【文章內容簡介】 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 ， 所有帶電荷的氨基酸殘基排在另一側 。 當 2個蛋白質分子平行排列時 ， 亮氨酸之間相互作用形成二聚體 ，形成 “ 拉鏈 ” 。 ?由于這類蛋白質都以二聚體形式與DNA結合 ， 兩個蛋白質 α螺旋上的亮氨酸一側是形成拉鏈型二聚體的基礎 。 然而 ， 亮氨酸拉鏈區(qū)并不能直接結合DNA， 只有肽鏈氨基端 20～ 30個富含堿性氨基酸結構域與 DNA結合 。 ?在 “ 拉鏈 ” 式的蛋白質分子中 ， 亮氨酸以外帶電荷的氨基酸形式同 DNA結合 。不形成二聚體 ， 該堿性區(qū)對 DNA的親和力明顯降低 。 所以 ， 這類蛋白質的DNA結合結構域實際是以堿性區(qū)和亮氨酸拉鏈結構域整體作為基礎的 。 該調控區(qū)長約 50個 aa殘基，同時具有 DNA結合和形成蛋白質二聚體的功能，其主要特點是可形成兩個親脂性 α螺旋，兩個螺旋之間由環(huán)狀結構相連，其 DNA結合功能是由一個較短的富堿性氨基酸區(qū)所決定的。 在 HLH中帶有堿性區(qū)的肽鏈稱為 堿性 HLH（ bHLH， protein）。 bHLH又分為兩類。 A類是可以廣泛表達的蛋白，包括哺乳動物的 E12/E47（ 可和免疫球蛋基因增強子中的元件結合）和果蠅 da（ daughterless,性別控制的總開關基因）的產物； B類是組織特異性表達的蛋白，包括哺乳動物的 MyoD(肌漿蛋白（ myogen） 基因的轉錄因子 果蠅的 ACS（ achaetescute 無剛毛基因的產物） 4. 螺旋一環(huán)一螺旋（ HLH） ?DNA結合蛋白的共同特性： ?（ 1） 具有一些與 DNA結合的螺旋區(qū) ， ?（ 2） 能形成二聚體 ， ?（ 3） 有一個共同的基序 。 ?基序由 40—50個氨基酸組成 ， 含有 2個兩親的 (amphipathic， 既有極性基也有非極性基 )螺旋 ， 由 2個長度不等的連接區(qū) (環(huán) )相連 。 ?通過兩條螺旋對應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 。 每個螺旋區(qū)長 15一 16個氨基酸 ， 其中有幾個氨基酸殘基是保守的 。 兩個螺旋區(qū)之間的環(huán)使兩個螺旋區(qū)可以彼此獨立地相互作用 。 復習上 節(jié)課所講述內容： DNA甲基化抑制轉錄的機理 。 DNA甲基化與 X染色體失活； 增強子通常具有下列性質； 反式作用因子的概念； 轉錄激活蛋白結構域與 DNA結合的幾種形式； 結論：真核生物的轉錄調控大多數(shù)是通過順式作用元件和反式作用因子復雜的相互作用來實現(xiàn)的； 本節(jié)課所講述內容： 蛋白質磷酸化、信號轉導及基因表達； 激素及其影響； 熱激蛋白誘導的基因表達； 金屬硫蛋白基因的多重調控； 蛋白質磷酸化、信號轉導及基因表達 蛋白質的磷酸化與去磷酸化過程是生物體內普遍存在的信息傳導調節(jié)方式，幾乎涉及所有的生理及病理過程，如糖代謝、光合作用、細胞的生長發(fā)育、神經遞質的合成與釋放甚至癌變等等。 蛋白質的磷酸化是指由蛋白質激酶催化的把 ATP或 GTP上 γ位的磷酸基轉移到底物蛋白質氨基酸殘基上的過程， 其逆轉過程是由蛋白質磷酸酶催化的，稱為蛋白質脫磷酸化。 蛋白質的磷酸化反應是生物體內存在的一種普遍的調節(jié)方式，在細胞信號的傳遞過程中占有極其重要的地位。 已經發(fā)現(xiàn)在人體內有多達 2022個左右的蛋白質激酶和 1000個左右的蛋白質磷酸酶基因。 細胞表面受體與配體分子的高親和力特異性結合，能誘導受體蛋白構象變化，使胞外信號順利通過質膜進入細胞內，或使受體發(fā)生寡聚化而被激活。一般情況下，受體分子活化細胞功能的途徑有兩條：一是受體本身或受體結合蛋白具有內源酪氨酸激酶活性，胞內信號通過酪氨酸激酶途徑得到傳遞；二是配體與細胞表面受體結合，通過 G蛋白介異的效應系統(tǒng)產生介質，活化絲氨酸 /蘇氨酸或酪氨酸激酶，從而傳遞信號。 1． 蛋白質磷酸化在細胞信號轉導中的作用 (1). 在胞內介導胞外信號時具有專一應答特點。與信號傳遞有關的蛋白激酶類主要受控于胞內信使，如 cAMP， Ca2+， DG（ 二酰甘油， diacyl glycerol） 等，這種共價修飾調節(jié)方式顯然比變構調節(jié)較少受胞內代謝產物的影響。 (2).蛋白質的磷酸化與脫磷酸化控制了細胞內已有的酶 “ 活性 ” 。與酶的重新合成及分解相比，這種方式能對外界刺激做出更迅速的反應。 (3).對外界信號具有級聯(lián)放大作用； (4).蛋白質的磷酸化與脫磷酸化保證了細胞對外界信號的持續(xù)反應。 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 賴氨酸 殘基也可能被磷酸化。 2. 真核細胞主要跨膜信號轉導途徑 3. 蛋白激酶的種類與功能 根據(jù)底物蛋白質被磷酸化的氨基酸殘基的種類可分為三大類： 第一類為絲氨酸 /蘇氨酸型。這類蛋白激酶使底物蛋白質的絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化。 第二類為酪氨酸型。被磷酸化的是底物的酪氨酸殘基。 第三類是 “ 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。 細胞受刺激以后，通過蛋白質磷酸化及一系列級聯(lián)放大過程將胞外信號轉化為細胞內信號，從而引 起廣泛的生理反應。 根據(jù)是否有調節(jié)物來分又可分成兩大類： 信使依賴性蛋白質激酶（ messengerdependent protein kinase）， 包括胞內第二信使或調節(jié)因子依賴性蛋白激酶及激素（生長因子）依賴性激酶兩個亞類； 非信使依賴型蛋白激酶。 4. 受 cAMP調控的 A激酶 被 A激酶磷酸化的蛋白質其 N端上游往往存在兩個或兩個以上堿性氨基酸，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)細胞中 cAMP所引起的全部反應。 PKA全酶由 4個亞基組成 (R2C2） 包括兩個相同的調節(jié)亞基（ R） 和兩個相同的催化亞基（ C）。 全酶的分子量為 150170kD。 C亞基具有催化活性， R亞基具有調節(jié)功能，有兩個 cAMP結合位點。 R亞基對 C亞基具有抑制作用，所以， R和 C聚合后的全酶（ R2C2） 無催化活性。 R亞基與 cAMP的結合導致 C亞基解離并表現(xiàn)出催化活性。 激素與其受體在肌肉細胞外表面相結合，誘發(fā)細胞質cAMP的合成并活化A激酶，再將活化磷酸基團傳遞給無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，進入糖酵解并提供ATP。 5. C激酶與 PIP IP3和 DAG 磷酸肌醇級聯(lián)放大的細胞內信使是磷脂酰肌醇 4， 5二磷酸（ PIP2）的兩個酶解 產物：肌醇 1， 4， 5三磷酸（ IP3） 和二酰基甘油（ DAG）。 C激酶（ PKC） 是依賴于 Ca2+的蛋白質激酶。由于 IP3所引起的細胞質 Ca2+濃度升高，導致 C激酶從胞質轉運到靠原生質膜內側處，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激酶主要實施對絲氨酸、蘇氨酸的磷酸化，它具有一個催化結構域和一個調節(jié)結域。 6. CaM激酶及 MAP激酶 Ca2+的細胞學功能主要通過鈣調蛋白激酶（ CaMkinase） 來實現(xiàn)，它們也是一類絲氨酸 /蘇氨酸激酶，但僅應答于細胞內Ca2+水平。 MAP激酶（ mitogenactivated proteinkinase, MAPkinase，又稱為 extracellularsignalregulated kinase， ERKS） 活性受許多外源 細胞生長、分化因子的誘導，也受到酪氨酸蛋白激酶及 G蛋白受體系統(tǒng)的調控。 MAP激酶的活性取決于該蛋白中僅有一個氨基酸之隔的酪氨酸、絲氨酸殘基是否都被磷酸化?？茖W家把能同時催化這兩個氨基酸殘基磷酸化的酶稱為 MAP激酶 激酶，它的反應底物是 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，從而在信息傳導中發(fā)揮功能。 7. 酪氨酸蛋白激酶 對于許多生長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程中起著重要作用。表皮生長因子（ EGF）、 胰島素樣生長因子（ IGF）、成纖維細胞生長因子（ FGF）、 神經生長因子（ NGF）、 血小板衍生生長因子（ PDGF） 和血管內皮細胞生長因子（ VEGF） 受體都擁有定位于胞內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)。 包括三個結構域：胞外的配體結合區(qū)，細胞內部具有酪氨酸蛋白激酶活性的區(qū)域和連接這兩個區(qū)域的跨膜結構。 8. 蛋白質磷酸化與基因表達 處于信號傳遞鏈終端的蛋白質磷酸化既能對許多酶蛋白及生理代謝過程起直接的調節(jié)作用，又能通過使轉錄因子磷酸化來調節(jié)基因活性。 激素及其影響 許多類固醇激素（如雌激素、孕激素、醛固酮、糖皮質激素和雄激素 ）以及一般代謝性激素（如胰島素）的調控作用都是通過啟始基因轉錄而實現(xiàn)的。 靶細胞具有專一的細胞質受體，可與激素形成復合物，導致三維結構甚至化學性質的變化。經修飾的受體與激素復合物通過核膜進入細胞核內，并與染色質的特定區(qū)域相結合，導致基因轉錄的起始或關閉。 研究發(fā)現(xiàn)，體內存在的許多糖皮質類激素應答基因都有一段大約 20bp的順式作用元件（激素應答元件，簡稱 HRE）， 該序列具有類似增強子的作用，其活性受激素制約。 靶細胞中含有大量激素受體蛋白，而非靶細胞中沒有或很少有這類受體，這是激素調節(jié)轉錄組織特異性的根本原因。 所有固醇類激素的受體蛋白分子都有相同的結構框架，包括保守性極高的 、位于分子中央的 DNA結合區(qū)，位于 C端的有較強同源性的激素結合區(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錄的高效進行。研究還發(fā)現(xiàn)，如果糖皮質激素受體蛋白激素結合區(qū)的某個部分丟失，就變成一種永久型的活性分子，即無需激素誘導也有激活基因轉錄的作用。 科學家認為，激素、受體與順式作用元件的結合位點三者缺一不可，其中無論是受體蛋白與激素的結合，還是激素本身，都不是與 DNA結合并激活轉錄所必須的。 其實，通常情況下，受體蛋白中激素結合結構域妨礙了 DNA結 合區(qū)及轉錄調控區(qū)發(fā)揮生理功能，只有與相應激素結合后才能打破這種障礙。 激素受體對各自特定的激素具有高度特異的識別能力及親和力，激素到達靶細胞時能迅速與受體結合生成激素 受體復合物，誘導生理生化效應。 (1)受體流動假說。 當激素與受體結合時，激素 受體復合物可在膜內移動并與腺苷酸環(huán)化酶結合，激活環(huán)化酶，引發(fā)后續(xù)效應。 (2)中介物假說。 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膜脂耦聯(lián)在一起。 (3)鄰位互調假說 。 根據(jù) GTP能影響激素與受體結合并進而影響腺苷酸環(huán)化酶活性的現(xiàn)象，認為該酶系統(tǒng)至少存在 3個活性部位，即激素 受體結合部位、 Mg2+ATP作用中心和核苷酸調節(jié)部位。 激素與其受體的作用假說 熱激蛋白誘導的基因表達 現(xiàn)代分子生物學上把能與某個（類）專一蛋白因子結合，從而控制基因特異表達的 DNA上游序列稱為應答元件（ response element）， 如熱激應答元件（ heat shock response element， HSE）， 糖皮質應答元件（ glucocorticoid response element， GRE）， 金屬應答元件（ metal response element， MRE） 等等，這些應答元件與細胞內專一的轉錄因子相互作用，協(xié)調相關基因的轉錄。 許多生物在最適溫度范圍以上，能受熱誘導合成一系列熱休克蛋白（ heat shock protein）。 受熱后，果蠅細胞內 Hsp70 mRNA水平提高 1 000倍，就是因為熱激因子（ heat shock factor， HSF） 與 hsp70基因TATA區(qū)上游 60b