结构生物化学/蛋白质/蛋白质的蛋白水解分析

概述

蛋白水解是在蛋白酶的帮助下将蛋白质分解成更简单化合物的过程。此过程在全身发生，用于各种目的。例如，食物被消化成身体可用于细胞过程的化合物。蛋白水解也可能与某些疾病过程相关，例如毒液通过分解被蛇咬伤的人的蛋白质而导致组织死亡。

蛋白酶是一种酶，它通过称为蛋白水解的过程分解蛋白质。蛋白水解破坏连接氨基酸的肽键。

受调控的蛋白水解中的选择性由底物上特定降解信号的产生和识别控制。

科学家们发现，N-末端规则途径也是一个蛋白水解系统，其中短寿命蛋白质的N-末端残基被识别成分（N-识别蛋白）识别为降解信号的组成部分（称为N-降解信号）。N-识别蛋白的底物可以在蛋白水解裂解过程中暴露在N末端嵌入的不稳定残基时产生。此外，N-降解信号也可以通过稳定蛋白质的翻译后暴露的原N-降解信号的修饰来产生。这些修饰包括氧化、精氨酰化、亮氨酰化、苯丙氨酰化和乙酰化。基于N-降解信号的产生和识别的蛋白水解系统在原核生物和真核生物中均可见。通常，N-末端规则途径调节许多生理过程的稳态。

蛋白酶：类型和功能

蛋白酶根据酶最佳工作时的pH值进行分类。有酸性蛋白酶、中性蛋白酶和碱性蛋白酶。

蛋白酶的功能是切割肽键。它们是在酸性条件下最有效工作的酶。实际上有许多类型的蛋白酶；一些例子包括谷氨酸蛋白酶和苏氨酸蛋白酶。尽管大多数蛋白酶在酸性条件下工作，但也有一些在碱性条件下工作，这些称为碱性蛋白酶。

蛋白酶存在于所有生物体中。蛋白酶的切割作用可以停止蛋白质的功能或激活它。蛋白酶通过水解催化这种肽切割反应，其中一个水基团充当亲核试剂并攻击肽键。蛋白酶可以切割其他蛋白酶。这些酶在消化中起着巨大的作用，因为它们将蛋白质切割成片段，以便身体可以回收和吸收释放的氨基酸。蛋白酶在医学中的应用也很普遍，因为对蛋白酶的研究帮助我们更好地了解了炎症性疾病和免疫调节。如果蛋白质是活细胞的一部分并且对于该细胞执行与其他细胞的相互作用是必要的，那么蛋白酶将不会切割它，因为正常的活细胞包含一个阻止切割过程的抑制机制。蛋白酶缺乏会导致许多健康相关问题。胃中通过蛋白质消化产生的酸度；如果没有足够的蛋白酶，则这种酸性平衡会被破坏，导致血液中碱性特征增加，这可能导致失眠或焦虑。

蛋白酶结构的研究也有助于提供一种基于结构的药物设计策略来开发新产品。例如，HIV蛋白酶是HIV发展至关重要的酶。抑制这种酶将有助于防止HIV病毒在全身传播。通过研究这种酶的结构，研究人员希望确定能够阻断HIV蛋白酶的分子类型。从而使我们更深入地了解这种疾病对免疫系统的影响，以便我们努力最大程度地减少或消除完全爆发的HIV的致命后果。这种策略将比典型的反复试验过程更快、更有效，后者可能漫长且可能不成功。（生命结构，美国卫生与公众服务部，http://www.nigms.nih.gov）

通过氨基酸结合生成N-降解信号

在真核生物和原核生物（细菌）中，将不稳定氨基酸结合到原N-降解信号是N-末端规则途径中产生主要不稳定残基的主要方式。这个过程由进化保守的氨酰tRNA转移酶介导，这使得原N-降解信号在特定条件下可以被N-识别蛋白识别。

真核N-末端规则途径中的精氨酰化

在真核生物中，N-末端Arg是N-识别蛋白的UBR盒结构上偏爱的降解信号。降解信号Arg可以由ATE1编码的精氨酰R-转移酶诱导。来自Arg-tRNA的Arg转移到受体底物的N-末端ɑ-氨基。在哺乳动物中，ATE1基因通过前mRNA的选择性剪接表达至少六种亚型。蛋白质精氨酰化的重要性已通过发现得到证实，即由于ATE1缺陷，小鼠胚胎因心脏和血管发育缺陷而死亡。

原核N-末端规则途径中的亮氨酰化和苯丙氨酰化

细菌蛋白上的主要不稳定残基N-末端Leu和Phe残基可以通过来自氨酰tRNA的不稳定氨基酸结合来诱导。已发现两种类型的氨酰转移酶介导N-末端规则途径中的亮氨酰化和苯丙氨酰化。

实验表明，aat编码的大肠杆菌L/f转移酶将Leu或Phe转移到受体Arg和Lys（真核生物中的1型主要残基）。