蛋白翻译后修饰

作者：杨超月

Stone和Walker（1995）根据蛋白激酶催化区域氨基酸序列的相似性，将植物蛋白激酶分为5大组。这5大组蛋白激酶分别为：

① AGC组：以cAMP（环腺苷酸）依赖的蛋白激酶PKA、cGMP（环鸟苷酸）依赖的蛋白酶PKG及钙和磷脂依赖的蛋白激酶PKC为代表，以受第二信使（如cAMP、cGMP、DAG（二酰甘油）和Ca2+）激活为特征。

② CaMK组：包括Ca2+/CaM依赖的蛋白激酶CaMK、Ca2+依赖而CaM不依赖的蛋白激酶CDPK等，依赖第二信使是该组蛋白激酶的普遍性。

③ CMGC组：包括MAPK（分裂原激活的蛋白激酶）、CDK（周期素依赖的蛋白激酶）等，相对于前2组蛋白激酶依赖于第二信使，该组激酶作用于下游的磷酸化级联系统。

④ 传统的PTK组：为酪氨酸蛋白激酶，在植物中尚未发现纯粹的酪氨酸蛋白激酶，但并不意味着Tyr残基的磷酸化对植物不重要。二重特异性蛋白激酶如MAPKK在植物中的发现，证明了Tyr残基的磷酸化可能在高等植物中具有重要的生理作用。

⑤ 其它组：如类受体蛋白激酶RLKs及乙烯信号转导元件CTRL（胞质级联蛋白激酶MAPKKK）等。

在蛋白激酶的分类中，出现了一些新名词，有的同学可能不了解，为了帮助大家理解，伯小远专门为大家找了一幅图，通过图中的信息，不懂的地方可能就明白啦！

图2 细胞信号传导的主要分子途径。IP3：三磷酸肌醇，DG：二酰甘油，PKA：依赖cAMP的蛋白激酶，PKCa2+：依赖Ca2+的蛋白激酶，PKC：依赖Ca2+与磷脂的蛋白激酶，PKCa2+CaM：依赖Ca2+CaM的蛋白激酶。

蛋白激酶具有相似的三维催化结构域。这个催化结构域由250~300个氨基酸组成，包括2个亚结构域，N端和C端。N端和C端通过肽支架连接，两者之间形成一个深的凹槽，可以与肽底物和一个ATP分子结合。此外，蛋白激酶还具有非催化结构域，允许底物的附着和其他信号蛋白的募集。

蛋白磷酸酶

蛋白磷酸酶（Protein Phosphatases，PPs）具有与蛋白激酶相反的功能，通过将磷酸单酯水解成一个磷酸基团和一个带有游离羟基的分子来去除磷酸化的蛋白质中的磷酸基团。去磷酸化作用同样主要发生在丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸残基上。

蛋白磷酸酶之间的结构差异性较大，并不像蛋白激酶一样具有相似的三维催化结构域真核蛋白质磷酸酶包括磷蛋白质磷酸酶（PPP），金属依赖性蛋白质磷酸酶（PPM），蛋白质酪氨酸磷酸酶（PTP）和天冬氨酸（Asp）依赖性磷酸酶。PPP和PPM家族是丝氨酸/苏氨酸特异的磷酸酶（STP），而PTP家族是酪氨酸（Tyr）特异的。

磷蛋白磷酸酶家族成员包括PP1、PP2A、PP2B、PP4、PP5、PP6和PP7蛋白，它们的催化亚基多与各种的调节亚基相结合。而以PP2C蛋白为代表金属依赖型蛋白磷酸酶家族成员不具有调节亚基，并且催化过程依赖于金属离子如Mn2+/Mg2+。这一特点使得蛋白磷酸酶的识别工作较为困难。

蛋白质磷酸化的类型

根据被磷酸化的氨基酸残基不同，可将磷酸化蛋白质分为4类，即O-磷酸盐蛋白质、N-磷酸盐蛋白质、酰基磷酸盐蛋白质和S-磷酸盐蛋白质，具体细节见下表1，磷酸化的9个氨基酸分子式见图3。O-磷酸化在酸性条件下非常稳定，因此在细胞生物学和磷酸化蛋白质组学中研究广泛。而N-磷酸化由于不稳定导致其检测极具挑战性。加之，催化N-磷酸化的蛋白激酶和蛋白磷酸酶的缺乏进一步限制了它的研究。其他两类磷酸化（S-磷酸化和酰基磷酸化）的研究报道则少之又少。

另外，不同的物种发生磷酸化的氨基酸残基会存在不同，在真核生物中，磷酸化主要发生于丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸等残基上；而在细菌中，蛋白质主要通过天冬氨酸、谷氨酸和组氨酸等残基被磷酸化；有些蛋白质在原核生物和真核生物中均可被磷酸化，它们的磷酸化位点通常是精氨酸、赖氨酸和半胱氨酸残基。

表1 磷酸化蛋白质类型及位点。

图3 九个磷酸化的氨基酸(Huang et al., 2020)。磷酸化可分为四类：O-磷酸化（pSer、pThr、pTyr），N-磷酸化（pHis、pArg、pLys），磷酸酐（pAsp、pGlu），硫代磷酸（pCys）。

蛋白质磷酸化的功能