結構生物化學/蛋白質/蛋白質的蛋白水解分析

概述

蛋白水解是在蛋白酶的幫助下將蛋白質分解成更簡單化合物的過程。此過程在全身發生，用於各種目的。例如，食物被消化成身體可用於細胞過程的化合物。蛋白水解也可能與某些疾病過程相關，例如毒液透過分解被蛇咬傷的人的蛋白質而導致組織死亡。

蛋白酶是一種酶，它透過稱為蛋白水解的過程分解蛋白質。蛋白水解破壞連線氨基酸的肽鍵。

受調控的蛋白水解中的選擇性由底物上特定降解訊號的產生和識別控制。

科學家們發現，N-末端規則途徑也是一個蛋白水解系統，其中短壽命蛋白質的N-末端殘基被識別成分（N-識別蛋白）識別為降解訊號的組成部分（稱為N-降解訊號）。N-識別蛋白的底物可以在蛋白水解裂解過程中暴露在N末端嵌入的不穩定殘基時產生。此外，N-降解訊號也可以透過穩定蛋白質的翻譯後暴露的原N-降解訊號的修飾來產生。這些修飾包括氧化、精氨醯化、亮氨醯化、苯丙氨醯化和乙醯化。基於N-降解訊號的產生和識別的蛋白水解系統在原核生物和真核生物中均可見。通常，N-末端規則途徑調節許多生理過程的穩態。

蛋白酶：型別和功能

蛋白酶根據酶最佳工作時的pH值進行分類。有酸性蛋白酶、中性蛋白酶和鹼性蛋白酶。

蛋白酶的功能是切割肽鍵。它們是在酸性條件下最有效工作的酶。實際上有許多型別的蛋白酶；一些例子包括穀氨酸蛋白酶和蘇氨酸蛋白酶。儘管大多數蛋白酶在酸性條件下工作，但也有一些在鹼性條件下工作，這些稱為鹼性蛋白酶。

蛋白酶存在於所有生物體中。蛋白酶的切割作用可以停止蛋白質的功能或啟用它。蛋白酶透過水解催化這種肽切割反應，其中一個水基團充當親核試劑並攻擊肽鍵。蛋白酶可以切割其他蛋白酶。這些酶在消化中起著巨大的作用，因為它們將蛋白質切割成片段，以便身體可以回收和吸收釋放的氨基酸。蛋白酶在醫學中的應用也很普遍，因為對蛋白酶的研究幫助我們更好地瞭解了炎症性疾病和免疫調節。如果蛋白質是活細胞的一部分並且對於該細胞執行與其他細胞的相互作用是必要的，那麼蛋白酶將不會切割它，因為正常的活細胞包含一個阻止切割過程的抑制機制。蛋白酶缺乏會導致許多健康相關問題。胃中透過蛋白質消化產生的酸度；如果沒有足夠的蛋白酶，則這種酸性平衡會被破壞，導致血液中鹼性特徵增加，這可能導致失眠或焦慮。

蛋白酶結構的研究也有助於提供一種基於結構的藥物設計策略來開發新產品。例如，HIV蛋白酶是HIV發展至關重要的酶。抑制這種酶將有助於防止HIV病毒在全身傳播。透過研究這種酶的結構，研究人員希望確定能夠阻斷HIV蛋白酶的分子型別。從而使我們更深入地瞭解這種疾病對免疫系統的影響，以便我們努力最大程度地減少或消除完全爆發的HIV的致命後果。這種策略將比典型的反覆試驗過程更快、更有效，後者可能漫長且可能不成功。（生命結構，美國衛生與公眾服務部，http://www.nigms.nih.gov）

透過氨基酸結合生成N-降解訊號

在真核生物和原核生物（細菌）中，將不穩定氨基酸結合到原N-降解訊號是N-末端規則途徑中產生主要不穩定殘基的主要方式。這個過程由進化保守的氨醯tRNA轉移酶介導，這使得原N-降解訊號在特定條件下可以被N-識別蛋白識別。

真核N-末端規則途徑中的精氨醯化

在真核生物中，N-末端Arg是N-識別蛋白的UBR盒結構上偏愛的降解訊號。降解訊號Arg可以由ATE1編碼的精氨醯R-轉移酶誘導。來自Arg-tRNA的Arg轉移到受體底物的N-末端ɑ-氨基。在哺乳動物中，ATE1基因透過前mRNA的選擇性剪接表達至少六種亞型。蛋白質精氨醯化的重要性已透過發現得到證實，即由於ATE1缺陷，小鼠胚胎因心臟和血管發育缺陷而死亡。

原核N-末端規則途徑中的亮氨醯化和苯丙氨醯化

細菌蛋白上的主要不穩定殘基N-末端Leu和Phe殘基可以透過來自氨醯tRNA的不穩定氨基酸結合來誘導。已發現兩種型別的氨醯轉移酶介導N-末端規則途徑中的亮氨醯化和苯丙氨醯化。

實驗表明，aat編碼的大腸桿菌L/f轉移酶將Leu或Phe轉移到受體Arg和Lys（真核生物中的1型主要殘基）。