蛋白质的修饰与修饰

多数蛋白质在合成后，需要经过一定的加工或修饰，才能成为具有一定构象和功能的蛋白质，甚至有的加工反应在肽链合成尚未结束之前就已经展开。翻译后加工包括：肽链折叠、二硫键生成、亚基聚合、肽段水解切除以及某些氨基酸残基侧链基团的化学修饰等。

（一）新生肽链的折叠

肽链的折叠是在折叠酶（foldase，包括蛋白质二硫键异构酶和脯氨酰顺反异构酶）或分子伴侣（molecular chaperone）参与下完成。分子伴侣也称监护分子，广泛存在于原核生物和真核生物细胞中，是一个结构上互不相同的蛋白质家族，它们能防止新生肽链错误折叠和聚合，帮助促进这些肽链快速折叠成正确的三维构象。近年来研究最多的分子伴侣是热休克蛋白（heat shock protein，Hsp）70与60。Hsp70具有两个主要功能结构域：N端的ATP酶结构域，能结合和水解ATP；C端的多肽链结合结构域，能与非折叠肽链中的一个很短的疏水片段结合，使新生肽链不发生错误折叠或与其他蛋白质随机结合。Hsp60由16个分子量为60kD的相同亚单位构成，可与Hsp70释放的新生肽链结合，使其正确折叠，该过程也伴有ATP水解反应。

蛋白质二硫键异构酶在内质网腔中活性很高，具有多种功能，可促进天然二硫键的形成。脯氨酰顺反异构酶的作用是催化多肽链中X-Pro之间形成的肽键进行顺式或反式的转换，以推动肽链快速的折叠。一般来说，在新合成的肽链中肽酰脯氨酸的构型是反式的，而成熟蛋白质有部分属于顺式构型，因此脯氨酰顺反异构酶可以催化这种顺反异构的过程。

（二）肽链中氨基酸的共价修饰

1．糖苷共价修饰 膜结合的核糖体所合成的多肽链通常带有糖链，游离的核糖体所合成的肽链不带有糖链。糖蛋白的前体自粗面内质网上的核糖体合成时，其新生肽链伸入内质网腔。在粗面内质网膜上糖苷转移酶催化下，通过膜脂磷酸长萜醇（dolichol）的介导，可将寡糖链转移给新生的多肽链。多肽链的糖苷化与肽链合成同时进行。新生的糖蛋白从粗面内质网腔经光滑内质网腔，运至高尔基复合体后，在高尔基复合体进一步改造。

2．脂质共价修饰 某些蛋白质分子中含有共价相连的脂质，这些脂质也是在翻译后加上的。例如肽链在由内质网向高尔基复合体移行过程中，酰基转移酶可催化脂肪酸与肽链中的Ser或Thr的羟基以酯键结合，而使新生蛋白质棕榈酰化。棕榈酰化的蛋白质大多数是定位于膜上的整合蛋白，其中有相当多是受体蛋白。有的蛋白质也可以进行豆蔻酰化或异戊二酰化修饰。脂质共价修饰能影响蛋白质的生物功能，例如改善蛋白质的膜结合能力和（或）蛋白质-蛋白质相互作用等。

3．其他共价修饰 只有20种氨基酸是由遗传密码编码并参与蛋白质的合成。但是某些蛋白质中含有另外一些氨基酸残基，如羟脯氨酸、羟赖氨酸，它们都是在肽链合成后由相应氨基酸残基侧链经羟化修饰形成的。另外氨基酸残基侧链的共价修饰还包括某些氨基酸残基侧链的磷酸化、甲基化、乙酰化修饰等。

（三）新生肽链的水解修饰

某些分泌型蛋白质、膜蛋白和一些细胞器膜上的蛋白质（如清蛋白的轻链、免疫球蛋白、催乳素）等在合成时都带有一段信号肽（signal peptide）的肽段。信号肽由10～40个氨基酸残基构成，大致分为3个区段，N端是带有正电荷的氨基酸，中间是中性氨基酸构成的疏水核心区，C端含有较多小分子氨基酸，为信号肽酶裂解的部位。合成该肽的核糖体与内质网上的受体结合后，内质网膜上形成孔道，使生长中的肽链穿过内质网膜，进入内质网的内腔。内质网腔壁上有信号肽酶，通常在多肽链合成80%以上时，将信号肽段切下（如前胰岛素原变为胰岛素原）。信号肽段切下后，肽链本身继续增长，直至合成终止。多肽链进入内质网腔，在内质网腔中由粗面内质网向滑面内质网移行，最后进入高尔基体，在高尔基体中进一步加工，如胰岛素原去掉C肽转变为胰岛素，无活性的酶原转变为有活性的酶；某些肽类激素、神经肽类及生长素等由无活性的前体转变为有活性的形式，都是经特异蛋白水解酶切除修饰的结果。原核生物细胞内，脱甲酰基酶切除新生肽链的N-甲酰基，以及真核生物细胞内通过氨基肽酶的作用，切除某些新生蛋白质的N-末端蛋氨酸残基或末端的一段肽链，也属于水解修饰。

（四）蛋白质的剪接

蛋白质剪接是指一条多肽链内部的一段被称为内含肽（intein）序列剪切以后，两侧被称为外显肽（extein）的序列重新连接起来的翻译加工过程。内含肽是一些进化上相对保守的肽段，与外显子一起翻译到蛋白质前体之中，翻译结束后通过自身剪切从肽链上脱离下来，外显子连接起来成为有功能的蛋白质。

一般内含肽有以下特点：①在蛋白质编码序列的一定位置具有插入序列，而其同源蛋白编码区则不存在；②内含肽的N末端有保守的半胱氨酸或丝氨酸残基，而外显肽在剪接处则具有半胱氨酸、丝氨酸或酪氨酸残基；③内含肽的C末端具有特征性的短序列，如组氨酸-天冬氨酸。

（五）亚基聚合

具有四级结构的蛋白质由两条以上肽链通过非共价键聚合，形成寡聚体（oligomer），才有生物活性。最常见的例子是血红蛋白分子的α2β2聚合。α链在多聚核糖体合成后即行释放，释放后的α链可与尚未从多核糖体释放的β链相连，然后一起从多核糖体上脱下，变成游离的α、β二聚体。此二聚体又与线粒体内生成的两个血红蛋白相结合，最后才形成一个由4条肽链和4个血红蛋白构成的有功能的血红蛋白分子。蛋白质的各个亚单位相互聚合时需要的信息蕴藏在肽链的氨基酸序列之中，且这种聚合过程有一定的顺序。