中國海洋大學(xué)細(xì)胞生物學(xué)課件15基因表達(dá)與蛋白質(zhì)的生物合成02

一種基因調(diào)節(jié)蛋白可協(xié)調(diào)幾個(gè)不同基因的表達(dá)幾個(gè)基因各有不同的基因調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合到基因調(diào)節(jié)區(qū)上，然而這些結(jié)合蛋白本身只有再結(jié)合另外的基因調(diào)節(jié)蛋白才能激活轉(zhuǎn)錄?；蛘{(diào)節(jié)蛋白3基因調(diào)節(jié)蛋白1基因調(diào)節(jié)蛋白2DNA結(jié)合區(qū)(同源性很高)激素結(jié)合區(qū)(同源性稍差)所有水溶性激素，如多肽激素等，先與細(xì)胞表面的專一受體(對(duì)各自特定的激素具有高度的特異識(shí)別能力和親和力)相結(jié)合，形成激素—受體復(fù)合物，激活位于細(xì)胞膜上與受體相連接的效應(yīng)器，通過對(duì)DNA的調(diào)控最終影響蛋白質(zhì)合成，產(chǎn)生一定的生理和生化反應(yīng)。水溶性的激素GTP激活的腺苷酸環(huán)化酶G蛋白關(guān)聯(lián)受體胰高血糖素激活的G蛋白

亞基

亞基胞外區(qū)細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)（cAMP依賴性蛋白質(zhì)激酶）糖原葡萄糖1-磷酸無活性磷酸化酶激酶激活的磷酸化酶激酶ATPADPcAMPATP胰高血糖素激活糖原分解的反應(yīng)過程圖解ATPADP無活性糖原磷酸化酶激活的糖原磷酸化酶無活性的A激酶激活的A激酶糖原分解真核生物中蛋白質(zhì)合成的調(diào)控小結(jié)1、基因轉(zhuǎn)錄與核小體結(jié)構(gòu)(一)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)與基因表達(dá)調(diào)控2、組蛋白和非組蛋白對(duì)轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)(二)真核基因轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)1、順式作用元件的調(diào)控2、反式作用因子的調(diào)控——轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物——遠(yuǎn)距離的調(diào)控轉(zhuǎn)錄3、調(diào)控蛋白質(zhì)與DNA的相互作用對(duì)基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控(1)調(diào)控因子與DNA的相互作用(2)轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的結(jié)構(gòu)特征DNA結(jié)合功能域轉(zhuǎn)錄激活功能域結(jié)合其它因子的功能域通用轉(zhuǎn)錄因子基因激活蛋白基因抑制蛋白啟動(dòng)子CAAT框等增強(qiáng)子沉默子——直接或間接作用于DNA(六)真核基因表達(dá)的激素調(diào)節(jié)(四)蛋白質(zhì)合成的翻譯水平的調(diào)節(jié)mRNA的穩(wěn)定性mRNA非翻譯區(qū)的結(jié)構(gòu)與翻譯調(diào)控1、甾類激素胞質(zhì)受體核內(nèi)受體2、水溶性的激素表面受體(三)蛋白質(zhì)合成的轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié)RNA剪接5末端加上m7G帽3末端加上polyA尾RNA編輯(五)蛋白質(zhì)合成的翻譯后水平的調(diào)節(jié)信號(hào)肽的切除化學(xué)修飾加工、切割蛋白質(zhì)的壽命控制一、蛋白質(zhì)合成后的去向和命運(yùn)第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位二、蛋白質(zhì)運(yùn)輸?shù)男盘?hào)理論三、分子伴侶在蛋白質(zhì)折疊和運(yùn)轉(zhuǎn)中的作用四、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑的蛋白質(zhì)合成及其命運(yùn)五、游離核糖體上合成的蛋白質(zhì)的歸宿六、蛋白質(zhì)的降解一、蛋白質(zhì)合成后的去向和命運(yùn)（一）蛋白質(zhì)合成的定位一類是由細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)內(nèi)游離核糖體合成的蛋白質(zhì)：第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位另一類是由附著在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體合成的蛋白質(zhì)：其合成與轉(zhuǎn)運(yùn)同時(shí)進(jìn)行，此運(yùn)轉(zhuǎn)方式稱為共翻譯轉(zhuǎn)移

!其從核糖體上合成后釋放出來再行轉(zhuǎn)運(yùn)，為翻譯后轉(zhuǎn)移!真核細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的合成部位內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白的mRNA與核糖體結(jié)合到RER膜上細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)中的游離多核糖體第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位蛋白質(zhì)合成結(jié)束后，核糖體亞基解離，返回細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)中的核糖體亞基公用庫信號(hào)肽信號(hào)肽細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)中的核糖體亞基公用庫RER膜上的結(jié)合多核糖體合成細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)蛋白的mRNA與核糖體仍留在細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)中游離核糖體上合成蛋白質(zhì)的最后定位(1)非定位性的細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)蛋白：駐留在細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)中；(2)定位性的細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)蛋白：定位于細(xì)胞質(zhì)的特定位置，如中心粒和中心粒周物質(zhì)；(3)核定位蛋白；(4)半自主性細(xì)胞器組成蛋白。1.游離核糖體上合成的蛋白質(zhì)：（二）蛋白質(zhì)合成后的去向及其命運(yùn)第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位(1)運(yùn)往細(xì)胞外的分泌蛋白；(2)進(jìn)入溶酶體腔形成溶酶體酶等；(3)留在或運(yùn)回RER腔中的網(wǎng)質(zhì)蛋白;(3)插入到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜中，并隨膜流進(jìn)入內(nèi)膜系統(tǒng)各區(qū)和質(zhì)膜，形成它們的結(jié)構(gòu)成分。2.糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上核糖體所合成的蛋白質(zhì)：RER核糖體上的蛋白質(zhì)合成分泌蛋白溶酶體第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位一般，核糖體上所合成蛋白質(zhì)的氨基酸序列中均含有分揀信號(hào)(sortingsignal)——決定它們的去向和最終定位這種依靠氨基酸序列中的分揀信號(hào)決定蛋白質(zhì)的去向和最終定位的分揀機(jī)制稱為蛋白質(zhì)分揀(proteinsorting)。具有專一分揀信號(hào)的蛋白質(zhì)可以被運(yùn)送到細(xì)胞內(nèi)的各個(gè)不同部位；而缺乏分揀信號(hào)的蛋白質(zhì)則一直保留在細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)中。（三）蛋白質(zhì)運(yùn)送的幾種機(jī)制第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位1.

孔門運(yùn)輸(gatedtransport)：細(xì)胞核、質(zhì)間的蛋白質(zhì)運(yùn)輸。2.跨膜運(yùn)輸：是通過結(jié)合在膜上的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)子(proteintransportor)直接穿膜把蛋白質(zhì)從細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)運(yùn)送到細(xì)胞內(nèi)的不同部位。必須先去折疊(unfolding)。3.膜泡運(yùn)輸：經(jīng)過運(yùn)輸膜泡的過渡，把蛋白質(zhì)從一個(gè)區(qū)間運(yùn)送到另一個(gè)區(qū)間。具有分揀信號(hào)的蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)區(qū)間的運(yùn)送大體有3種不同的基本途徑：第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位1.孔門運(yùn)輸(gatedtransport)：第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位2.跨膜運(yùn)輸：第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位3.膜泡運(yùn)輸：第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位二、蛋白質(zhì)運(yùn)輸?shù)男盘?hào)理論（一）信號(hào)學(xué)說第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位細(xì)胞質(zhì)中共同的核糖體庫亞基(60S,40S)游離在細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)中附著在RER和核膜外表面（以60S亞基附著在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的外表面上）在進(jìn)行翻譯時(shí)臨時(shí)裝配而成?1971年,

G.Blobel和D.Sabatini首先對(duì)此提出了有關(guān)分泌蛋白合成機(jī)制的信號(hào)假說(signalhypothesis)。1975年，Blobel成功地破譯了第一個(gè)信號(hào)肽序列，同時(shí)還提出在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上存在允許多肽鏈通過的通道，證實(shí)了那些被分泌到細(xì)胞外的蛋白質(zhì)都將經(jīng)過通道進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔。1980s初，又發(fā)現(xiàn)了信號(hào)識(shí)別顆粒及其受體。第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位信號(hào)假說的要點(diǎn)：1、分泌蛋白的編碼mRNA普遍帶有信號(hào)序列，即在緊接起始密碼子之后有一段編碼疏水性氨基酸的序列，稱為信號(hào)密碼子。信號(hào)密碼子序列的翻譯產(chǎn)物是信號(hào)肽(signalpeptide)，長度為10~30個(gè)氨基酸不等。第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位2、在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜中存在著一種蛋白質(zhì)翻譯耦聯(lián)易位系統(tǒng)，它與合成分泌蛋白的核糖體結(jié)合到糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上密切相關(guān)。已發(fā)現(xiàn)在這個(gè)系統(tǒng)中有兩種成分：信號(hào)識(shí)別顆粒(signalrecognitionparticle,SRP)和信號(hào)識(shí)別顆粒受體(SRPreceptor)。SRP是11S的核糖核蛋白復(fù)合物，由6條不同分子量的多肽鏈和1條7SscRNA組成。7S第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位核糖體Asite結(jié)合部位SRP存在于細(xì)胞質(zhì)中，它的一端分別有與多肽鏈上信號(hào)肽結(jié)合的部位以及與SRP受體結(jié)合的部位；另一端則可與核糖體(Asite)結(jié)合。當(dāng)信號(hào)序列一從核糖體上伸出，SRP就結(jié)合上去，翻譯活動(dòng)暫停。信號(hào)肽SRP大亞單位新生多肽鏈小亞單位mRNA第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位信號(hào)肽結(jié)合部位SRP受體結(jié)合部位核糖體A位結(jié)合部位SRP受體實(shí)際上是插在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的一種停泊蛋白(dockingprotein,DP)，由嵌入膜內(nèi)的疏水部分和暴露于細(xì)胞質(zhì)的親水部分兩部分組成。SRP受體(停泊蛋白)核糖體受體核糖體受體SRP受體SRP受體對(duì)7SRNA有識(shí)別能力第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位3、在RER膜上還存在有核糖體受體，為插在RER膜上的一種整合蛋白。核糖體通過與核糖體受體結(jié)合而結(jié)合到RER膜上。核糖體與核糖體受體結(jié)合后，SRP與SRP受體脫離，SRP參與再循環(huán)。肽鏈合成又可繼續(xù)進(jìn)行。4、信號(hào)肽穿膜并整合到RER膜上，介導(dǎo)新生肽鏈沿蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)體穿膜進(jìn)入RER腔內(nèi)。遇到終止密碼子后，核糖體大小亞單位解離，并從RER膜中的核糖體受體上及mRNA上脫離下來，肽鏈合成結(jié)束。第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位核糖體-mRNA-信號(hào)識(shí)別顆粒復(fù)合體結(jié)合到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜之后，大多數(shù)位于可溶性蛋白氨基末端的信號(hào)肽序列還附帶有開啟轉(zhuǎn)移通道的功能，而且在合成的多肽鏈完全穿過膜之前，信號(hào)肽序列一直結(jié)合在通道上信號(hào)肽序列信號(hào)肽酶信號(hào)肽牽引肽鏈完全進(jìn)入ER腔的模式圖解信號(hào)肽信號(hào)識(shí)別顆粒(SRP)核糖體信號(hào)識(shí)別顆粒受體核糖體受體蛋白易位體SRP與信號(hào)肽及核糖體結(jié)合引起蛋白質(zhì)合成停止結(jié)合SRP的核糖體選擇性與SRP受體結(jié)合翻譯繼續(xù)易位開始SRP離開再循環(huán)第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位5、ER膜內(nèi)表面的信號(hào)肽酶將信號(hào)肽切除，使整個(gè)肽鏈游離于RER腔中。20世紀(jì)90年代初，Blobel又以確鑿的實(shí)驗(yàn)證據(jù)進(jìn)一步證明，在RER膜上存在允許多肽鏈穿過的蛋白質(zhì)通道通道的直徑只有2nm左右，所以蛋白質(zhì)跨膜時(shí)必須去折疊以線性方式通過膜。第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位通道關(guān)閉通道開放通道關(guān)閉G.Blobel因此項(xiàng)創(chuàng)見而榮獲1999年諾貝爾獎(jiǎng)！信號(hào)假說

(signalhypothesis)信號(hào)學(xué)說

(signaltheory)當(dāng)帶有新生多肽鏈的核糖體結(jié)合到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜時(shí)，膜上的蛋白質(zhì)通道開放，信號(hào)肽引導(dǎo)新生肽鏈穿過這一通道；蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移完成，核糖體從膜上移走之后，通道關(guān)閉。信號(hào)學(xué)說(signaltheory)要點(diǎn)1、信號(hào)肽（由信號(hào)密碼子編碼）2、信號(hào)識(shí)別顆粒/信號(hào)識(shí)別顆粒受體3、核糖體受體（核糖體親和蛋白）4、蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)通道/信號(hào)肽引導(dǎo)新生肽鏈穿過通道5、信號(hào)肽酶（合成結(jié)束后切除信號(hào)肽）第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位EnglishChinese被運(yùn)輸?shù)牡鞍踪|(zhì)一般都帶有分揀信號(hào)(sortingsignal)，它可被細(xì)胞器上的受體蛋白所識(shí)別。分揀信號(hào)是一段連續(xù)的氨基酸序列，長達(dá)15-60個(gè)氨基酸。蛋白質(zhì)運(yùn)送到目的后，分揀信號(hào)的任務(wù)即完成，信號(hào)序列就被相應(yīng)的蛋白酶切去。這樣的分揀信號(hào)通常也叫做信號(hào)序列或引導(dǎo)序列(signalseguence或leadersequence)。不同類型的信號(hào)序列可引導(dǎo)蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)達(dá)到不同的目的地。（二）指導(dǎo)蛋白質(zhì)定位運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào)序列第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位幾種典型的分揀信號(hào)序列(前導(dǎo)序列)第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位——核輸入信號(hào)——核輸出信號(hào)——線粒體輸入信號(hào)——質(zhì)體輸入信號(hào)——微體輸入信號(hào)——內(nèi)質(zhì)網(wǎng)駐留信號(hào)——信號(hào)肽信號(hào)序列具有指導(dǎo)一種蛋白質(zhì)定位到細(xì)胞內(nèi)特定部位所需要的全部信息。如把進(jìn)入RER的N-端信號(hào)肽連接到細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)蛋白的起始端，就會(huì)使該蛋白質(zhì)改變輸方向，轉(zhuǎn)運(yùn)而進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。通常，專一定位于相同目的地的一些信號(hào)序列，即使在組成上有所不同，但卻可具有相同的功能。這是因?yàn)椋盘?hào)序列的一些物理性質(zhì)，如疏水性、帶電荷氨基酸所在的位置等狀況，要比氨基酸序列的精確性更重要。第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位1987年R.JEllis便把凡是能夠促進(jìn)其它蛋白質(zhì)正確折疊和組裝的一類蛋白質(zhì)分子統(tǒng)稱為分子伴侶(molecularchaperone)。三、分子伴侶在蛋白質(zhì)折疊和運(yùn)轉(zhuǎn)中的作用第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位Definition:Alargegroupofunrelatedproteinfamilieswhoseroleistostabilizeunfoldedproteins,unfoldthemfortranslocationacrossmembranesorfordegradation,and/ortoassistintheircorrectfoldingandassembly.MOLECULARCHAPERONESMainrole:

Theypreventinappropriateassociationoraggregation

ofexposedhydrophobicsurfacesanddirecttheirsubstratesintoproductivefolding,

transportordegradationpathways.分子伴侶定義：在蛋白質(zhì)折疊和組裝過程中，能夠防止多肽鏈鏈內(nèi)和鏈間的錯(cuò)誤折疊或聚集作用，且還可以破壞多鈦鏈中已形成的錯(cuò)誤結(jié)構(gòu)并幫助其正確折疊，但其自身并不參加最終產(chǎn)物的組成的一類蛋白質(zhì)分子。Molecularchaperonesinteractwithunfoldedorpartiallyfoldedproteinsubunits,e.g.nascentchainsemergingfromtheribosome,orextendedchainsbeingtranslocatedacrosssubcellularmembranes.Theystabilizenon-nativeconformationandfacilitatecorrectfoldingofproteinsubunits.Theydonotinteractwithnativeproteins,nordotheyformpartofthefinalfoldedstructures.Somechaperonesare

non-specific,andinteractwithawidevarietyofpolypeptidechains,butothersarerestrictedtospecifictargets.TheyoftencoupleATPbinding/hydrolysistothefoldingprocess.Essentialforviability,theirexpressionisoftenincreasedbycellularstress.Properties分子伴侶是進(jìn)化上相當(dāng)保守的一類蛋白質(zhì)家族，目前已被確認(rèn)的有熱休克蛋白Hsp60、Hsp70和Hsp90等。它們廣泛分布于原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)、線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中。（一）分子伴侶的類別第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位熱休克蛋白家族的這幾種成員都是恒定型表達(dá)的蛋白，為細(xì)胞正常生長和增殖所必需。它們不僅在熱激反應(yīng)中表達(dá)，而且在其它多種非生理?xiàng)l件的環(huán)境中也可合成。甚至在非熱休克細(xì)胞中也存在著由熱休克基因shp編碼的類似蛋白質(zhì)。幾種主要的分子伴侶家族及在不同類型細(xì)胞中的分布第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位分子伴侶原核生物真核生物

大腸桿菌酵母果蠅哺乳動(dòng)物植物胞質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)線粒體胞質(zhì)胞質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)線粒體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)線粒體HSP-60(chaperonin-60)GroELHsp60(Mif4p)Hsp60(Hsp58)RuSBPHSP-70(Stress-70)DnakSsal-4pKar2p(Bip)Ssc1pHsp68,Hsp70Hsc1,Hsc2,Hsc4Hsp70(p73)Hsc70(P72,Prp73,CUATPase)Bip(Grp78)Hsp70(Grp75)B70(Bip)Hsp-90(Stress-90)HepG(C62.5)Hsp83,Hsc83Hsp83Hsp90Grp94(Hsp83,Hsp87)(Erp99,endolasmin)Hsp70是進(jìn)化上最保守的蛋白質(zhì)之一。Dnak是Hsp70家族中首先被確定的成員，它分子量為70kDa，由兩個(gè)結(jié)構(gòu)域組成：一個(gè)是N端分子量為44kDa高度保守的ATPase結(jié)合功能域，另一個(gè)是25kDa的C端區(qū)域。（二）分子伴侶的基本結(jié)構(gòu)和作用機(jī)理1、Hsp70分子伴侶系統(tǒng)第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位Hsp70家族中3個(gè)成員的功能域結(jié)構(gòu)示意圖殘基數(shù)表示各功能域的邊界。Dnak中的第386-392殘基組成ATPase功能域和底物結(jié)合功能域之間的連接。GrpE中第86-88殘基是長的N-端α螺旋斷裂，此處可與Dnak相互作用DnakGrpEDnaJ功能未知α-螺旋Β片域二聚化Dnak結(jié)合1348688138197ATPase域連接區(qū)底物結(jié)合域功能未知區(qū)1537386393638連接區(qū)底物結(jié)合域C末端域鋅指G/F結(jié)構(gòu)域J域Dnak相互作用178108143200376Hsp70的主要功能是防止蛋白質(zhì)聚集和協(xié)助折疊錯(cuò)誤的蛋白質(zhì)重新折疊。此外它還有另外一些作用：①協(xié)助某些新翻譯出的蛋白質(zhì)折疊；②引導(dǎo)蛋白質(zhì)穿過細(xì)胞器膜轉(zhuǎn)運(yùn)；③使寡聚蛋白質(zhì)解裝配；④促進(jìn)不穩(wěn)定蛋白質(zhì)降解；⑤調(diào)控折疊了的調(diào)節(jié)蛋白(包括轉(zhuǎn)錄因子)的生物活性。第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位Hsp60在不同的生物中有不同的名稱，在線粒體中稱為Hsp60；在脊椎動(dòng)物的細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)中的稱為TCP-1，而在細(xì)菌中的則稱為GroEL。2、Hsp60伴侶蛋白系統(tǒng)第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位Hsp60樣分子伴侶結(jié)構(gòu)電鏡圖左為經(jīng)負(fù)染的HSP60顆粒群；右為根據(jù)電解圖象用計(jì)算機(jī)描繪的單個(gè)Hsp60顆粒三維復(fù)型模型

根據(jù)X-射線衍射對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行測定，GroEL是由14個(gè)亞基組成的寡聚體(EM下呈球形顆粒狀)，這些亞基排列成方向相反的兩個(gè)環(huán)(每個(gè)環(huán)由7個(gè)亞基組成)。兩個(gè)環(huán)彼此背靠背相接，構(gòu)成具有中央空腔的筒狀結(jié)構(gòu)(腔直徑約4.5nm)。GroEL形成一雙環(huán)寡聚體，每一環(huán)是由7個(gè)亞基圍成兩個(gè)環(huán)背靠背地構(gòu)成一個(gè)中空的圓筒，下圖為筒的頂面觀

在大腸桿菌的GroEL(伴侶蛋白,chaperonin)和GroES

(輔伴侶蛋白,co-chaperonin)相互作用中，底物蛋白與GroEL周期性地結(jié)合與釋放。在每次結(jié)合期間，底物蛋白發(fā)生折疊，直到底物蛋白獲得其天然構(gòu)象后，GroES才與GroEL解離，底物蛋白被釋放(依賴于ATP水解)。體外和體內(nèi)研究均證實(shí)：GroEL和GroES在蛋白質(zhì)折疊過程中可以防止形成聚集物，提高底物蛋白的正確折疊率。GroEL雙環(huán)背靠背地組合成一中空?qǐng)A筒，GroES形成一圓帽蓋在筒的一端蛋白質(zhì)底物結(jié)合到遠(yuǎn)環(huán)的腔中發(fā)生折疊至于輔伴侶蛋白GroES的作用，除可以提高GroEL結(jié)合和催化ATP水解的協(xié)同性外，它與GroEL的結(jié)合還有促進(jìn)底物蛋白釋放的作用。第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位ATPADP+Pi真核生物中的Hsp60與原核生物中GroEL的結(jié)構(gòu)和功能基本類似。Hsp70對(duì)新生蛋白質(zhì)表面的小識(shí)別斑有識(shí)別能力，它先與蛋白質(zhì)作用。隨后Hsp70對(duì)尚未正確折疊的蛋白質(zhì)再進(jìn)一步加工折疊，使其成為具有正確折疊的蛋白質(zhì)。在這些作用過程中Hsp蛋白通過水解ATP變化，發(fā)生與蛋白質(zhì)結(jié)合和分離的周期變化。Hsp70和Hsp60相互配合對(duì)新生蛋白質(zhì)正確加工折疊的示意圖Hsp70在蛋白質(zhì)向線粒體中輸入的作用示意圖信號(hào)肽插入后，肽鏈隨之通道穿過雙層膜伸入基質(zhì)，Hsp70將肽鏈拽入基質(zhì)一個(gè)新生多肽鏈要依賴于一個(gè)或多個(gè)分子伴侶的依次作用，最后才能折疊成有特定三維結(jié)構(gòu)并具有生物功能的蛋白質(zhì)分子！在細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)中游離核糖體上合成的蛋白質(zhì)，除有些貯留在細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)中外，其它均需運(yùn)送到細(xì)胞內(nèi)的各種細(xì)胞器中。（三）分子伴侶在蛋白質(zhì)定位和跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)中的作用第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位前體蛋白在運(yùn)送時(shí)必須保持其伸展構(gòu)象，并不得聚集變性和降解，以便向細(xì)胞器中運(yùn)輸。這些轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體、質(zhì)體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等固定空間的蛋白質(zhì)，都是以未折疊或部分折疊的構(gòu)象穿過膜到達(dá)其行使功能的部位。分子伴侶不僅能防止新生蛋白的折疊，還能參與蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)移過程，并幫助線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中新輸入的蛋白質(zhì)正確折疊成一定構(gòu)象。第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位Hsp70mHsp70mHsp60四、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑的蛋白質(zhì)合成及其命運(yùn)(一)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上核糖體合成的蛋白質(zhì)及其特點(diǎn)第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)內(nèi)游離核糖體細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)蛋白核蛋白線粒體蛋白葉綠體蛋白微體蛋白R(shí)ER外膜上核糖體很大部分細(xì)胞內(nèi)特定部位分泌到細(xì)胞外分泌蛋白蛋白質(zhì)的起始合成在RER膜上核糖體合成的蛋白質(zhì)有兩種類型：即跨膜蛋白(transmembraneprotein)和水溶性蛋白。第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位跨膜蛋白通常只是部分穿膜，插入膜中成為膜蛋白，多數(shù)隨膜流轉(zhuǎn)變成質(zhì)膜或其它細(xì)胞器的膜成分。水溶性蛋白則完全穿過釋放到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中，這些不同的新生蛋白質(zhì)除一小部分存留于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中外，大部分都要通過膜腔外運(yùn)，進(jìn)入其它細(xì)胞器腔或排到細(xì)胞外。如血漿蛋白和一些蛋白酶原等。盡管RER核糖體所合成蛋白質(zhì)的命運(yùn)有所不同，但它們在合成和運(yùn)送中都具有某些共同的特點(diǎn)：它們都具有相同類型的信號(hào)肽，能指導(dǎo)它們同RER膜結(jié)合，并穿過RER膜進(jìn)入RER腔；這些蛋白質(zhì)的穿膜過程和多肽的延伸相結(jié)合，翻譯與轉(zhuǎn)移同步進(jìn)行，是以共翻譯轉(zhuǎn)移(co-translationaltranslocation)的形式完成蛋白質(zhì)的合成過程。第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位（二）可溶性蛋白質(zhì)的合成和轉(zhuǎn)移第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位信號(hào)學(xué)說(signaltheory)分泌蛋白的生物最初也是在游離核糖體上開始合成的進(jìn)入RER的蛋白質(zhì)除釋放到RER腔內(nèi)的以外，還有些是嵌入到膜中的跨膜蛋白：（三）膜整合蛋白的定位機(jī)制第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位其肽鏈中一些片段必須穿過脂雙層；而另外的一些片段則保留在膜中。像可溶性蛋白一樣，跨膜蛋白的開始轉(zhuǎn)移也為信號(hào)肽序列所起動(dòng)。但這一轉(zhuǎn)移過程可被肽鏈中的第二個(gè)疏水氨基酸序列—停止-轉(zhuǎn)移序列(stop-transfersequence)所阻斷，使肽鏈不能再繼續(xù)進(jìn)入膜中。在進(jìn)入轉(zhuǎn)移通道后便橫移到脂雙層中，并形成一個(gè)

-螺旋狀的跨膜片段，把蛋白質(zhì)鎖定在膜內(nèi)。同時(shí)，N-端信號(hào)肽也從通道釋放到脂雙層內(nèi)并被切除。轉(zhuǎn)移的蛋白質(zhì)便被作為一個(gè)跨膜蛋白定向插入膜中，氨基端朝向脂雙層的腔內(nèi)側(cè)，而羧基端則朝向胞質(zhì)側(cè)。第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位跨膜蛋白整合到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜中的變化機(jī)制示意圖CytosolRERLumen有些跨膜蛋白的轉(zhuǎn)移起動(dòng)，是靠一個(gè)內(nèi)部信號(hào)序列而不是氨基末端的信號(hào)序列，但這些內(nèi)部信號(hào)序列并不被切除。內(nèi)部信號(hào)序列第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位有些跨膜蛋白中的疏水信號(hào)序列成對(duì)行動(dòng)的組成形式可使肽鏈來回反復(fù)穿過脂雙層。這種情況下，一個(gè)內(nèi)部信號(hào)序列用來起始轉(zhuǎn)運(yùn)，另一個(gè)是停止轉(zhuǎn)運(yùn)序列。具有內(nèi)部信號(hào)的肽鏈整合到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜中的兩次穿膜蛋白起始轉(zhuǎn)移序列停止轉(zhuǎn)運(yùn)序列第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位起始轉(zhuǎn)移序列與蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)體結(jié)合后，一直等到一個(gè)停止轉(zhuǎn)移序列進(jìn)入轉(zhuǎn)運(yùn)體時(shí)，這兩個(gè)

-螺旋的疏水序列才被釋放到脂雙層中，形成2次穿膜的跨膜蛋白。多次穿膜蛋白視紫紅質(zhì)(rhodopsin)嵌入RER膜示意圖第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位StopTransferSignalStartTransferSignal已轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)的多肽鏈經(jīng)進(jìn)一步折疊、組裝和修飾后，它們的最終命運(yùn)不同，這既取決于多肽鏈中氨基酸序列中所包含的定位信息，也取決于多肽鏈的修飾狀態(tài)。（四）進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)的蛋白質(zhì)的命運(yùn)第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位駐留在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的蛋白在其羧基末端常有一個(gè)由4個(gè)氨基酸組成的駐留信號(hào)序列：動(dòng)物中多為Lys-Asp-Glu-Leu(KDEL)；酵母中則為His-Asp-Glu-Leu(HDEL)；植物中序列不固定。1.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)駐留蛋白(ERresidentprotein)第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上存在有駐留信號(hào)序列(KDEL)的受體，可特異性識(shí)別KDEL，將其濃縮后出芽，以胞內(nèi)膜泡形式沿微管運(yùn)往Golgi復(fù)合體進(jìn)行加工修飾，爾后再反運(yùn)回RER。進(jìn)入糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中的許多蛋白質(zhì)，大都要進(jìn)行修飾加工，如分泌蛋白的糖基化等。2.新生肽鏈在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中的修飾加工在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的蛋白質(zhì)，大部分為糖蛋白，而在細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)中合成的可溶性蛋白質(zhì)則不加接糖基。糖基化作用對(duì)于指導(dǎo)大分子運(yùn)送到細(xì)胞內(nèi)的其它部位也有重要意義。第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位在細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)核糖體上合成的多肽，除部分貯留在細(xì)胞質(zhì)中外，多數(shù)最終要被運(yùn)送到靶細(xì)胞器中，它們在很大的程度上決定了細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)與功能。由于細(xì)胞器種類不同，相應(yīng)蛋白質(zhì)到靶細(xì)胞器的定位過程也不盡相同。但它們的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)理與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上合成的蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)基本相同，都須要有肽鏈信號(hào)序列的引導(dǎo)。五、游離核糖體上合成的蛋白質(zhì)的歸宿第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位胞質(zhì)中合成的一些多肽經(jīng)核孔復(fù)合體進(jìn)入細(xì)胞核要依賴于蛋白質(zhì)本身所攜帶的核輸入信號(hào)(nuclearimportsignal)，此信號(hào)是蛋白質(zhì)入核所必需的關(guān)鍵序列。（一）核定位蛋白的入核轉(zhuǎn)運(yùn)核輸入信號(hào)是由4~8個(gè)氨基酸構(gòu)成的一個(gè)短肽，富含Lys、Arg和Pro等帶正電的氨基酸。第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位它與信號(hào)肽不同的是：①可以定位在親核蛋白的不同部位，不僅僅位于N-末端；②進(jìn)入核后也不被切除（成為蛋白質(zhì)的永久構(gòu)成部分）。核定位蛋白的核輸入機(jī)制在細(xì)胞質(zhì)中，游離輸入蛋白與運(yùn)載蛋白的NLS結(jié)合，形成運(yùn)載復(fù)合物。在FG核孔蛋白作用下，將核蛋白運(yùn)入核內(nèi)。輸入蛋白－Ran·GTP經(jīng)核孔通道返回細(xì)胞質(zhì)（二）線粒體蛋白質(zhì)的跨膜運(yùn)送這些蛋白質(zhì)的合成和輸入細(xì)胞器大體上要涉及到4個(gè)步驟：(1)在細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)中合成多肽前體物；(2)前體物和細(xì)胞器表面的受體結(jié)合；(3)穿過并移進(jìn)細(xì)胞器膜；(4)前體物被加工成成熟多肽。有些蛋白質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞器的跨膜運(yùn)動(dòng)也是利用信號(hào)機(jī)制。第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位由胞質(zhì)溶質(zhì)運(yùn)送到線粒體或葉綠體的蛋白質(zhì)，輸入前是以前體蛋白的形式存在。前體蛋白在氨基端有一段信號(hào)序列(signalsequence)。各種信號(hào)序列的長短不等，約為20-80個(gè)氨基酸殘基，在線粒體蛋白質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)中起著關(guān)鍵作用。1.線粒體蛋白的跨膜運(yùn)動(dòng)（1）線粒體蛋白的前導(dǎo)序列及其受體第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位①含有較為豐富的帶正電荷的堿性氨基酸(特別是精氨酸)，穿插在不帶電荷的氨基酸序列之間，對(duì)牽引蛋白質(zhì)跨膜具有重要作用；②不含或基本不含帶負(fù)電荷的酸性氨基酸；③

序列中羥基氨基酸(尤其是絲氨酸)的含量較高；④整個(gè)前導(dǎo)序列可形成既具親水性又具疏水性的兩性(amphipathic)

-螺旋，這樣，可憑藉外正內(nèi)負(fù)的膜電位，使前導(dǎo)肽及其所牽引的蛋白質(zhì)得以順利過膜。線粒體前導(dǎo)序列的特點(diǎn)是：第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位線粒體蛋白質(zhì)特有的導(dǎo)肽序列(a)導(dǎo)肽的線性序列；(b)導(dǎo)肽的折疊后的氨基酸殘基的分布圖第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位內(nèi)、外膜接觸點(diǎn)線粒體外膜線粒體內(nèi)膜受體蛋白成熟線粒體蛋白線粒體蛋白質(zhì)前導(dǎo)序列跨膜運(yùn)送時(shí)，首先被其外膜上的受體蛋白識(shí)別并相互結(jié)合，在電化學(xué)梯度勢能的驅(qū)動(dòng)下跨過內(nèi)、外膜的接觸點(diǎn)(membranecontactsite)，爾后靠ATP水解能進(jìn)一步進(jìn)入線粒體基質(zhì)。第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位蛋白質(zhì)輸入線粒體基質(zhì)示意圖跨越線粒體雙層膜的蛋白質(zhì)還需進(jìn)一步分別定位于內(nèi)膜、外膜和膜間隙。線粒體前導(dǎo)序列的不同部位在蛋白質(zhì)的跨膜運(yùn)輸過程中發(fā)揮著不同的作用。也就是說前導(dǎo)肽不僅能引導(dǎo)其所在蛋白質(zhì)進(jìn)入線粒體，而且還含有指導(dǎo)蛋白質(zhì)到達(dá)細(xì)胞器中一些的空間結(jié)構(gòu)部位的不同導(dǎo)向信息。（2）線粒體跨膜蛋白的分揀定位第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位輸入蛋白在輸入之前，首先要與伴侶蛋白Hsc70結(jié)合，而去折疊。線粒體外膜中有輸入受體蛋白(如TOM20和TOM22)，可識(shí)別基質(zhì)定位序列，并與之結(jié)合，將前體蛋白送入外膜通道(由TOM40構(gòu)成)。1、線粒體基質(zhì)蛋白的輸入定位于基質(zhì)中的蛋白質(zhì)還要再通過內(nèi)膜通道(由TIM23和TIM17)進(jìn)入基質(zhì)，在此部位外膜和內(nèi)膜緊貼在一起。transloconoftheoutermembrane,TOMtransloconoftheinnermembrane,TIMimportreceptor定位序列在基質(zhì)中被蛋白酶切除。在內(nèi)膜轉(zhuǎn)移通道處有基質(zhì)Hsc70陪伴蛋白，該蛋白與TIM44接觸水解ATP，驅(qū)動(dòng)基質(zhì)前體蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)到基質(zhì)中。多肽鏈在伴侶蛋白作用下折疊和裝配成三維和四維結(jié)構(gòu)。TOM20/22線粒體內(nèi)、外膜接觸部位電鏡圖①一次性穿膜蛋白②二次穿膜蛋白③多次穿膜蛋白2、線粒體內(nèi)膜蛋白的輸入①一次性穿膜蛋白如細(xì)胞色素氧化酶的CoxVa亞基，其前體蛋白的N末端含有基質(zhì)定位序列，此序列可被TOM20/22輸入受體識(shí)別，通過外膜的通用輸入孔和內(nèi)膜的TIM23/17轉(zhuǎn)移復(fù)合物輸入到基質(zhì)中。輸入過程中，基質(zhì)定位序列被切除。CoxVa含有一個(gè)疏水性停止轉(zhuǎn)移序列(stop-transfersequence)，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)穿過TIM23/17通道時(shí)，停止轉(zhuǎn)移序列阻止C-端穿過內(nèi)膜，然后肽鏈轉(zhuǎn)移到脂雙層中。②二次穿膜蛋白肽鏈含有基質(zhì)定位序列和2段內(nèi)部疏水區(qū)(Oxl1定位序列)，肽鏈進(jìn)入基質(zhì)后，基質(zhì)定位區(qū)被切除。Oxl1疏水區(qū)被內(nèi)膜中的Oxa1蛋白