什么是翻译后修改？

翻译通常被称为生物学“中央教条”的“最后一步”DNA转换为RNA，然后转换为蛋白质。但是，蛋白质合成后涉及的其他步骤是细胞，组织和生物体实现其功能生物学和多样性所必需的。翻译后修饰是对蛋白质的变化后合成，通常由酶介导。

为什么翻译后修饰很重要？

2003年第一个人类基因组的测序标志着分子生物学的主要里程碑。从那以后的几年中，显而易见的是人类蛋白质组 - 蛋白质的收集是或者能够 在特定时间以人的身份表达 - 绝对更复杂。

为什么？人蛋白质组非常多样化。尽管基因组在人体的不同细胞种群中基本上是恒定的（限制了少数例外），但为了使单个细胞执行其单个功能，并对环境刺激做出反应，但必须在各种时间点上表达各种不同的蛋白质细胞，组织和器官。据估计，有〜20-25,000个蛋白质编码基因，而蛋白质组的大小估计超过100万蛋白质。蛋白质组的多样性是通过几种不同的机制来实现的。翻译后修改是一个例子。

DNA转化为蛋白质的过程以及翻译后修饰如何增加蛋白质组的复杂性。

翻译后修改示例：

在这里，我们总结了翻译后修改的五个关键示例。这并不是详尽的列表，因为迄今为止已经确定了200多种不同类型的翻译后修改。¹

蛋白质磷酸化

蛋白质磷酸化是最常见和最研究的翻译后修饰之一。它需要通过将磷酸基团通过激酶向极性R添加到极性R的磷酸化，最常见于丝氨酸，酪氨酸或苏氨酸残基。磷酸组的添加导致蛋白质的修饰，从而从疏水性极性转变为亲水极性，从而使其与其他分子的相互作用 - 基本上是“激活”它。可逆的翻译后修饰，蛋白质磷酸化对于细胞调节以及酶和受体的激活和失活很重要，这可能与癌症等疾病过程有关。²

蛋白质磷酸化的关键步骤总结了。

蛋白质糖基化

蛋白质糖基化被认为是最“复杂”但最常见的翻译后修饰之一。³它涉及将碳水化合物部分共价添加到氨基酸中，形成糖蛋白。糖基化反应是多种多样的，并被各种不同的酶催化，这些酶将特异性聚糖附着在特定的氨基酸上。估计糖蛋白占蛋白质组的50％；然而，由于糖蛋白同工型的数量和多样性，糖蛋白酶的研究具有挑战性。⁴真核蛋白的糖基化通常分为两种主要类型。N连接，从而将糖分子连接到天冬酰胺的酰胺氮和O-连接的酰胺氮，并将糖分子连接到丝氨酸或苏氨酸的氧原子上。

糖蛋白酶研究有一系列应用；许多糖蛋白具有结构功能，而免疫球蛋白对免疫和表面呈现的糖蛋白和糖脂质是至关重要的，而糖脂决定了人类血型类型。³得益于分析技术的进步，例如质谱（MS），我们对人糖蛋白酶的了解以及糖基化的意义继续增长。

蛋白质泛素化

泛素是一种小蛋白（大约8kDa），可以在称为泛素化的过程中与底物蛋白结合，这是一种用于调节蛋白质功能或标记其降解的翻译后修饰。泛素化发生在三组酶催化的三个顺序步骤中。

蛋白质泛素化涉及的关键步骤。

该过程通常以泛素和蛋白质底物的赖氨酸残基之间形成的异肽键达到顶点。⁵ 单泛素化是指添加一个泛素分子，而添加几种泛素蛋白被称为多泛素化。

泛素化具有多种功能，最常见的是标记蛋白酶降解的蛋白质，但还有其他包括：免疫和炎症反应，细胞器生物发生以及在DNA修复中的信号传导作用。⁶

蛋白甲基化

蛋白甲基化在许多基本细胞过程中具有调节作用，包括基因转录和信号转导。⁷在蛋白质甲基化中，称为甲基转移酶的酶在蛋白质分子（例如赖氨酸和精氨酸残基）上添加了甲基（最常见于S-腺苷-L-甲基酮或SAM）。蛋白甲基化可能对：

• 蛋白质稳定性
  
  
• 蛋白质亚细胞定位
  
  
• 原始人结合亲和力
  
  
• 蛋白质蛋白质相互作用
  
  
• 其他蛋白质修饰事件
  
  

因此，经常在细胞过程和细胞周期调节的调节癌症的背景下进行研究。⁸单个蛋白甲基化过程的表征是一个不断增长的研究领域，并且由于MS的进步，逐渐更容易学习。但是，甲基组的复杂性使使用当前可用工具的集体概况具有挑战性。⁹

蛋白质乙酰化

蛋白质乙酰化是真核生物中常见的翻译后修饰，涉及通过可逆和不可逆过程添加乙酰基团从氮中添加到氮中。

乙酰化已经在组蛋白中研究了乙酰化，该组蛋白是将DNA填充到染色体中的蛋白质，其中赖氨酸侧链（ε-NH2）在组蛋白的N-末端的乙酰化与基因表达的调节有关。如果赖氨酸是乙酰化的，则不再带正电。反过来，DNA与组蛋白的结合被松弛，从而促进基因的转录。尽管组蛋白的研究主导了该领域，但科学家现在怀疑存在广泛的蛋白质乙酰化，这些蛋白质可以在不同的生物学过程中，尤其是在细菌中具有重要的生理功能。^{10，，，，11}

详细介绍赖氨酸侧链的乙酰化的图像。

翻译后修改研究前景

翻译后修饰是蛋白质组多样性的关键，进而是生物体的多样性。尽管基于MS的蛋白质组学促进了对翻译后在生物过程中发挥作用的新见解，但我们仍然有一条路。将来，表征和映射修改的具有高灵敏度的蛋白质组和毫无疑问，特异性将释放科学学科的重大进展，例如我们追求个性化医学的诊断和药物开发。¹²

翻译后修改摘要表

翻译后修改	机制
蛋白质磷酸化	在氨基酸残基中添加磷酸基团。
蛋白质糖基化	将碳水化合物部分的共价添加到氨基酸中，形成糖蛋白。
蛋白质泛素化	通过三步过程结合泛素蛋白与蛋白质的结合。
蛋白甲基化	甲基的添加最常见于赖氨酸或精氨酸残基。
蛋白质乙酰化	将乙酰基添加到蛋白质的N末端或赖氨酸残基。

参考：

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