二、 蛋白质磷酸化与基因表达 蛋白质的磷酸化反应是指通过酶促反应把 磷酸基团从一个化合物转移到另一个化合物上的 过程,是生物体内存在的一种普遍的调节方式， 在细胞信号的传递过程中占有极其重要的地位。
已经发现在人体内有多达2000个左右的蛋白质 激酶和1000个左右的蛋白质磷酸酶基因。蛋白质的 磷酸化是指由蛋白质激酶催化的把ATP或GTP上γ位 的磷酸基转移到底物蛋白质氨基酸残基上的过程， 其逆转过程是由蛋白质磷酸酶催化的，称为蛋白质 脱磷酸化。
由于甲基化胞嘧啶极易在进化中丢失，所以，高等 真核生物中CG序列远远低于其理论值。哺乳类基因组 中约存在4万个CG islands，大多位于转录单元的5„区。 没有甲基化的胞嘧啶发生脱氨基作用，就可能被氧 化成为U，被DNA修复系统所识别和切除，恢复成C。 已经甲基化的胞嘧啶发生脱氨基作用, 它就变为T, 无法 被区分。因此, CpG序列极易丢失。
8. 蛋白磷酸酯酶 Ser/Thr蛋白磷酸酯酶主要包括：PP-1，PP-2A， PP-2B和PP-2C四类。 PP-1是糖代谢中的一个关键酶，具有很高的活性， 其催化亚基为38kDa，可以与其它组分或调节亚 基组成全酶。PP-2A全酶包括一个36kDa的催化 亚基和一个65kDa的调节亚基。PP-2B是目前所 发现的唯一受Ca和CaM调节的蛋白磷酸酶,催化 了磷酸化酶激酶α亚基的脱磷酸化作用。由61kDa 的A亚基和16kDa的B亚基组成。A为催化亚基。 PP-2C的分子量为43-48kDa，其活性需要mmol/L 水平的Mg2+，现对其参与调节的生理过程知之甚 少。
2. 真核细胞主要跨膜信号转导途径
3. 蛋白激酶的种类与功能 根据底物蛋白质被磷酸化的氨基酸残基的 种类可分为三大类： 第一类为丝氨酸/苏氨酸型。这类蛋白激酶 使底物蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸 化 第二类为酪氨酸型。被磷酸化的是底物的 酪氨酸残基。 第三类是"双重底物特异性蛋白激酶（dualspecificity protein kinase），既可使丝氨酸 和苏氨酸残基磷酸化又可使酪氨酸残基磷 酸化。
没有Cyclin，CDK无活性。 Cyclin的合成和积累。 形成Cyclin和CDK复合物。Tyr磷酸化阻碍了ATP 的结合，CDK仍然无活性。 T-环中的Thr被磷酸化，Tyr上的磷酸基团被去掉， CDK活性大为增强。 CDK使磷酸酯酶磷酸化，进一步提高其活性。 CDK使DBRP磷酸化，具有酶活性。 在DBRP的帮助下，泛素连接酶把泛素加到Cyclin 上。 Cyclin被降解，CDK失活。 见Lehninger, figure 13-33。
CDK通过蛋白质磷酸化过程控制细胞分裂。 没有被磷酸化的PRb能与转录因子E2F相结 合并使后者不能激活一系列与DNA合成有 关的酶，导致细胞无法由G1进入S。 erbB原癌基因其实编码了一个突变的EGF 受体蛋白，它的胞内激酶活性区被永久性 激活（相当于EGF到正常EGF受体上）。 因此，erbB导致了细胞的永久型分裂。
6. CaM激酶及MAP激酶 Ca2+的细胞学功能主要通过钙调蛋白激酶 （CaM-kinase）来实现，它们也是一类丝氨酸/苏 氨酸激酶，但仅应答于细胞内Ca2+水平。MAP激 酶（mitogen-activated proteinkinase, MAPkinase，又称为extracellular-signal-regulated kinase，ERKS）活性受许多外源 细胞生长、分 化因子的诱导，也受到酪氨酸蛋白激酶及G蛋白 受体系统的调控。MAP-激酶的活性取决于该蛋白 中仅有一个氨基酸之隔的酪氨酸、丝氨酸残基是 否都被磷酸化。科学家把能同时催化这两个氨基 酸残基磷酸化的酶称为MAP-激酶-激酶，它的反 应底物是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，后者能同时 被C激酶或酪氨酸激酶家族的Ras蛋白等激活，从 而在信息传导中发挥功能。
跨膜结构区：是连接受体细胞内、外两部分，镶 嵌在细胞膜中的结构，在靠近膜内侧C端常常是 由碱性氨基酸形成簇状结构。胞内活性区：保守 性较高，由三个不同的部分组成。与跨膜区相连 的近膜区包括41-50个氨基酸，可能是RPTK活性 的功能的调节部位。第二部分为活性位点所在的 催化区，其氨基酸组成具有很高的保守性。该区 含有ATP结合位点和底物结合位点，可能是不同 类型RPTK底物特异性的决定区域。第三部分是 多变的C末端，包括70-200个氨基酸，主要是由 小分子量氨基酸组成的亲水性结构，具有高度的 可塑性。
酪氨酸蛋白磷酸酶（PTP） 主要有:胞内型，跨膜受体型。 两类PTP的共同点是它们 的 催化域中氨基酸顺序极为相 似，共有240个氨基酸，内含 -HCXGXXR（S/T）G-的 "signature motif"。胞内型 PTP只有一个催化域。受体 型中常有两个催化区，其不 同类型的胞外结构往往不同。 PTP1B（胞内型）是一个 37kDa的胞内酶，在氨基酸 水平上与CD45（跨膜受体型） 的胞内部分有很高的同源 性。 CD45是一类在结构上 相关的，高分子量（150280kD）跨膜蛋白，具有与 受体极为相似的结构特点， 在免疫T细胞和B细胞中含量 极高。
5. C激酶与PIP2、IP3和DAG 磷酸肌醇级联放大的细胞内信使是磷脂酰肌醇-4， 5-二磷酸（PIP2）的两个酶解 产物：肌醇1，4， 5-三磷酸（IP3）和二酰基甘油（DAG）。C激酶 （PKC）是依赖于Ca2+的蛋白质激酶。由于IP3 所引起的细胞质Ca2+浓度升高，导致C激酶从胞 质转运到靠原生质膜内侧处，并被DAG和Ca2+的 双重影响所激活。 C激酶的活性也受磷脂酰丝氨酸的影响，原因是 后者大大提高了C激酶对于Ca2+的亲和力，从而 使得C激酶能被生理水平的Ca2+离子所活化。C 激酶主要实施对丝氨酸、苏氨酸的磷酸化，它具 有一个催化结构域和一个调节结域。
第八讲 DNA或蛋白质的化学修 饰与基因表达
一、 DNA甲基化与基因表达 二、 蛋白质磷酸化与基因表达 三、 基因重排的分子机制
一、 DNA甲基化与基因表达 DNA甲基化是最早发现的修饰途径之一， 可能存在于所有高等生物中。DNA甲基化 能关闭某些基因的活性，去甲基化则诱导 了基因的重新活化和表达。 1．DNA甲基化的主要形式 5-甲基胞嘧啶，N6-甲基腺嘌呤和7-甲基 鸟嘌呤。在真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要 出现在CpG和CpXpG中，原核生物中 CCA/TGG和GATC也常被甲基化。
C亚基具有催化活性，R亚基具有调节功能， 有两个cAMP结合位点。R亚基对C亚基具 有抑制作用，所以，R和C聚合后的全酶 （R2C2）无催化活性。R亚基与cAMP的结 合导致C亚基解离并表现出催化活性。 激素与其受体在肌肉细胞外表面相结合， 诱发细胞质cAMP的合成并活化A激酶，再 将活化磷酸基团传递给无活性的磷酸化酶 激酶，活化糖原磷酸化酶，最终将糖原磷 酸化，进入糖酵解并提供ATP。
真核生物细胞内存在两种甲基化酶活性：一 种被称为日常型（mainte-nance）甲基转移酶， 另一种是 从头合成（denovo synthesis）甲基转 移酶。前者主要在甲基化母链（模板链）指导下 使处于半甲基化的DNA双链分子上与甲基胞嘧啶 相对应的胞嘧啶甲基化。日常型甲基转移酶常常 与DNA内切酶活性相耦联，有3种类型。II类酶活 性包括内切酶和甲基化酶两种成分，而I类和III类 都是双功能酶，既能将半甲基化DNA甲基化，又 能降解外源无甲基化DNA。
具有受体功能的酪氨酸 蛋白激酶 (receptor protein tyrosine kinase, RPTK)。包括三个结构域：胞外的配体 结合区，细胞内部具有酪氨酸蛋白激酶活性的区域和连 接这两个区域的跨膜结构。胞外配体结合区：RPTK的N 端大约500-850个氨基酸组成亲水性胞外配体结合区域， 氨基酸序列变化较大，是不同RPTK与相应配体特异性结 合的结构基础。
2．甲基化抑制基因转录的机制 甲基化导致某些区域DNA构象变化， 从而影响了蛋白质与DNA的相互作用，抑 制了转录因子与启动区DNA的结合效率。
对弱启动子来说，少量甲基化就能使其完全 失去转录活性。当这类启动子被增强时，即使不 去甲基化也可以恢复其转录活性。甲基化密度较 高时，即使增强后的启动子仍无转录活性。 因为甲基化对转录的抑制强度与MeCP1 （methylCpG-binding protein1）结合DNA的能力 成正相关，甲基化CpG的密度和启动子强度之间 的平衡决定了该启动子是否具有转录活性。DNA 甲基化对基因转录的抑制直接参与了发育调控。 随着个体发育，当需要某些基因保持"沉默"时， 它们将迅速被甲基化，若需要恢复转录活性，则 去甲基化。
根据是否有调节物来 分又可分成两大类： 信使依赖性蛋白 质激酶 （messengerdependent protein kinase），包括胞内 第二信使或调节因子 依赖性蛋白激酶及激 素（生长因子）依赖 性激酶两个亚类； 非信使依赖型蛋 白激酶。
4. 受cAMP调控的A激酶 被A激酶磷酸化的蛋白质其N端上游往 往存在两个或两个以上碱性氨基酸，特异 氨基酸的磷酸化（X-Arg-Arg-X-Ser-X）改 变了这一蛋白的酶活性。这一酶活性代表 了绝大多数细胞中cAMP所引起的全部反应。 PKA全酶由4个亚基组成(R2C2）包括两个 相同的调节亚基（R）和两个相同的催化亚 基（C）。全酶的分子量为150-170kD。
1． 蛋白质磷酸化在细胞信号转导中的作用 (1). 在胞内介导胞外信号时具有专一应答特点。与 信号传递有关的蛋白激酶类主要受控于胞内信使， 如cAMP，Ca2+，DG（二酰甘油，diacyl glycerol）等，这种共价修饰调节方式显然比变构 调节较少受胞内代谢产物的影响。 (2).蛋白质的磷酸化与脱磷酸化控制了细胞内已有的 酶“活性”。与酶的重新合成及分解相比，这种方 式能对外界刺激做出更迅速的反应。 (3).对外界信号具有级联放大作用； (4).蛋白质的磷酸化与脱磷酸化保证了细胞对外界信 号的持续反应。 被磷酸化的主要氨基酸残基：丝氨酸、苏氨酸和酪 氨酸。组氨酸和赖氨酸残基也可能被磷酸化。