合机制：酶与底物靠近→定向→酶与底物相互诱导变形→契合成中间产物→产物脱离
（1）底物的邻近效应与定向效应
底物的邻近效应(proximity)是指酶与底物通过专一的相互识别，形成中间络合物，把底物分子间的反应转变为络合物分子内的反应。定向效应(orientation)则是指在酶底物中间络合物内，底物的反应基团与酶的催化基团的正确取向。通过邻近效应和定向效应，是酶的活性中心底物浓度大大增加，ES 平均寿命延长，从而极大的增加了发生反应的几率。
（2）底物的变形(distortion)和诱导契合(induced fit)
酶在底物的诱导下构象改变，转变为高活力构象，同时，底物分子在酶的诱导下发生各类扭曲和去稳定作用，底物比较接近它的过渡态，降低了反应活化能，使反应易于发生。
（3）广义酸碱催化(acid-base catalysis) ：广义酸提供H+促进过渡态络合物的形成，降低反应活化能，从而加速反应的进行。
（4）共价催化(covalent catalysis)：酶活性中心亲电/亲核基团参与S 敏感键断裂，形成的中间产物不稳定，易断裂而形成产物，酶复原。
（5）金属离子催化：需要金属离子的酶分为金属酶（含紧密结合的金属离子）和金属激活酶（含松散结合的金属离子），金属离子可以参与底物反应的定向、通过价态改变参与电子转移、通过静电稳定或者屏蔽负电荷。
（6）多元催化和协同效应：多元催化是指几个基团反应协同作用结果，活性中心是由多个基团共同构成；
（7）活性部位微环境的影响：活性中心周围为非极性环境，即低介电环境，酶催化基团和底物分子的敏感键之间有很大反应力，有助于加速酶促反应。
别构酶活性调节模型：
别构酶是一种活性受到结合在活性部位以外部位的其他分子调节的酶。
配体与寡聚蛋白中的一个原体结合，使该原体发生构象改变，并通过四级结构的相互联系引起其余原体的构象变化，从而影响后续配体的结合。先结合的配体使后续配体更易结合成为正协同，反之为负协同。先结合的配体影响同种配体与同种空闲部位结合，称为同促效应，影响异种配体与异种空闲部位结合称为异促效应。同促效应既表现为正协同，又表现为负协同，而异促效应只表现为正协同。
（1）齐变模型（concerted modle）或对称（symmetry ）模型：
①别构酶分子中的亚基以旋转对称方式排列；每个亚基对每种配体（底物或调节物）只有一个结合位点。整个酶分子以两种构象存在，分别是松弛型（R 型）和紧密型(T型) ，R 型有利于与底物或调节物结合，T 型不利于与底物或调节物结合
②同一酶分子中，不存在构象杂合体（RT 型），它的亚基要么都以R 型存在，要么都以T 型存在。
③两种构象状态间的转变，对每个亚基来说，都是同时、齐步发生的。
④当底物不存在时，绝大多数酶分子均为T 型，加入底物后，T 型各亚基齐步向R 型转变，且对称性保持不变。转变为R 型后加大了对底物的亲和性。
（2）序变模型（sequential modle）
①别构酶的亚基只有两种构象状态，R 型和T 型，其中R 型为“开”的构象，有利于与底物或调节物结合，T 型为“关”的构象，不利于与底物或调节物结合。
②当底物或调节物不存在时，别构酶只以一种构象存在，即T 构象
③当底物与一个亚基结合时，此亚基构象发生变化，并使邻近的亚基易于发生同样的构象变化，当第二个底物与第二个亚基结合后，又导致第三个亚基易于发生同样的变化，如此顺序传递下去，直到最后一个亚基发生类似的够象变化。即同一酶分子中，各亚基从T 向R 转变是逐个依次进行的。
④一个亚基与底物结合引起的构象变化，会增强或减弱同一酶分子中其余亚基对底物的亲和力，即可为正协同效应也可为负协同效应。
第三章 生物膜与物质运输
膜脂运动
(1)膜脂的流动性
膜脂流动性反映膜脂分子在脂双层中的分子内和分子间运动，这些运动可归纳为以下几种方式。
①侧向扩散，即膜脂分子在脂双层同一片层内与邻近分子进行换位，扩散速率的大小可用扩散系数DL 表示。在生物膜和人工膜都存在膜脂分子的侧向扩散，而且速度很快。
②旋转扩散：即膜脂分子从脂双层的一叶翻转到另一片层。由于膜脂均为两亲性分子，这种翻转运动必须通过脂双层的疏水核，因此要比侧向扩散慢得多。
③脂酰基的异构化运动：膜脂分子中的脂酰基烃链可绕C-C 单键旋转，从而导致其构型发生转变。在低温条件下，脂酰基烃链主要表现为全反式构型，随着温度升高，偏转构型增多，膜流动性增大。
④膜脂分子绕与膜平面垂直的轴左右摆动，其极性头部运动较快，甘油骨架运动较慢，脂酰基烃链部运动也较快，其尾部运动得最快。
⑤膜脂分了围绕与膜平面垂直的轴作旋转运动，其转动速率约为每10ns 转动2π角度。
(2)膜蛋白的运动性
脂双层可视为整合蛋白的分散介质，因此脂质分子的物理状态就成了整合蛋白运动性的重要决定因素。膜整
合蛋白的主要运动方式包括侧向扩散、旋转运动、构象变化以及蛋白复合物的聚集与解聚等。
①膜蛋白的侧向扩散，即膜蛋白沿膜平面作侧向移动。膜蛋白的运动性取决于脂双层的微粘度和膜蛋白自身的大小，以及蛋白质之间的相互作用，尤其是与膜骨架的联系。膜蛋白的侧向扩散对膜酶复合物和受体系统发挥功能具有重要的意义。
②膜蛋白可绕与膜平面垂直的轴作旋转运动。膜蛋白的旋转运动与周围脂质有密切关系，脂双层的微粘度同样也影响膜蛋白的旋转运动。
核质运输过程
核被膜将细胞核与胞浆分隔开，二者之间的物质运输需经核孔复合物（NPC ）进行。分子量小于5kDa 的物质随机扩散通过核孔；5~50kDa的物质可能经被动扩散进入核内，也可能经由主动运输；分子量＞50kDa 的物质，像组装的核糖体亚基和信息体等巨大的核蛋白复合物，必须经由NPC 主动运输。大分子的核质运输依赖于温度和能量供给，还需要运输因子的介导和核孔复合物蛋白的参与。
（1）核输入：
输入细胞核的蛋白质内有一段特殊的氨基酸序列作为输入信号，称为核定位信号（nuclear localization signal, NLS ）。NLS 介导的蛋白质核输入是个多步骤、单向、温度和能量依赖的复杂过程，并表现出竞争饱和性。并需要一些胞质蛋白因子如输入素（importin ）α、importin β、Ran 和NTF2等的帮助。
其入核步骤如下：①亲核蛋白通过NLS 识别importin α，与可溶性NLS 受体importin α/importinβ异二聚体结合，形成转运复合物；②importin β可与NPC 组分相互作用，importin ·NLS 蛋白转运复合物借助于importin β在核
孔周围聚集；③NTF2（p10）可与NPC 中心区的糖蛋白p62结合，引导NLS 蛋白·输入素复合物到达中心通道。④importin β与小G 蛋白Ran-GTP 结合，导致α／β二聚体解聚，并促进输入素从核孔复合物结合部位释放出来，亲核蛋白释放入核质，该过程可能还需要一些Ran 结合蛋白（Ran BP）和Ran GAP的协同作用。
（2）核输出：与核输入形成对照，输出的多为巨大的核蛋白颗粒（RNP ），转位时打开成为直径的25nm 的颗粒，可能是NPC 最大输出尺寸。对蛋白质等大分子上核输出信号（NES ）所知有限，这些NES 常常是接应蛋白的结合部位。
泡囊运输
蛋白质等生物大分子通过质膜进／出细胞（内吞／外排），以及经由内质网-Golgi 器运输到质膜和其它内膜系统，均需依赖有被泡囊运输（coated vesicle traffic）系统。
1. 泡囊运输过程可划分成三个阶段：①货物在供体膜上聚集，膜发生凹陷，出芽，形成有被小泡；②运输小泡在细胞内定向转移（靶向）；③小泡停靠在受体膜（靶膜）上，拆卸外被，小泡膜与靶膜融合，释放出内涵物，完成货物运送。
2. 泡囊运输中至少形成三类不同的外被：①网格蛋白或包涵素包被的小泡，负责运输液泡／溶酶体蛋白；② 接合蛋白或适配素（adaptin ）；③COP 包被的小泡，负责ER 到Golgi 器以及Golgi 器各区间的蛋白质运输；④lace-like 包被的小泡，负责Golgi 网到质膜及分泌蛋白的运输。
3. 以受体介导的内吞（receptor-mediated endocytosis）为例，说明泡囊运输的步骤
①接合蛋白复合物AP2被募集到质膜内侧，停靠在synptotagmin 上；
②AP2在质膜内侧自动群集，并募集网格蛋白三叉辐射体组装成网格状结构；
③dynamin 被募集到AP2-网格蛋白网格状结构上，弯曲，形成有被小窝；
④受体自动聚集到有被小窝（有的受体在结合配体时才聚集到有被小窝）；
⑤配体与受体结合，触发有被小窝内陷（开始出芽），通过一个狭口粘在质膜内侧，dynamin 在缺口上重新分配； ⑥膜的外叶开始融合，小泡出芽，这个过程需水解ATP 和GTP ；
⑦释放网格蛋白，Hsc70和auxilin 介导外被的拆卸，这个过程也要水解ATP ；
⑧释放AP2，失去外被的内吞小泡与胞内体融合，释放出所结合的配体。内吞小泡与初级溶酶体融合形成次级溶酶体，其中的水解酶可将配体降解。含有受体的小泡可与质膜融合，使受体循环使用，或将受体送入溶酶体降解。 氧化磷酸化机制
ATP 合酶是生物体能量代谢的关键酶，在跨膜质子电化学势的推动下催化ATP 的合成，因而又称H +-ATPase 。由突出于膜外的F 1和嵌入膜内的F O 两部分组成，F 1部分有3个催化位点，催化ATP 的水解或合成；F O 是一个疏水蛋白复合体，形成跨膜的H +通道。
氧化磷酸化偶联机制：化学渗透假说认为能源物质氧化时高能电子经呼吸链传递激活O 2，生成了H 2O ，同时推动H +从线粒体内膜内侧转移到外侧，建立跨膜的H +电化学梯度，再由这种跨膜的H +电化学势驱动F 1-F 0 ATPase合成A TP 。但是化学渗透假说为泛醌在电子传递中作用提出的Q 循环还有待进一步证明；化学渗透假说的基础是膜的完整性，而类囊体膜并未形成闭合的基粒；据测定，线粒体内膜的电化学势大约可合成1分子ATP ，而实际上每生成1分子H 2O 合成3分子ATP 。故这种观点尚待确认。
第四章 糖蛋白
1. 聚糖的生物学作用
（1）聚糖在蛋白质分子正确折叠和亚基缔合中的作用
N-糖基化是伴翻译过程，N-聚糖的引入可作为肽链正确折叠的重要信号、分子伴侣等。
（2）聚糖对蛋白质的屏蔽效应
聚糖覆盖于糖蛋白表面，聚糖越大，天线数越多，覆盖的面积就越大，就更有利于糖蛋白抗御蛋白酶的水解。
（3）聚糖在糖蛋白细胞内分拣、投送和分泌中的作用
合成溶酶体蛋白上Man-6-P 的关键酶N-乙酰氨基葡萄糖磷酸转移酶的缺失导致溶酶体酶无法投送到位，造
成胎死腹中。
（4）聚糖对糖蛋白生物活性的影响
糖链是亲水结构，酸性糖链还带有负电荷，糖链的引入必然改变蛋白分子亲水表面的大小与布局和/或电荷
平衡，影响蛋白质的构象，从而不同程度地影响其生物学性质。
（5）聚糖在分子识别和细胞识别中的作用
糖链最重要的生物学功能是在分子识别和细胞识别中充当信号分子，其能够在受体-配体相互识别、维持血
浆糖蛋白平衡、构成某些抗原决定簇、凝集素对单糖和聚糖的识别、病原体-寄主细胞的识别、配子识别与结合和细胞粘附中发挥作用。
2. 糖蛋白生物合成调控
（1）糖基化位点的选择
除多肽链中的N-糖基化位点Asn-x-Ser/Thr三联序列子外，决定是否糖基化的因素有①这个三联序列子如
处于亲水片段才能被N-糖基化。②三联序列子约70%处于β-转角，N-糖基化的几率最高；约20%处于β-折叠，而10%处于α-螺旋中的三联序列子N-糖基化几率最低。③三联序列子中的X 也明显影响N-糖基化效率。④邻近三联序列子的氨基酸也可影响其糖基化率，如Pro 则降低糖基化率，羟基化氨基酸
（2）糖基供体的可利用性
ER-Golgi 膜上的糖核苷酸运输系统是双向搬运工，一方面把各种活化糖基供体运入ER-Golgi 腔内，保证了
糖基化反应对供体的需求；另一方面糖基转移反应生成的5’-NMP 通过抑制运输装置和糖基转移酶的活性，来保证糖基转移酶有足够的活性。
（3）遗传控制
聚糖生物合成主要涉及糖基转移酶，其有极高的底物专一性，即对糖基供体和受体的结构有高度选择性，前一
个酶的产物优先被另一糖基转移酶用作后续糖基化的受体底物，结果一组相关的糖基转移酶按一定的顺序作用，以非凡的精确度把单糖基彼此连接成特定的聚糖。
3.N-聚糖：连接在蛋白质肽链中天冬酰胺残基侧链酰胺氮上的寡糖。此类寡糖通常均有一个核心的五糖和类似结构的外周糖链。
第五章 信号转导
1受体：是细胞表面或亚细胞组分中的一类特殊的蛋白质分子，可识别并专一地结合有生物活性的信号分子，从而激活或触发一系列生化反应，最终产生该信号特定的生物学效应。受体多为糖蛋白，一般有两个以上的结构域：配体结合区和效应调节区。受体的基本特征：特异性、敏感性、饱和性和可调控性。
2接头蛋白：通常含有多个结合其它分子的特殊蛋白模块（如SH2、SH3、PTB 、PTD 、WW 、PH 等），或与蛋白模块结合的结构（如磷酸化的酪氨酸、富含脯氨酸的模体、磷脂等），因此可以把上游和下游的信号分子连接在一起，协助信号的传递。
锚定蛋白：是一类特殊的接头蛋白，除结合多种信号分子外，还通过它的一端与细胞膜结构相结合，把胞浆中与同一信号传递过程密切相关的信号分子定位在近膜区。
3第二信使：是指受体被激活后在细胞内产生的介导信号转导通路的活性物质. 已经发现的第二信使有许多种，如Ca2+、cAMP 、cGMP 、IP3和DG 。
4 G 蛋白：即GTP 结合蛋白或鸟苷酸调节蛋白，已发现它是一个蛋白质家族，其中有许多在细胞信号转导中起着偶联膜受体与效应器的中介作用。G 蛋白的GTP 结合形式为其活化状态；GDP 结合形式为其非活化状态。通常按其分子大小分为异源三聚体（αβγ）G 蛋白，缩写为Gp ，和单链小分子G 蛋白。
5小分子G 蛋白:家族至少有60多个成员，均为分子量20～30kDa 的单肽链，GTP 结合形式为活化状态，GDP 结合形式为非活化状态。根据氨基酸序列同源性，将其划分为6个家族，即Ras 、Rho 、Arf 、Sar 、Ran 和Rab 。小G 蛋白都有4个保守的结构域（Ⅰ～Ⅳ），Ⅰ和Ⅱ区有GTPase 活性区，Ⅱ～Ⅳ区为GTP/GDP结合部位。
小G 蛋白的GTPase 活性很低，在生理条件下不能把结合的GTP 水解成GDP 和Pi ，需要GAP （GTPase activating protein ）的帮助才能水解GTP 。许多小G 蛋白的GDP 结合形式与GDI （GDP dissociated factor ）形成稳定的复合物存在于胞浆中。在GDF （GDI dissociated factor）和GEF （guanine nucleotide exchange factor）的帮助下，非活化状态的小G 蛋白与GDI 和GDP 解离，与GTP 结合。这些蛋白因子共同组成了一个调节小G 蛋白活性的体系。
6细胞信号转导：指细胞感受、转导环境刺激的分子途径及其对代谢生理反应和基因表达的调控，即胞外信号首先刺激细胞质膜，通过跨膜的信号转导系统引发胞内各种特定的反应，细胞信号转导包括信号分子的接收、信号的放大和效应的产生三个阶段。
7.MAPK ：MAPK 是一类蛋白激酶家族，普遍存在于动植物与真菌中，参与细胞因子、一下激素的信号传导以及应激等刺激下的细胞反应，分ERK 、JNK/SAPK和p38三个亚家族。
8信号转导途径之间的关系（cAMP 与Ca2+通路间的互作）：
下图较系统地展示了cAMP 与Ca 2+信号途径之间在不同层面上的交谈：
图6.37 cAMP与Ca 信号途径的交谈
2+
①Ca 2+活化CaM 之后，可激活依赖Ca 2+-CaM 的PDE ，从而降低cAMP 的浓度；另一方面，PKA 可将与内
质网Ca 2+泵结合的受磷蛋白磷酸化，或使质膜Ca 2+泵C-端磷酸化激活Ca 2+泵，把Ca 2+泵入钙库或胞外而降低胞浆中的Ca 2+浓度。在这一点上两条信号通路之间实为负反馈相互抑制作用。
②Ca 2+·CaM 激活的肌球蛋白轻链激酶（MLCK ）如先被PKA 磷酸化便难以结合Ca 2+·CaM ，二者在此相
互拮抗。
③PKA 和CaMPK 共同的底物糖原合酶被磷酸化后钝化，而糖原磷酸化酶激酶（PhK ）同时被PKA 激活，
PhK 的一个调节亚基实际就是CaM ，必须与Ca 2+结合才能被激活，因此cAMP 和Ca 2+信号促进糖原的降解同时抑制糖原合成，两条信号途径在这一点上相互协同。
④PKA 和CaMPK 都能活化转录因子CREB ，促进相同的基因表达，也表现为协同作用。
⑤大多数ACase 亚型都能被Ca 2+·CaM 激活，表现为Ca 2+信号可促进cAMP 信号；而PKA 将IP 3R 磷酸化
使这个Ca 2+通道对IP 3刺激的敏感性下降，抑制Ca 2+信号的强度。
⑥Ca 2+·CaM 活化的蛋白磷酸酶2B （PP2B ）可使PDE 脱磷酸而活化，加速cAMP 的降解；PP2B 还催化
PP1抑制蛋白（I-1）脱磷酸而失去抑制作用，从而使PP1活化，把被PKA 磷酸化的靶蛋白脱磷酸，逆转cAMP 信号途径的作用，表现为拮抗性相互作用。
其实PKA 的靶蛋白还有许多，受Ca 2+调节的酶和生理过程更多，这两条信号途径之间的关系还要错综复杂
得多。信号网络本身及其中的信息流动都无时无刻受到细胞结构、基因表达、代谢活动和内外环境变化的限制与调节。彻底揭示活体内信息网络的运行机制，将是一项极其艰巨的任务和长期奋斗的目标。
第六章 蛋白质降解
1. 蛋白质降解的意义
①. 维持细胞内氨基酸代谢库的动态平衡，有助于维持细胞家政和生长发育需要；
②. 参与细胞程序性死亡和贮藏蛋白的动员，
②按化学计量或脱辅基蛋白/辅因子比率累积寡聚蛋白的亚基
④. 蛋白质前体分子的水解裂解加工，切去多余的残基或片段生成成熟的蛋白质分子；
⑤清除反常蛋白质以免其累积到对细胞有害的水平，如基因突变、自由基损失和病理状态等产生的反常蛋白。
⑥控制细胞内关键蛋白的浓度，调节代谢或控制发育进程
⑦参与细胞防御机制，如补体系统中许多组分具有蛋白酶活性。
⑧蛋白质降解机制研究用于生物技术，例如Lon -E.coli 中La 缺失，可避免将引入的外源基因编码的蛋白质
降解。
2. 蛋白质降解系统
（1）溶酶体系统
溶酶体富含在酸性条件下起作用的酶，能把经内吞被摄入细胞的外源蛋白或经受体介导胞饮进入的脂蛋白、
铁传递蛋白、激素、受体等长寿命蛋白迅速降解成肽和氨基酸。现已查明，溶酶体中至少有60多种水解酶，包括多种组织蛋白酶。实验表明溶酶体系统在一定的营养和内分泌状况下似乎是细胞蛋白降解的主要途径。
（2）蛋白质降解的泛肽途径
考题链接：简述蛋白质泛素降解的过程及生物学意义
真核细胞中，细胞溶胶和细胞核内多数蛋白由泛肽-26S 蛋白酶体途径降解。泛肽是一种高度保守的小蛋白，
主要定位于细胞溶胶和细胞核，在一系列酶的作用下与靶蛋白共价连接。多泛肽化的靶蛋白可被26S 蛋白酶体识别并迅速降解。
泛肽途径涉及到的酶有泛肽活化酶（E1）、泛肽载体蛋白（E2）、泛肽-蛋白连接酶（E3）和26S 蛋白酶体。
通常只有一种E1，催化泛肽的活化。而E2和E3却存在很多种，尤其是E3，主要负责泛肽同蛋白质结合的选择性和降解的专一性，不同的靶蛋白由不同的E3来识别。26S 蛋白酶体由至少30多种不同的亚基组成，包括空桶状的20S 蛋白酶体和结合在其两端的19S 调节复合物，催化多泛肽化靶蛋白质降解。
泛肽途径的酶促过程概括如下：在E1催化下活化的泛肽以硫酯键连接在E1上，消耗一分子ATP ；在E2作
用下，活化的泛肽分子以硫酯键结合于E2上；之后，E3可直接或间接地与特定的靶蛋白结合，直接或间接地将泛肽从硫酯中间物转移到底物蛋白一个Lys 残基的ε-氨基N 上，形成多泛肽链。在E1、E2、E3的作用下，靶蛋白被多泛肽化，随即被26S 蛋白酶体识别并讲解。泛肽再经去泛肽酶再生之后重复利用。
多泛肽链的形成通常还需要多泛肽链延伸因子（E4）的帮助。去泛肽化酶（DUB ）可消除错误的泛肽化。
泛肽结合蛋白（UBPs ）则通过与泛肽化蛋白的相互作用防止单泛肽变成多泛肽链，或把信号从泛肽化蛋白传向下游。
生物学意义：主要负责细胞溶胶和细胞核内短寿命蛋白和反常蛋白的降解，如转录因子和限速酶等。这些如
不及时降解，会干扰正常的生理活动。降解后，这些酶的数量由基因表达来调控，可以得到更精确的控制。
3. 胱天蛋白酶及其调节细胞凋亡的机制
细胞凋亡：是正常机体细胞在受到生理和病理性刺激后出现的一种自发的死亡过程，它受相关基因的调控，
因此又称程序性死亡（programmed cell death），在多细胞生物的组织分化、器官发育以及维持自身稳定中具有重要意义。细胞凋亡一旦失控或发生紊乱，必将导致疾病、畸形甚至死亡。
胱天蛋白酶：是一类介导细胞凋亡的Cys 蛋白酶家族，分子量30~50kDa，能特异地识别四肽模体并切断Asp
之后的肽键，活性中心为半胱氨酸，均以酶原形式合成与存在，基本结构包括：N-端结构域，一个大亚基（~20kDa）和一个小亚基（~10kDa）。N-端结构域由23~216个残基组成，序列高度可变，参与酶原激活的调节。pro-caspase 活化时，首先要切下C-端的小亚基，再从大亚基片段前切除N-端结构域，活性酶就是两个大亚基和两个小亚基
组成的异源四聚体。
4.caspase 诱发细胞凋亡的机理：
诱导细胞凋亡的因素经由不同的信号途径传递和放大，最后都集中于caspase ，在30~60min内，活化的
caspase 运用不同手段有效性地选择性地破坏维持细胞基本结构和功能的蛋白质，最终将细胞杀死。
（1）灭活细胞抗凋亡蛋白：活化的caspase-3可以把CAD （caspase-activated DNase 或DNA fragmentation
factor ）-ICAD (inhibitor of CAD)中的ICAD 降解，释放出有活性的CAD ，进入细胞核之后在核小体之间裂解染色体DNA ，使之片段化。凋亡抑制因子Bcl-2家族的一些抗凋亡成员也被活化的caspase 降解而丧失抗凋亡作用，有些片段甚至具有促凋亡作用。
（2）破坏细胞结构：活化的caspase-6可通过剪切直接拆毁细胞结构，如特异地切割核纤层蛋白和使染色
质组织化的刚性结构核板，促使染色质固缩。活化的caspase-3可将胶溶蛋白裂解，导致细胞骨架崩塌，并进一步活化下游caspase ，引起核裂解和细胞死亡。
（3）破坏细胞损伤监测网络和修复机制：细胞中存在着精巧的监测网络，以便及时探测DNA 的损伤，并在
DNA 修复期间推迟细胞周期的进程。监测基因组状态和调节细胞周期进程的两种重要的蛋白质p53和pRb 在凋亡期间被caspase-3和其它效应caspase 裂解。
（4）激活启动细胞死亡的蛋白激酶：至少有13种蛋白激酶被caspase-3和其它效应caspase 裂解为具有组
成型活性的催化片段，这些失控的激酶活性通过活化促凋亡基因的转录而启动细胞凋亡。
（5）细胞凋亡期间被caspase 裂解的还有一些与细胞信号转导有关的蛋白质。
5.caspase 对细胞凋亡的调节
pro-caspase 在活细胞中不断表达，在神经元中能存活一生，而细胞凋亡仍能迅速地被诱导，说明caspase
前体的加工与活性受到十分精密而有效的调控。
（1）转录调控：pro-caspase 基因的转录调控很重要。例如caspase-3的水平在淋巴细胞和成熟髓细胞中
相当高，而在乳腺上皮细胞和中枢神经中以低水平出现，凋亡启动后脑和神经细胞中pro-caspase-3的mRNA 浓度上升。
（2）死亡受体诱导的活化作用的调控：死亡受体相关的接应蛋白对pro-caspase 的活化作用受FLIP 等调节
因子的抑制。
（3）Bcl-2家族对Cytc: Apaf-1途径的调控：按分子结构Bcl-2凋亡调控蛋白家族可划分为Bcl-2、Bax
和BH-3亚家族。通过对Cytc: Apaf-1途径的调控，Bcl-2亚家族抑制凋亡，Bax 和BH-3亚家族促进细胞凋亡。
（4）IAP 的调节作用：IAP 能结合并抑制活化的caspase-3和caspase-7，与 pro-casepase-9结合并防止
其活化。
（5）翻译后修饰调节：在不同模型中，NO 可抑制或诱导细胞凋亡；有许多间接证据暗示caspase 是磷酸化
的靶标。
（6）有些病毒蛋白也可抑制caspase 的活性，如牛痘病毒编码的CrmA 作为假底物结合并抑制caspase-1的
活性。
第七章 蛋白质共价修饰
1. 蛋白质可逆磷酸化作用的特点
（1）专一性强：胞外信号经胞内信使控制蛋白激酶和蛋白磷酸酶的活性，通过对特定靶蛋白进行可逆的磷
酸化修饰调节细胞生理过程，与别构调节相比显然较少受胞内代谢物的影响，能较专一地对胞外刺激作出准确的应答。
（2）级联放大效应：信号转导过程包括一系列连锁反应，前面的反应对下一步的酶进行可逆磷酸化修饰，
从而使微弱的原始信号逐级放大，同时级联系统各层次的可调控性增强了对生理生化过程的调控作用。
（3）节省而有效的调节：可逆的磷酸化使被修饰的蛋白质激活或被“冻结”，在不改变蛋白质总量的情况下，
只需消耗很少的A TP ，就能有效地调节活性蛋白质的含量。与重新合成和分解相比，这种方式使细胞得以快速、有效、节省地对外界刺激作出反应。
（4）功能上的多样性：蛋白质的可逆磷酸化几乎涉及所有酶活性，包括调节酶活性，改变蛋白质的亚细胞
定位，参与磷蛋白为胚胎发育提供营养和调控细胞的生长发育、分裂分化、基因表达甚至癌变等。
（5）持续的时效：蛋白激酶一旦被激活，即通过自身磷酸化等方式把活性维持较长的时间，被它们磷酸化
的靶蛋白则可更长久地维持其效应，直至被蛋白磷酸酶脱去磷酸。
（6）时空上的精确性：每种蛋白质的磷酸化修饰具有自己的细胞周期特异性、发育阶段周期性、种属和组
织分布的特异性，从而呈现出特有的时空分布模式。
2. 调节活性的机制及意义
（1）磷酸化导致蛋白质整体构象发生较大变化：磷酸化位点虽然远离活性部位，导入一个负电基团带来的
结构信息经远距离的构象传导使得活性部位的构象发生巨大改变，使活性中心暴露。
（2）磷酸化导致功能部位区域构象发生变化：当磷酸化部位靠近功能部位时，引入的磷酸基团与功能区域
某个或某些残基相互作用，导致功能部位构象的改变或调整，使催化部位呈更为紧凑的部位。
（3）磷酸基的位阻效应导致功能丧失：有些蛋白质被磷酸化后构象并未发生明显改变，但由于引入的磷酸
基团的位阻效应而丧失其功能。
（4）磷酸化为其它蛋白质提供了识别标志：含有SH2结构域的下游蛋白可以识别上游蛋白磷酸化的酪氨酸
3. PKA ：PKA 是一类cAMP 的蛋白激酶，全酶由2个催化亚基和2个调节亚基组成（C 2R 2），分子量约150～170kDa 。在全酶分子中，R 2高度不对称，C 亚基大致呈球形。每个R 有两个cAMP 结合位点， R 2结合4个cAMP 后C 2R 2构象改变并解离，释放出有活性的催化亚基，使靶蛋白丝氨酸/苏氨酸磷酸化。
蛋白激酶：是能把磷酸基供体如A TP 的γ-磷酸基团转移到靶蛋白氨基酸受体上的酶类。国际生化与分子生
物学学会根据底物蛋白氨基酸残基的性质把蛋白激酶划分成五类：①丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（S/T PK），磷酸基受体是Ser 或Thr 的侧链羟基；②酪氨酸蛋白激酶（PTK ），磷酸基受体是Tyr （酪氨酸）的苯环羟基；③组氨酸/赖氨酸/精氨酸蛋白激酶（H/K/RPK），磷酸基受体分别是His 的咪唑环、Lys(l赖氨酸) 的ε-氨基和Arg （精氨酸）的侧链胍基；④半胱氨酸蛋白激酶，磷酸基受体是Cys （半胱氨酸）侧链巯基；⑤天冬氨酸/谷氨酸蛋白激酶，磷酸基受体是其侧链羧基。
4. 蛋白质翻译后修饰类型
链接去年考题：简述三种以上蛋白质翻译后修饰的过程及简要机制
新生多肽链离开核糖体很少是有功能的，多数都必须经过翻译后修饰才会转变为成熟的蛋白质。新合成多肽
链加工包括：氨基末端和羧基末端的修饰、信号序列的切除、个别氨基酸的修饰、糖类侧链的连接、异戊二烯基团的添加、辅基的加入、蛋白酶的加工、二硫键的形成。
（1）蛋白质前体的加工性部分水解
(如酶原的激活，前体在分拣运输中发生裂解切去N-端信号序列，抗原呈递中的部分水解等)
动物细胞内有多种加工性蛋白酶如前激素转化酶PC1、PC2、PC3, 能识别前体分子中的双碱性序列-RR-、
-KR 、-KK-等，从其羧基一侧切断肽链，从而切割加工受调控的激素前体。 举例：胰岛素在β细胞中以前胰岛素原的形式合成，进入ER-Golgi 系统中先切N-端的信号肽，重排二硫键，形成正确折叠的胰岛素原。在分泌小泡中由PC2和PC3切去中间的C 肽，产生的A 链与B 链由两个二硫键相连，再切去B 链C-端两个精氨酸，成为成熟的胰岛素。
（2）氨基酸残基的修饰：许多蛋白质要分别经过甲基化、乙酰化、羟基化、糖基化、（甲乙抢糖）脂酰化、羧基化、异戊烯基化、磷酸化（脂酰说一屋子磷酸）等共价修饰。
①酰胺化：有些蛋白质的羧基端的甘氨酸被酰胺化，以免被羧肽酶降解。反应分为两步：先是甘氨酸羟基化，
然后脱去1分子乙醛酸并产生新的酰胺化羧基端。
②γ-羧基化：在凝血酶原以及凝血因子Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ中均发现谷氨酸残基γ-羧基化。反应由依赖V K 的羧化
酶催化，形成γ-碳上有两个羧基，能与Ca2+螯合，在凝血中起重要作用。
③乙酰化：据估计人体内50%左右的蛋白质末端氨基被乙酰化，以延长其在细胞内的半寿期。其中组蛋白的
乙酰化状态在转录调控、染色质复制与组装中起重要作用，甚至还与细胞的分化和癌变有关。核心组蛋白（H2A 、H2B 、H3、H4）2的N-端富含Lys 残基，由组蛋白乙酰基转移酶（HAT ）催化其乙酰化，使正电荷减少而产生
构象改变，外侧结合的DNA 松解，才能与调控蛋白结合。
④甲基化：肌动蛋白、钙调素、细胞色素c 等少数几个蛋白中发现组氨酸的N-3和赖氨酸ε-氨基可被甲基
化。
⑤脯氨酰和赖氨酰的羟基化：胶原新生肽链在内质网腔内首先在脯氨酰-4-羟化酶（识别-Gly-x-Pro-）和赖氨
酰羟化酶（识别-Gly-x-Lys-）催化下，生成4-羟脯氨酰和δ-羟赖氨酰，再由脯氨酰-3-羟化酶（识别-Gly-Pro-Hyp-）把中间的脯氨酰3-羟基化，然后Hyl 再糖基化，才能形成三股螺旋前胶原。分泌到胞外后，切去N-端和C-端肽段，变为成熟的原胶原。原胶原自发聚合形成胶原微纤维。羟赖氨酰氧化酶催化Hyl 形成醛赖氨酰，两个醛赖氨酰缩合成醇醛，进一步与His 和Hyl 残基反应形成链间共价交联，成为稳定和强度高的胶原蛋白。
⑥ADP-核糖基化：蛋白质的ADP-核糖基化普遍存在于各类生物。哺乳动物核外蛋白质以单ADP-核糖基化
为主，ADP-核糖基转移酶从NAD+中把ADP-核糖基转移到Arg 、Asn 或His 的修饰产物白喉酰胺的侧链N 原子上。
（3）蛋白质与脂类共价结合
①糖基磷脂酰肌醇：GPI ，哺乳动物至少有50多种蛋白以此种方式与膜结合，包括水解酶、受体、粘附分
子、补体抑制因子和功能不详的表面抗原等。
②豆蔻酰化： G 蛋白α亚基、Src 或介导小泡运输的Arf 均以这种方式与质膜或小泡膜结合。这种修饰是伴
翻译的，不可逆。
③棕榈酰化：这种细胞定位的改变与其功能调节有密切关系。
④C-端异戊烯基化： Ras 蛋白以这种方式与膜结合，如阻断其法尼基化反应，也就阻断了它与膜的结合，
从而逆转Ras 转化细胞的功能。
（4）泛素化及泛素样修饰：泛肽-26S 蛋白酶体系统参与蛋白质的降解、Ⅰ类MHC 抗原肽的加工、膜受体和转运体的下调；蛋白质的SUMO 化修饰与转录调节、核转运、维持基因组完整性及信号传导等有关。
（5）蛋白质可逆磷酸化：蛋白质可逆磷酸化修饰是调控各种各样生物学功能的通用机制，是许多信号转导途径实现其生物学功能的枢纽。通过可逆磷酸化向蛋白质大分子中引入或者去掉一个或不多几个共价结合的磷酸基，可使生物活性发生很大转变。
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