• 2.5糖基化与疾病 一些疾病也被发现与糖基化 异常有关。如第一 个被鉴定为糖基化异常引 起的疾病I-细胞病就是因为N-糖链不能进一步 进行甘露糖-6-磷酸修饰而导致蛋白分解代谢失 常所引发的一类贮积病。在囊性纤维病中，也 被证实存在异常糖基化：岩藻糖增多而唾液酸 下降。这也成了该病的一种标志。 正因为某 些疾病中存在着异常的糖基化现象，一些针对 糖基化的抑制剂也已开始运用于到疾病的治疗 试验中。如α-葡萄糖苷酶抑制剂阿卡玻糖，米 格列醇等被用于糖尿病治疗临床试验。 N-丁基 脱氧野尻霉素和6-0-丁基脱氧野尻霉素 也都已 被运用于治疗艾滋病的临床试验中
糖基磷脂酰肌醇脂锚定蛋白（GPI）
• 糖基磷脂酰肌醇锚定连接： GPI 锚定蛋白的 C末端是通过乙醇胺磷酸盐桥接于核心聚糖 上,该结构高度保守, 另有一个磷脂结构将 GPI 锚连接在细胞膜上。不同GPI锚结构中 的多糖成分是不同的。GPI锚的一般结构主 要是由乙醇胺，糖核心和肌醇连接而成， 肌醇最终通过磷酸基团与细胞膜中的磷脂 结构相连，乙醇胺则与蛋白质的羧基端相 连。生物体中，许存在此类糖基化，包括 一些水解酶、黏附多蛋白质蛋白、免疫蛋 白、补体调节蛋白等。
3.调控转录
• 生物通过调控DNA结合蛋白、转录因子或者 与转录相关的其他蛋白乙酰化状态来控制 基因的表达。
4.参与蛋白质降解
• 蛋白质组学研究证明，在许多情况下，蛋白质 乙酰化影响蛋白质的活性、稳定性和蛋白质与 蛋白质之间或者蛋白质与DNA之间的相互作用， 从而影响细胞的生理状况。核糖核酸核酶 RNaseR是存在于细菌中的非常特殊的酶，对细 菌的生存至关重要。RNaseR的表达受多种逆境 诱导的分子机制是由蛋白质乙酰化引起的，乙 酰化修饰能促进tmRNA和SmpB复合物的结合， 改变RNaseR结构，从而导致其被蛋白酶降解。 在逆境条件下，RNaseR不被修饰，不能被蛋白 质降解，所以保持稳定。
糖基化在生命体中的作用
• 2.1参与免疫分子的成熟包装 未组装主要组织相容 性复合体（MCH）I类分子需要 通过与天冬酰胺残 基相连的糖链的帮助与内质网分子伴侣钙联素相互 作用，然后此糖链与Clx分离，并与另一分子伴侣钙 网素（calreticulin，Clr）相结合。这两种分子伴侣 或其中一种捕获二巯基氧化酶ERp57，使MHCI重链 链内二硫键的形成。同时MHCI的轻链β2M与重链相 连接。而轻链β2M又与包括TAP运载体和跨膜糖蛋白 tapasin在内的复合体相连。外来的蛋白被细胞的蛋 白酶体摄取并酶解成肽段，然后被 TAP结合并转运 到内质网，使其与MHCI相连。结果导致MHCI轻链 与TAP，tapasin复合体解离。最终形成了成熟的 MHCI：多肽复合体。
糖基化在生命体中的作用
• 1.糖基化对蛋白质有保护作用，使得它们免 遭水解酶的降解 • 2.糖基化具有运输信号的作用，可引导蛋白 质包装形成运输小泡，以便进行蛋白质的 靶向运输
• 糖基化形成细胞膜表面的糖被，在细胞膜 的保护、识别以及通讯联络的生命活动中 发挥重要作用
（《医学细胞生物学》P117）
N-乙酰基 葡糖胺 甘露糖 半乳糖 岩藻糖
乙酰基唾液酸
高甘露糖型，复杂型和杂交型的N-糖链
细胞液
多 萜 醇
内质网腔
糖基化的种类
O-糖基化：不同于N-糖基化， O-糖基化的 合成与修饰完全是在高尔基复合体内完成 的。 O-连接的糖基化是将糖链转移到多肽 链的丝氨酸、苏氨酸或羟赖氨酸的羟基的 氧原子上。O-连接的糖基化是由不同的糖 基转移酶催化的, 每次加上一个单糖。
• 在细胞核内，组蛋白乙酰化与组蛋白去乙 酰化过程处于动态平衡，精确地调控基因 的转录和表达。
蛋白质乙酰化功能 1、调控功能性乙酰化蛋白——ACS 的活性
• 乙酰辅酶A是能量代谢的重要中间产物，在 植物和细菌中，它可以由乙酰盐和辅酶A经 乙酰辅酶A合成酶（ACS )催化得到。
2、调控代谢
• 随着乙酰化检测技术的发展，人们开始在 蛋白质组学水平上对赖氨酸乙酰化蛋白进 行鉴定，并在细胞内发现了大量受乙酰化 调控的中间代谢酶和代谢相关蛋白，这也 为人们进一步研究乙酰化在代谢调控中的 作用提供了依据。
• N-糖的转移： N-糖参与新生肽链的修饰是 通过寡糖基转移酶复合体进行的。该糖基 转移酶是一个多聚复合体，负责将合成的 寡糖链转移至新生肽链中特定三肽序列的 的天冬酰胺残基上 （Asn-X-Ser或者Asn-XThr，X为除Pro外任何氨基酸） • N-糖的修饰：在内质网中糖链的修饰包括切 除末端的3分子葡萄糖和b支的末端甘露糖， 进入内质网后在各种糖基转移酶和糖苷酶 的剪切和加工后最终形成复杂型，杂交型 和高甘露糖型的N-糖链。
• 2.2信号传导途径调控 II型糖尿病中，研究人员 认为高血糖引起了异常的O-GlcNAc（N-乙酰氨 基葡萄糖）修饰，人们怀疑，它们所扮演的一 个角色是充当营养传感器，与通过氨基己糖生 物合成通道的葡萄糖流量相关。对O-GlcNAc相 应于葡萄糖流量所起作用所做的一项研究显示， 在O-GlcNAc转移酶(OGT)上有一个新型类脂结 合点：在胰岛素刺激下，有一种类脂与OGT结 合，将其吸收进胞质膜中。然后，OGT用糖来 “装饰”胰岛素信号通道蛋白，抑制它们的活 性，阻滞胰岛素反应。OGT在小鼠肝脏中的过 度表达引起胰岛素抗性和血脂异常。因此，胰 岛素信号通道的异常O-GlcNAc修饰有助于胰岛 素抗性、肥胖症和2型糖尿病的形成。 。
N-连接糖蛋白
糖基化发生的位置 连接的氨基酸残基 糙面内质网 天冬氨酸
O-连接糖蛋白
高尔基复合体 丝氨酸、苏氨酸、酪氨 酸、脯氨酸
连接基团
第一个糖基
—NH2
N-乙酰葡糖胺
—OH
半乳糖、N-乙酰半乳糖 胺 1~6个糖基
糖链长度
5~25个糖基
糖基化方式
寡糖链一次性连接
单糖基逐个添加
• 1.3C位糖基化［3］ 一分子甘露糖基通过C-C 键连接到色氨酸吲哚环2号位C上，以此形 式修饰蛋白质。这种糖基化多发生在W-X-XWW-X-X-C或者W-X-X-F序列的第一个色氨酸 残基上。在生命体中， 这种糖基化并不多 见。
蛋白质修饰（糖基化，乙酰化等） 的机制及功能意义
What How why
1.什么是蛋白质的修饰
蛋白质的修饰分为侧链氨基酸残基 的修饰和分子主链结构的修饰，这 里我们主要讲的是侧链氨基酸残基 掺入的氨基酸只有 20种，合成后某些氨基酸残基的侧 链集团发生的化学修饰显著增加了 肽链中氨基酸的种类。已发现蛋白 质中存在100多种修饰性氨基酸，这 些修饰可以进一步改变蛋白质的溶 解度、稳定性、亚细胞定位及与其 它细胞蛋白质相互作用的性质等， 使蛋白质功能具有多样性（p349）
糖基化类型
N-糖的合成 N-糖的合成起始于内质网膜胞质一侧，多萜 • N-连接糖基化： N-糖基化主要包括N-糖的 醇磷酸化后形成活化态，在糖基转移酶 合成，转移和修饰三个过程。N-糖的合成和 ALG7和ALG13/14的作用下将两个N-乙酰葡 转移在内质网中进行，其修饰过程在内质 糖胺与磷酸多萜醇链接，后在ALG1，ALG2 网和高尔基体中都存在。 和ALG11的作用下加上5个甘露糖分子,通过 Flipase转运至内质网腔一侧。在内质网腔中 一系列糖基转移酶（ALG3，ALG9，ALG12， ALG9，ALG6，ALG8，ALG10）的作用下形成 一个具有2分子N-乙酰葡糖胺，9分子甘露糖 和三分子葡萄糖的寡糖链，形成a,b和c三只 爪的天线结构（如图）。
乙酰化 甲基化
磷酸化
组蛋白多样的共价修饰
瓜氨酸化
泛素化
常见的化学修饰种类 磷酸化 N-糖基化 O-糖基化 羟基化 甲基化
发生修饰的主要氨基酸残基 丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸 天冬酰胺 丝氨酸、苏氨酸 脯氨酸、赖氨酸 赖氨酸、精氨酸、组氨酸、 天冬酰胺、天冬氨酸、谷氨 酸 赖氨酸、丝氨酸 半胱氨酸
乙酰化 硒化
上述化学修饰均为酶促反应，蛋白 激酶，糖基转移酶，羟化酶，甲基 转移酶等都在这一过程中发挥作用
蛋白质糖基化
所谓糖基化，是指单糖或者寡糖与蛋 白质之间通过共价结合形成糖蛋白的 过程。
根据糖苷链类型，蛋白质糖基化可以分 为五类，N-linked糖基化，O-linked糖基 化，C-甘露糖基化，Phospho-serine糖基 化（磷酸-丝氨酸糖基化），形成GPI锚 (glypiation)
• 组蛋白乙酰化多发生在核心组蛋白N一端碱 性氨基酸集中区的特定赖氨酸残基，将乙 酰辅酶A的乙酰基转移到赖氨酸的sNH3+中 和掉1个正电荷。组蛋白乙酰化水平是由组 蛋白乙酰基转移酶(histone acetyltmnsferse， HATs)和组蛋白去乙酰基转移酶(histone deacetylase，HDACs)共同决定
• 2.3蛋白降解调控 许多关键蛋白都受合成速 率和降解速率控 制。而拥有PEST序列或者 富含P、E、S、T残基的肽很容易被磷酸化或 其他机制降解，而研究表明被 O-GlcNAc糖 基化的蛋白序列富含P、E、S、T残基 而未 被降解，这可能是因为蛋白的糖基化阻碍 了其磷酸化，使蛋白不那么容易被降解。
蛋白质的乙酰化
• 蛋白质乙酰化：乙酰化修饰即在蛋白质分 子链上嫁接上一个乙酰基分子是蛋白质最 主要的修饰方式之一。是细胞控制基因表 达，蛋白质活性或生理过程的一种机制。
• 在此以组蛋白常见的修饰方式——组蛋白乙酰化为例,说 明组蛋白修饰影响基因转录的机制。组蛋白乙酰化多发 生于H3和H4氨基酸的赖氨酸残基。在组蛋白乙酰基转移 酶（HAT，也称乙酰化酶）作用下，于组蛋白N—端尾部 的赖氨酸加上乙酰基，称为组蛋白乙酰化。组蛋白N-端 的赖氨酸残基乙酰化会移去正电荷，降低组蛋白和DNA 分子之间的亲和力，使得RNA聚合酶和通用转录因子容 易进入启动子区域。因此，在大多数情况下，组蛋白乙 酰化有利于基因转录。低乙酰化的组蛋白通常位于非转 录活性的常染色质区域或异染色质区域。一些组蛋白可 以快速地乙酰化，然后又去乙酰化，使得组蛋白结合基 因的表达受到精确的调控。组蛋白的去乙酰化由组蛋白 去乙酰化酶（HDAC）催化完成，组蛋白去乙酰化则抑 制转录。其具体机制是：基因激活因子结合于特定上游 激活序列（USA）并招募组蛋白乙酰化酶，催化附近的 组蛋白乙酰化，促进既用激活；而结合于上游抑制序列 （ＵＲＳ）的转录抑制因子则招募组蛋白去乙酰酶，催 化附近的组蛋白去乙酰化，抑制转录。