备课素材：蛋白质的磷酸化和去磷酸化 高二下学期生物人教版选择性必修3

蛋白质的磷酸化和去磷酸化先看一道试题；某些蛋白质在蛋白激酶和蛋白磷酸酶的作用下，可在特定氨基酸位点发生磷酸化和去磷酸化，参与细胞信号传递，如图所示。下列叙述错误的是（

）A.这些蛋白质磷酸化和去磷酸化过程体现了蛋白质结构与功能相适应的观点B.这些蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失，不影响细胞信号传递C.作为能量“通货”的ATP能参与细胞信号传递D.蛋白质磷酸化和去磷酸化反应受温度的影响解析：分析图形，在信号的刺激下，蛋白激酶催化ATP将蛋白质磷酸化，形成ADP和磷酸化的蛋白质，使蛋白质的空间结构发生改变；而蛋白磷酸酶又能催化磷酸化的蛋白质上的磷酸基团脱落，形成去磷酸化的蛋白质，从而使蛋白质空间结构的恢复。通过蛋白质磷酸化和去磷酸化改变蛋白质的空间结构，进而来实现细胞信号的传递，体现出蛋白质结构与功能相适应的观点，A正确；如果这些蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失，将会使该位点无法磷酸化，进而影响细胞信号的传递，B错误；根据题干信息：进行细胞信息传递的蛋白质需要磷酸化才能起作用，而ATP为其提供了磷酸基团和能量，从而参与细胞信号传递，C正确；温度会影响蛋白激酶和蛋白磷酸酶的活性，进而影响蛋白质磷酸化和去磷酸化反应，D正确。故选B。本题以蛋白质磷酸化和去磷酸化为素材，考查蛋白质的结构及细胞调控与信息传递。那么，什么是蛋白质的磷酸化和去磷酸化？蛋白质活性的调控发生在多个层次，一个层次是细胞通过控制编码这个酶的基因的表达来调控酶分子数量；另一个层次是细胞经常通过将酶限制在由膜包围的特定的亚细胞区室内来调控酶的活性。不过，用以调节反应速率最为快速和普遍的过程是在调节酶的自身水平上进行。在真核生物中，被普遍用于调控蛋白质活性的方法是将一个磷酸基团通过一种酶共价连接至一个氨基酸的侧链上。通过另一种酶去除磷酸基团，蛋白质就能恢复到最初的构象和活性。蛋白质磷酸化是生物界最普遍，也是最重要的一种蛋白质翻译后修饰，20世纪50年代以来一直被生物学家看作是一种动态的生物调节过程。1.蛋白质的磷酸化和去磷酸化蛋白质磷酸化是指由蛋白质激酶催化的把ATP的磷酸基转移到底物蛋白质氨基酸残基（丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸）上的过程，或者在信号作用下结合GTP，是生物体内一种普通的调节方式，在细胞信号转导的过程中起重要作用。在细胞中，大概有1/3的的蛋白质被认为是通过磷酸化修饰的。蛋白质的磷酸化修饰与多种生物学过程密切相关，如DNA损伤修复、转录调节、信号传导、细胞凋亡的调节等。可逆的蛋白质磷酸化磷酸化改变蛋白表面电荷分布，静电力使构象发生变化，暴露活性位点。因为每个磷酸基团携带两个负电荷，通过蛋白激酶的催化将磷酸基团加到蛋白质上能导致蛋白构象的显著变化，例如，可以通过吸引一群带正电荷的氨基酸侧链。反过来，这个构象的变化能够影响蛋白表面配体的结合，从而改变蛋白的活性。通过另一种酶（蛋白磷酸酶）去除磷酸基团，蛋白质就能恢复到最初的构象和活性。2.磷酸化的意义磷酸化和去磷酸化是一种分子开关形式。一些蛋白平时处于失活状态，必须被激酶磷酸化之后才才可以发挥活性，进一步转导各种生命过程。而有些正好相反，某些蛋白磷酸化时是失活的，必须经过磷酸酶去磷酸化才可以激活。

磷酸化(由激酶催化)和去磷酸化(由磷酸酶催化)是控制细胞周期的关键。它们都被用来控制调控途径自身活性和执行调控途径决定的底物活性。人体的能量载体（能量货币）是ATP，其中第三个磷酸基团容易解离或结合。解离或结合过程中，伴有大量的能量代谢。激酶通常有ATP结合位点，ATP在结合位点水解释放能量可以保证能量最大效率的利用。而水解后ADP被释放重新生成ATP，Pi结合在激酶上作为活化标记。此外，通过一系列磷酸化事件，由激素和神经递质产生的许多信号便从细胞质膜传递到细胞核内。磷酸化蛋白质及多肽的研究可以帮助人们阐述上述过程的机理，进一步认识生命活动的本质。近年来随着蛋白质组技术的不断发展，蛋白质磷酸化的研究越来越受到广泛的关注。例、为探究两种抗癌药物A和B联合作用的效果，用A和B单独及联合处理体外培养的肝癌细胞，测定细胞周期各阶段细胞所占比例及细胞凋亡率，结果如表所示。请分析回答：（1）体外培养肝癌细胞时，培养基中除水、糖、氨基酸、无机盐、微量元素、促生长因子外，还必须加入

；传代培养时，贴满瓶壁的细胞需要用

等处理后分瓶继续培养。（2）结果显示，药物A主要使肝癌细胞的细胞周期阻滞于

期，推测其作用机理是

。（3）细胞内ERK蛋白被磷酸化为pERK，可导致细胞增殖。用药物B处理肝癌细胞后，与对照组相比，ERK蛋白含量无显著变化，pERK的含量明显下降，由此推测，药物B可能通过

影响人肝癌细胞的增殖。（4）细胞凋亡是

控制的编程性细胞死亡。上述四组实验结果说明

，两种药物在治疗癌症的效果上表现为

。两种药物在治疗癌症的效果上表现为

。答案：（1）血清

胰蛋白酶（2）S期

阻断DNA的复制（3）抑制ERK的磷酸化过程（4）基因

联合用药对肝癌细胞凋亡的作用是促进凋亡作用强于单处理组

协同解析：此题要求学生要有较高的生物学知识储备，对细胞分裂间期分为三个时期，每一个时期的特点要理解并能灵活运用。分析题表格，两种抗癌药物A和B都能促进肝癌细胞凋亡，但是作用机理不同，药物A主要使肝癌细胞的细胞周期阻滞于S期，药物B主要使肝癌细胞的细胞周期阻滞于G1期，实验结果，说明联合用药对肝癌细胞凋亡的作用强于单处理组。（1）体外培养肝癌细胞时，培养基中除水、糖、氨基酸、无机盐、微量元素、促生长因子外，通常还需要加入血清；传代培养时，贴满瓶壁的细胞需要用胰蛋白酶等处理后分瓶继续培养。（2）结果显示，药物A主要使肝癌细胞的细胞周期阻滞于S期，推测其作用机理是：阻断DNA的复制。（3）细胞内ERK蛋白被磷酸化为pERK，可导致细胞增殖。用药物B处理肝癌细胞后，与对照组相比，ERK