【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 同二聚體 （ honwdimers） 異二聚體 （ hefercdimers） CJun,CFos,Myc , 3. 亮氨酸拉鏈 ?亮氨酸是疏水性氨基酸 ， 排列在雙螺旋的一側(cè) ， 所有帶電荷的氨基酸殘基排在另一側(cè) 。 當(dāng) 2個(gè)蛋白質(zhì)分子平行排列時(shí) ， 亮氨酸之間相互作用形成二聚體 ，形成 “ 拉鏈 ” 。 ?由于這類(lèi)蛋白質(zhì)都以二聚體形式與DNA結(jié)合 ， 兩個(gè)蛋白質(zhì) α螺旋上的亮氨酸一側(cè)是形成拉鏈型二聚體的基礎(chǔ) 。 然而 ， 亮氨酸拉鏈區(qū)并不能直接結(jié)合DNA， 只有肽鏈氨基端 20～ 30個(gè)富含堿性氨基酸結(jié)構(gòu)域與 DNA結(jié)合 。 ?在 “ 拉鏈 ” 式的蛋白質(zhì)分子中 ， 亮氨酸以外帶電荷的氨基酸形式同 DNA結(jié)合 。不形成二聚體 ， 該堿性區(qū)對(duì) DNA的親和力明顯降低 。 所以 ， 這類(lèi)蛋白質(zhì)的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域?qū)嶋H是以堿性區(qū)和亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)域整體作為基礎(chǔ)的 。 該調(diào)控區(qū)長(zhǎng)約 50個(gè) aa殘基，同時(shí)具有 DNA結(jié)合和形成蛋白質(zhì)二聚體的功能，其主要特點(diǎn)是可形成兩個(gè)親脂性 α螺旋，兩個(gè)螺旋之間由環(huán)狀結(jié)構(gòu)相連，其 DNA結(jié)合功能是由一個(gè)較短的富堿性氨基酸區(qū)所決定的。 在 HLH中帶有堿性區(qū)的肽鏈稱(chēng)為 堿性 HLH（ bHLH， protein）。 bHLH又分為兩類(lèi)。 A類(lèi)是可以廣泛表達(dá)的蛋白，包括哺乳動(dòng)物的 E12/E47（ 可和免疫球蛋基因增強(qiáng)子中的元件結(jié)合）和果蠅 da（ daughterless,性別控制的總開(kāi)關(guān)基因）的產(chǎn)物； B類(lèi)是組織特異性表達(dá)的蛋白，包括哺乳動(dòng)物的 MyoD(肌漿蛋白（ myogen） 基因的轉(zhuǎn)錄因子 果蠅的 ACS（ achaetescute 無(wú)剛毛基因的產(chǎn)物） 4. 螺旋一環(huán)一螺旋（ HLH） ?DNA結(jié)合蛋白的共同特性： ?（ 1） 具有一些與 DNA結(jié)合的螺旋區(qū) ， ?（ 2） 能形成二聚體 ， ?（ 3） 有一個(gè)共同的基序 。 ?基序由 40—50個(gè)氨基酸組成 ， 含有 2個(gè)兩親的 (amphipathic， 既有極性基也有非極性基 )螺旋 ， 由 2個(gè)長(zhǎng)度不等的連接區(qū) (環(huán) )相連 。 ?通過(guò)兩條螺旋對(duì)應(yīng)位置上的疏水性氨基酸殘基之間的相互作用 ， 可以生成同源二聚體或異源二聚體 。 每個(gè)螺旋區(qū)長(zhǎng) 15一 16個(gè)氨基酸 ， 其中有幾個(gè)氨基酸殘基是保守的 。 兩個(gè)螺旋區(qū)之間的環(huán)使兩個(gè)螺旋區(qū)可以彼此獨(dú)立地相互作用 。 復(fù)習(xí)上 節(jié)課所講述內(nèi)容： DNA甲基化抑制轉(zhuǎn)錄的機(jī)理 。 DNA甲基化與 X染色體失活； 增強(qiáng)子通常具有下列性質(zhì)； 反式作用因子的概念； 轉(zhuǎn)錄激活蛋白結(jié)構(gòu)域與 DNA結(jié)合的幾種形式； 結(jié)論：真核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控大多數(shù)是通過(guò)順式作用元件和反式作用因子復(fù)雜的相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的； 本節(jié)課所講述內(nèi)容： 蛋白質(zhì)磷酸化、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及基因表達(dá)； 激素及其影響； 熱激蛋白誘導(dǎo)的基因表達(dá)； 金屬硫蛋白基因的多重調(diào)控； 蛋白質(zhì)磷酸化、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及基因表達(dá) 蛋白質(zhì)的磷酸化與去磷酸化過(guò)程是生物體內(nèi)普遍存在的信息傳導(dǎo)調(diào)節(jié)方式，幾乎涉及所有的生理及病理過(guò)程，如糖代謝、光合作用、細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育、神經(jīng)遞質(zhì)的合成與釋放甚至癌變等等。 蛋白質(zhì)的磷酸化是指由蛋白質(zhì)激酶催化的把 ATP或 GTP上 γ位的磷酸基轉(zhuǎn)移到底物蛋白質(zhì)氨基酸殘基上的過(guò)程， 其逆轉(zhuǎn)過(guò)程是由蛋白質(zhì)磷酸酶催化的，稱(chēng)為蛋白質(zhì)脫磷酸化。 蛋白質(zhì)的磷酸化反應(yīng)是生物體內(nèi)存在的一種普遍的調(diào)節(jié)方式，在細(xì)胞信號(hào)的傳遞過(guò)程中占有極其重要的地位。 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在人體內(nèi)有多達(dá) 2022個(gè)左右的蛋白質(zhì)激酶和 1000個(gè)左右的蛋白質(zhì)磷酸酶基因。 細(xì)胞表面受體與配體分子的高親和力特異性結(jié)合，能誘導(dǎo)受體蛋白構(gòu)象變化，使胞外信號(hào)順利通過(guò)質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，或使受體發(fā)生寡聚化而被激活。一般情況下，受體分子活化細(xì)胞功能的途徑有兩條：一是受體本身或受體結(jié)合蛋白具有內(nèi)源酪氨酸激酶活性，胞內(nèi)信號(hào)通過(guò)酪氨酸激酶途徑得到傳遞；二是配體與細(xì)胞表面受體結(jié)合，通過(guò) G蛋白介異的效應(yīng)系統(tǒng)產(chǎn)生介質(zhì)，活化絲氨酸 /蘇氨酸或酪氨酸激酶，從而傳遞信號(hào)。 1． 蛋白質(zhì)磷酸化在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用 (1). 在胞內(nèi)介導(dǎo)胞外信號(hào)時(shí)具有專(zhuān)一應(yīng)答特點(diǎn)。與信號(hào)傳遞有關(guān)的蛋白激酶類(lèi)主要受控于胞內(nèi)信使，如 cAMP， Ca2+， DG（ 二酰甘油， diacyl glycerol） 等，這種共價(jià)修飾調(diào)節(jié)方式顯然比變構(gòu)調(diào)節(jié)較少受胞內(nèi)代謝產(chǎn)物的影響。 (2).蛋白質(zhì)的磷酸化與脫磷酸化控制了細(xì)胞內(nèi)已有的酶 “ 活性 ” 。與酶的重新合成及分解相比，這種方式能對(duì)外界刺激做出更迅速的反應(yīng)。 (3).對(duì)外界信號(hào)具有級(jí)聯(lián)放大作用； (4).蛋白質(zhì)的磷酸化與脫磷酸化保證了細(xì)胞對(duì)外界信號(hào)的持續(xù)反應(yīng)。 被磷酸化的主要氨基酸殘基： 絲氨酸 、 蘇氨酸 和 酪氨酸 。 組氨酸 和 賴(lài)氨酸 殘基也可能被磷酸化。 2. 真核細(xì)胞主要跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 3. 蛋白激酶的種類(lèi)與功能 根據(jù)底物蛋白質(zhì)被磷酸化的氨基酸殘基的種類(lèi)可分為三大類(lèi)： 第一類(lèi)為絲氨酸 /蘇氨酸型。這類(lèi)蛋白激酶使底物蛋白質(zhì)的絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化。 第二類(lèi)為酪氨酸型。被磷酸化的是底物的酪氨酸殘基。 第三類(lèi)是 “ 雙重底物特異性蛋白激酶（ dualspecificity protein kinase）， 既可使絲氨酸和蘇氨酸殘基磷酸化又可使酪氨酸殘基磷酸化。 細(xì)胞受刺激以后，通過(guò)蛋白質(zhì)磷酸化及一系列級(jí)聯(lián)放大過(guò)程將胞外信號(hào)轉(zhuǎn)化為細(xì)胞內(nèi)信號(hào)，從而引 起廣泛的生理反應(yīng)。 根據(jù)是否有調(diào)節(jié)物來(lái)分又可分成兩大類(lèi)： 信使依賴(lài)性蛋白質(zhì)激酶（ messengerdependent protein kinase）， 包括胞內(nèi)第二信使或調(diào)節(jié)因子依賴(lài)性蛋白激酶及激素（生長(zhǎng)因子）依賴(lài)性激酶兩個(gè)亞類(lèi)； 非信使依賴(lài)型蛋白激酶。 4. 受 cAMP調(diào)控的 A激酶 被 A激酶磷酸化的蛋白質(zhì)其 N端上游往往存在兩個(gè)或兩個(gè)以上堿性氨基酸，特異氨基酸的磷酸化（ XArgArgXSerX） 改變了這一蛋白的酶活性。這一酶活性代表了絕大多數(shù)細(xì)胞中 cAMP所引起的全部反應(yīng)。 PKA全酶由 4個(gè)亞基組成 (R2C2） 包括兩個(gè)相同的調(diào)節(jié)亞基（ R） 和兩個(gè)相同的催化亞基（ C）。 全酶的分子量為 150170kD。 C亞基具有催化活性， R亞基具有調(diào)節(jié)功能，有兩個(gè) cAMP結(jié)合位點(diǎn)。 R亞基對(duì) C亞基具有抑制作用，所以， R和 C聚合后的全酶（ R2C2） 無(wú)催化活性。 R亞基與 cAMP的結(jié)合導(dǎo)致 C亞基解離并表現(xiàn)出催化活性。 激素與其受體在肌肉細(xì)胞外表面相結(jié)合，誘發(fā)細(xì)胞質(zhì)cAMP的合成并活化A激酶，再將活化磷酸基團(tuán)傳遞給無(wú)活性的磷酸化酶激酶，活化糖原磷酸化酶，最終將糖原磷酸化，進(jìn)入糖酵解并提供ATP。 5. C激酶與 PIP IP3和 DAG 磷酸肌醇級(jí)聯(lián)放大的細(xì)胞內(nèi)信使是磷脂酰肌醇 4， 5二磷酸（ PIP2）的兩個(gè)酶解 產(chǎn)物：肌醇 1， 4， 5三磷酸（ IP3） 和二?；视停?DAG）。 C激酶（ PKC） 是依賴(lài)于 Ca2+的蛋白質(zhì)激酶。由于 IP3所引起的細(xì)胞質(zhì) Ca2+濃度升高，導(dǎo)致 C激酶從胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到靠原生質(zhì)膜內(nèi)側(cè)處，并被 DAG和 Ca2+的雙重影響所激活。 C激酶的活性也受磷脂酰絲氨酸的影響，原因是后者大大提高了 C激酶對(duì)于 Ca2+的親和力，從而使得 C激酶能被生理水平的 Ca2+離子所活化。C激酶主要實(shí)施對(duì)絲氨酸、蘇氨酸的磷酸化，它具有一個(gè)催化結(jié)構(gòu)域和一個(gè)調(diào)節(jié)結(jié)域。 6. CaM激酶及 MAP激酶 Ca2+的細(xì)胞學(xué)功能主要通過(guò)鈣調(diào)蛋白激酶（ CaMkinase） 來(lái)實(shí)現(xiàn)，它們也是一類(lèi)絲氨酸 /蘇氨酸激酶，但僅應(yīng)答于細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平。 MAP激酶（ mitogenactivated proteinkinase, MAPkinase，又稱(chēng)為 extracellularsignalregulated kinase， ERKS） 活性受許多外源 細(xì)胞生長(zhǎng)、分化因子的誘導(dǎo)，也受到酪氨酸蛋白激酶及 G蛋白受體系統(tǒng)的調(diào)控。 MAP激酶的活性取決于該蛋白中僅有一個(gè)氨基酸之隔的酪氨酸、絲氨酸殘基是否都被磷酸化。科學(xué)家把能同時(shí)催化這兩個(gè)氨基酸殘基磷酸化的酶稱(chēng)為 MAP激酶 激酶，它的反應(yīng)底物是 MAP激酶。 MAP激酶 激酶本身能被 MAP激酶 激酶 激酶所磷酸化激活，后者能同時(shí)被 C激酶或酪氨酸激酶家族的 Ras蛋白等激活，從而在信息傳導(dǎo)中發(fā)揮功能。 7. 酪氨酸蛋白激酶 對(duì)于許多生長(zhǎng)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(guò)程中起著重要作用。表皮生長(zhǎng)因子（ EGF）、 胰島素樣生長(zhǎng)因子（ IGF）、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（ FGF）、 神經(jīng)生長(zhǎng)因子（ NGF）、 血小板衍生生長(zhǎng)因子（ PDGF） 和血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子（ VEGF） 受體都擁有定位于胞內(nèi)的酪氨酸激酶功能區(qū)域和膜外區(qū)。 具有受體功能的酪氨酸 蛋白激酶 (receptor protein tyrosine kinase, RPTK)。 包括三個(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的區(qū)域和連接這兩個(gè)區(qū)域的跨膜結(jié)構(gòu)。 8. 蛋白質(zhì)磷酸化與基因表達(dá) 處于信號(hào)傳遞鏈終端的蛋白質(zhì)磷酸化既能對(duì)許多酶蛋白及生理代謝過(guò)程起直接的調(diào)節(jié)作用，又能通過(guò)使轉(zhuǎn)錄因子磷酸化來(lái)調(diào)節(jié)基因活性。 激素及其影響 許多類(lèi)固醇激素（如雌激素、孕激素、醛固酮、糖皮質(zhì)激素和雄激素 ）以及一般代謝性激素（如胰島素）的調(diào)控作用都是通過(guò)啟始基因轉(zhuǎn)錄而實(shí)現(xiàn)的。 靶細(xì)胞具有專(zhuān)一的細(xì)胞質(zhì)受體，可與激素形成復(fù)合物，導(dǎo)致三維結(jié)構(gòu)甚至化學(xué)性質(zhì)的變化。經(jīng)修飾的受體與激素復(fù)合物通過(guò)核膜進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，并與染色質(zhì)的特定區(qū)域相結(jié)合，導(dǎo)致基因轉(zhuǎn)錄的起始或關(guān)閉。 研究發(fā)現(xiàn)，體內(nèi)存在的許多糖皮質(zhì)類(lèi)激素應(yīng)答基因都有一段大約 20bp的順式作用元件（激素應(yīng)答元件，簡(jiǎn)稱(chēng) HRE）， 該序列具有類(lèi)似增強(qiáng)子的作用，其活性受激素制約。 靶細(xì)胞中含有大量激素受體蛋白，而非靶細(xì)胞中沒(méi)有或很少有這類(lèi)受體，這是激素調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄組織特異性的根本原因。 所有固醇類(lèi)激素的受體蛋白分子都有相同的結(jié)構(gòu)框架，包括保守性極高的 、位于分子中央的 DNA結(jié)合區(qū)，位于 C端的有較強(qiáng)同源性的激素結(jié)合區(qū)和保守性較小的 N端。該區(qū)的具體功能不詳，但它的存在保證了轉(zhuǎn)錄的高效進(jìn)行。研究還發(fā)現(xiàn)，如果糖皮質(zhì)激素受體蛋白激素結(jié)合區(qū)的某個(gè)部分丟失，就變成一種永久型的活性分子，即無(wú)需激素誘導(dǎo)也有激活基因轉(zhuǎn)錄的作用。 科學(xué)家認(rèn)為，激素、受體與順式作用元件的結(jié)合位點(diǎn)三者缺一不可，其中無(wú)論是受體蛋白與激素的結(jié)合，還是激素本身，都不是與 DNA結(jié)合并激活轉(zhuǎn)錄所必須的。 其實(shí)，通常情況下，受體蛋白中激素結(jié)合結(jié)構(gòu)域妨礙了 DNA結(jié) 合區(qū)及轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)發(fā)揮生理功能，只有與相應(yīng)激素結(jié)合后才能打破這種障礙。 激素受體對(duì)各自特定的激素具有高度特異的識(shí)別能力及親和力，激素到達(dá)靶細(xì)胞時(shí)能迅速與受體結(jié)合生成激素 受體復(fù)合物，誘導(dǎo)生理生化效應(yīng)。 (1)受體流動(dòng)假說(shuō)。 當(dāng)激素與受體結(jié)合時(shí)，激素 受體復(fù)合物可在膜內(nèi)移動(dòng)并與腺苷酸環(huán)化酶結(jié)合，激活環(huán)化酶，引發(fā)后續(xù)效應(yīng)。 (2)中介物假說(shuō)。 研究腺苷酸環(huán)化酶和胰高血糖素受體發(fā)現(xiàn)，受體與酶之間可能通過(guò)膜脂耦聯(lián)在一起。 (3)鄰位互調(diào)假說(shuō) 。 根據(jù) GTP能影響激素與受體結(jié)合并進(jìn)而影響腺苷酸環(huán)化酶活性的現(xiàn)象，認(rèn)為該酶系統(tǒng)至少存在 3個(gè)活性部位，即激素 受體結(jié)合部位、 Mg2+ATP作用中心和核苷酸調(diào)節(jié)部位。 激素與其受體的作用假說(shuō) 熱激蛋白誘導(dǎo)的基因表達(dá) 現(xiàn)代分子生物學(xué)上把能與某個(gè)（類(lèi)）專(zhuān)一蛋白因子結(jié)合，從而控制基因特異表達(dá)的 DNA上游序列稱(chēng)為應(yīng)答元件（ response element）， 如熱激應(yīng)答元件（ heat shock response element， HSE）， 糖皮質(zhì)應(yīng)答元件（ glucocorticoid response element， GRE）， 金屬應(yīng)答元件（ metal response element， MRE） 等等，這些應(yīng)答元件與細(xì)胞內(nèi)專(zhuān)一的轉(zhuǎn)錄因子相互作用，協(xié)調(diào)相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。 許多生物在最適溫度范圍以上，能受熱誘導(dǎo)合成一系列熱休克蛋白（ heat shock protein）。 受熱后，果蠅細(xì)胞內(nèi) Hsp70 mRNA水平提高 1 000倍，就是因?yàn)闊峒ひ蜃樱?heat shock factor， HSF） 與 hsp70基因TATA區(qū)上游 60b