肽鏈合成后的加工和運(yùn)輸課件

第10章肽鏈合成后的加工和運(yùn)輸從核蛋白體釋放出的新生多肽鏈不具備蛋白質(zhì)生物活性，必需經(jīng)過(guò)：1）翻譯后一系列加工修飾過(guò)程才轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粯?gòu)象的功能蛋白。如：高級(jí)結(jié)構(gòu)的形成、氨基酸殘基的修飾、二硫鍵的形成等。2）靶向運(yùn)輸許多蛋白合成后經(jīng)靶向運(yùn)送到其相應(yīng)功能部位，才能發(fā)揮作用,稱(chēng)為蛋白質(zhì)的靶向運(yùn)輸(targetedtransport)或蛋白分送(proteinsorting)。

新生的多肽鏈大多數(shù)是沒(méi)有功能的，必須經(jīng)過(guò)加工修飾才能轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘牡鞍踪|(zhì)。

細(xì)菌蛋白質(zhì)氨基端的甲酰基能被脫甲?；杆猓还苁窃松镞€是真核生物，N端的甲硫氨酸往往在多肽鏈合成完畢之前就被切除。50%的真核蛋白中，成熟蛋白N端殘基會(huì)被N-乙基化。1）

N端fMet或Met的切除一.肽鏈合成后的加工1.肽鏈的剪接2）

信號(hào)序列的切除需要靶項(xiàng)運(yùn)輸?shù)礁骷?xì)胞器及細(xì)胞外的蛋白質(zhì)N-端一般有一段信號(hào)序列，用于指導(dǎo)蛋白質(zhì)的運(yùn)輸，這一信號(hào)序列會(huì)在完成任務(wù)后被相應(yīng)的蛋白水解酶切除。3）切除新生肽鏈中非功能片段

如新合成的胰島素前體是前胰島素原，必須先切去信號(hào)肽變成胰島素原，再切去C-肽，才變成有活性的胰島素。有些動(dòng)物病毒如脊髓灰質(zhì)炎病毒的mRNA可翻譯成很長(zhǎng)的多肽鏈，含多種病毒蛋白，經(jīng)蛋白酶在特定位置上水解后得到幾個(gè)有功能的蛋白質(zhì)分子。不少多肽類(lèi)激素和酶的前體也要經(jīng)過(guò)加工才能變?yōu)榛钚苑肿?，如血纖維蛋白原、胰蛋白酶原經(jīng)過(guò)加工切去部分肽段才能成為有活性的血纖維蛋白、胰蛋白酶。前胰島素原蛋白翻譯后成熟過(guò)程示意圖。1）泛素化—泛素降解ATP-依賴(lài)的蛋白質(zhì)水解體系，在胞質(zhì)中進(jìn)行，主要降解異常蛋白和短壽命蛋白，此途徑在不含溶酶體的紅細(xì)胞中尤為重要。泛素由76個(gè)AA組成，高度保守，普遍存在于真核細(xì)胞中，故稱(chēng)泛素（ubiquitin)E1：泛素激活酶E2：泛素結(jié)合酶E3：泛素-蛋白質(zhì)連接酶泛素降解蛋白質(zhì)途徑2）磷酸化磷酸化是在蛋白激酶的催化作用下，將ATP的r-磷酸基轉(zhuǎn)移到蛋白特定位點(diǎn)上的過(guò)程，磷酸化的作用位點(diǎn)為蛋白上的Ser、Thr、Tyr。3）糖基化蛋白質(zhì)的特定氨基酸殘基(天冬氨酸、絲氨酸、蘇氨酸殘基)加入糖基復(fù)合物(2-60單糖)通常為跨膜蛋白重要的識(shí)別標(biāo)志兩種類(lèi)型

N-linked

O-linkedN-乙酰葡萄糖氨連接到天冬胺酸殘基上N-乙酰葡萄糖氨連接到絲胺酸殘基上3.多肽鏈的折疊蛋白質(zhì)的折疊指肽鏈經(jīng)過(guò)疏水塌縮、空間盤(pán)曲、側(cè)鏈疊集等行為形成蛋白質(zhì)的天然構(gòu)象，同時(shí)獲得生物活性。蛋白質(zhì)折疊的機(jī)制—成核（nucleation)理論A.成核：最先形成α螺旋及β折疊片斷，使變性蛋白質(zhì)從伸展，無(wú)活性狀態(tài)（US）轉(zhuǎn)變成部分折疊，產(chǎn)生一些二級(jí)結(jié)構(gòu)但仍無(wú)活性的狀態(tài)（I1）B.結(jié)構(gòu)充實(shí)：蛋白質(zhì)從I1狀態(tài)進(jìn)一步折疊，近于完全，但仍存在著儲(chǔ)如脯氨酸殘基的不正確異構(gòu)體等的狀態(tài)（IN)1）概念C.最后重排：US

I1

INN完全松散肽鏈具二級(jí)結(jié)構(gòu)的局部鑒定狀態(tài)中間態(tài)（熔球態(tài)）天然態(tài)10毫秒1－3秒目前還無(wú)法了解蛋白質(zhì)在體內(nèi)折疊的具體過(guò)程，只是已了解到蛋白質(zhì)的體內(nèi)折疊遵守一些基本準(zhǔn)則：P：261體內(nèi)大部分蛋白質(zhì)的折疊需要在折疊酶（二硫鍵異構(gòu)酶和肽酰脯氨酰順?lè)串悩?gòu)酶）和分子伴侶的幫助下完成。2）分子伴侶（molecular

chaperon/chaperonine)是一類(lèi)能幫助其他蛋白質(zhì)進(jìn)行正確組裝、折疊、轉(zhuǎn)運(yùn)、介導(dǎo)錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)進(jìn)行降解的蛋白質(zhì)。1、協(xié)助新生肽鏈在細(xì)胞漿中的折疊：

2、蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)與折疊：

3、在防御中的作用：增強(qiáng)生物或細(xì)胞的熱耐受能力4、其它功能：有多方面，如抑制細(xì)胞凋亡、調(diào)控細(xì)胞周期、抑制衰老等GroELGroES

熱休克蛋白

HeatShockProteins(HSPs),是在從細(xì)菌到哺乳動(dòng)物中廣泛存在一類(lèi)熱應(yīng)急蛋白質(zhì)。當(dāng)有機(jī)體暴露于高溫的時(shí)候，就會(huì)由熱激發(fā)合成此種蛋白，來(lái)保護(hù)有機(jī)體自身。許多熱休克蛋白具有分子伴侶活性。按照蛋白的大小，熱休克蛋白共分為五類(lèi)，分別為HSP100，HSP90，HSP70，HSP60以及小分子熱休克蛋白smallHeatShockProteins(sHSPs)

熱休克蛋白90存在于所有的原核與真核細(xì)胞中，參與新生肽鏈的折疊，防止折疊過(guò)程蛋白聚合，主要作為分子伴侶參與細(xì)胞中眾多信號(hào)蛋白的構(gòu)象成熟和功能穩(wěn)定的調(diào)控,而這些信號(hào)蛋白的過(guò)度表達(dá)或突變能促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖及存活；

HSP70可與高度去折疊或錯(cuò)誤折疊的多肽結(jié)合，阻止聚沉并幫助重新折疊，在蛋白質(zhì)重組及降解過(guò)程中有作用，還幫助蛋白質(zhì)跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)；

Hsp60存在于真核生物的線(xiàn)粒體與葉綠體中，參與蛋白質(zhì)折疊、運(yùn)輸?shù)取?/p>

在生物體內(nèi)，蛋白質(zhì)的合成位點(diǎn)與功能位點(diǎn)常常被一層或多層細(xì)胞膜所隔開(kāi)，這樣就產(chǎn)生了蛋白質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)的問(wèn)題。

由于細(xì)胞各部分都有特定的蛋白質(zhì)組分，因此合成的蛋白質(zhì)必須準(zhǔn)確無(wú)誤地定向運(yùn)送才能保證生命活動(dòng)的正常進(jìn)行。二、肽鏈合成后的定向運(yùn)輸一般說(shuō)來(lái)，蛋白質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)可分為兩大類(lèi)：１．翻譯運(yùn)轉(zhuǎn)同步機(jī)制:蛋白質(zhì)的合成和運(yùn)轉(zhuǎn)同時(shí)發(fā)生的２．翻譯后運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制：蛋白質(zhì)從核糖體上釋放后才發(fā)生運(yùn)轉(zhuǎn)。

下表列舉了跨膜運(yùn)輸和鑲?cè)肽?nèi)的幾種主要蛋白質(zhì)蛋白性質(zhì)

運(yùn)

轉(zhuǎn)

機(jī)

制主

要

類(lèi)

型分泌

蛋白質(zhì)在結(jié)合核糖體上合成，

并以翻譯運(yùn)轉(zhuǎn)同步機(jī)制運(yùn)輸

免疫球蛋白、卵蛋白、水解酶、激素等細(xì)胞器發(fā)育

蛋白質(zhì)在游離核糖體上合成，以翻譯后運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制運(yùn)輸

核、葉綠體、線(xiàn)粒體、乙醛酸循環(huán)體、過(guò)氧化物酶體等細(xì)胞器中的蛋白質(zhì)膜的形成

兩種機(jī)制兼有質(zhì)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、類(lèi)囊體中的蛋白質(zhì)

1

翻譯-運(yùn)轉(zhuǎn)同步機(jī)制（分泌蛋白）

信號(hào)肽假說(shuō)：蛋白質(zhì)跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)是由mRNA編碼的。在起始密碼子后，有一段編碼疏水性氨基酸序列的RNA區(qū)域，稱(chēng)為信號(hào)序列，編碼出的蛋白叫信號(hào)肽。信號(hào)肽在合成后便與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上特定受體相互作用，產(chǎn)生通道，允許這段多肽在延長(zhǎng)的同時(shí)穿過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜，即：邊翻譯邊跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)。信號(hào)肽：被運(yùn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔的蛋白質(zhì)均含有一段或幾段特殊的氨基酸序列，該序列常常位于蛋白質(zhì)的氨基末端，可用于引導(dǎo)蛋白質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的特定部位，稱(chēng)為信號(hào)肽。信號(hào)肽一般帶有10-15個(gè)疏水氨基酸，進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜后被信號(hào)肽酶水解。在靠近信號(hào)肽N-端外常常有1個(gè)或數(shù)個(gè)帶正電荷的氨基酸；在其C-末端靠近蛋白酶切割位點(diǎn)處常常帶有數(shù)個(gè)極性氨基酸，離切割位點(diǎn)最近的那個(gè)氨基酸往往帶有很短的側(cè)鏈（丙氨酸或甘氨酸）。信號(hào)肽沒(méi)有嚴(yán)格的專(zhuān)一性；可能是一種環(huán)狀結(jié)構(gòu)通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)雙層膜：N端先與脂膜相結(jié)合，隨后疏水的殘基與脂雙層以疏水作用逐漸插入形成環(huán)狀的跨膜結(jié)構(gòu)。signalrecognitionparticle,SRP：信號(hào)肽識(shí)別顆粒SRPreceptor/dockingprotein:SRP受體，錨定蛋白，也叫船塢蛋白SRP=signalrecognitionparticleSRP能識(shí)別信號(hào)肽，與正在合成需要通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的新生肽和結(jié)合核糖體形成“SRP-信號(hào)肽-核糖體復(fù)合物”，該復(fù)合物被引向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜并與SRP的受體—DP（錨定蛋白，船塢蛋白，停泊蛋白）相結(jié)合。只有當(dāng)SRP與DP相結(jié)合時(shí)，多肽合成才恢復(fù)進(jìn)行，信號(hào)肽部分通過(guò)膜上的核糖體受體及蛋白運(yùn)轉(zhuǎn)復(fù)合物跨膜進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔，新生肽鏈重新開(kāi)始延伸。SRP與DP的結(jié)合很可能導(dǎo)致受體聚集而形成膜孔道，使信號(hào)肽及與其相連的新生肽得以通過(guò)。整個(gè)蛋白跨膜以后，信號(hào)肽被水解，形成高級(jí)結(jié)構(gòu)和成熟型蛋白質(zhì)，被送入高爾基體或形成運(yùn)轉(zhuǎn)小泡，運(yùn)送到細(xì)胞膜。正確的折疊不正確的折疊降解通過(guò)分泌小泡輸送到目的地膜蛋白和分泌蛋白模式圖內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔：1）新生肽鏈折疊；二硫鍵的修飾；添加核心寡糖/糖基化；2）蛋白質(zhì)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通過(guò)分泌泡轉(zhuǎn)移到高爾基復(fù)合體；3）在高爾基體以出芽小泡的方式運(yùn)轉(zhuǎn)到膜上2

翻譯后運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制（細(xì)胞器蛋白）

研究發(fā)現(xiàn)，葉綠體和線(xiàn)粒體中有許多蛋白質(zhì)和酶是由細(xì)胞質(zhì)提供的，其中絕大多數(shù)以翻譯后運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制進(jìn)入細(xì)胞器內(nèi)。Tom=transportacrossoutermembraneTim=transportacrossinnermembrane1）線(xiàn)粒體蛋白質(zhì)跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)

線(xiàn)粒體蛋白質(zhì)跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程有如下特征：①通過(guò)線(xiàn)粒體膜的蛋白質(zhì)在運(yùn)轉(zhuǎn)之前大多數(shù)以前體形式存在，它由成熟蛋白質(zhì)和N端延伸出的一段20-80個(gè)氨基酸的導(dǎo)肽（leaderpeptide）共同組成。②蛋白質(zhì)通過(guò)線(xiàn)粒體內(nèi)膜的運(yùn)轉(zhuǎn)是一種需能過(guò)程；③蛋白質(zhì)通過(guò)線(xiàn)粒體膜運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，首先由外膜上的Tom受體復(fù)合蛋白識(shí)別，再與Hsp70或MSF等分子伴侶相結(jié)合，通過(guò)Tom和Tim組成的膜通道進(jìn)入線(xiàn)粒體內(nèi)腔。導(dǎo)肽的特點(diǎn)：1，帶正電的堿性氨基酸含量較為豐富，分散于不帶電荷的氨基酸序列間（起重要作用）2，缺少帶負(fù)電的酸性氨基酸3，絲氨基酸含量較高4，有形成α－螺旋結(jié)構(gòu)的能力

葉綠體膜能夠特異地與葉綠體蛋白的前體結(jié)合。通過(guò)外膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（TOC）和內(nèi)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（TIC）協(xié)同作用完成蛋白質(zhì)向基質(zhì)的運(yùn)輸；葉綠體蛋白質(zhì)前體內(nèi)可降解序列因植物和蛋白質(zhì)種類(lèi)不同而表現(xiàn)出明顯的差異。一般N端含有定向葉綠體基質(zhì)的序列，C端具有可引導(dǎo)蛋白向類(lèi)囊體膜運(yùn)輸?shù)男蛄小?）葉綠體蛋白質(zhì)的跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)在細(xì)胞質(zhì)中合成的葉綠體前體蛋白在N-末端有轉(zhuǎn)運(yùn)肽（transitpeptides)的信號(hào)序列，它是葉綠體蛋白輸送的必要成分，在蛋白質(zhì)的輸送過(guò)程中需分子伴侶參與。3

）核定位蛋白的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制在細(xì)胞質(zhì)中合成的蛋白質(zhì)一般通過(guò)核孔進(jìn)入細(xì)胞核。所有核糖體蛋白都首先在細(xì)胞質(zhì)中被合成，運(yùn)轉(zhuǎn)到細(xì)胞核內(nèi)，在核仁中被裝配成40S和60S核糖體亞基，然后運(yùn)轉(zhuǎn)回到細(xì)胞質(zhì)中行使作為蛋白質(zhì)合成機(jī)器的功能RNA、DNA聚合酶、組蛋白、拓樸異構(gòu)酶及大量轉(zhuǎn)錄、復(fù)制調(diào)控因子都必須從細(xì)胞質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞核才能正常發(fā)揮功能。核孔復(fù)合物(Nuclearporecomplex,NPC)核孔