真核微生物的蛋白質(zhì)合成與分泌

1、3. 真菌的蛋白質(zhì)合成與分泌真菌的蛋白質(zhì)合成與分泌3. Protein Synthesis and Secretion in Fungi一、真菌基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一、真菌基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（一）真核基因組相對較大一）真核基因組相對較大哺乳動物哺乳動物基因組基因組DNA 約約 3 10 9 堿基對堿基對編碼基因編碼基因 約有約有 10000 個個，占總長的占總長的45%左右左右基因的外顯子數(shù)基因的外顯子數(shù)平均為平均為2個個真菌基因真菌基因組組DNA 約約4 10 7 堿基對堿基對3.1 蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)機(jī)制蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)機(jī)制（二）單順反子二）單順反子單順反子單順反子(monocistron) 即一個編

2、碼基因轉(zhuǎn)錄生成一個即一個編碼基因轉(zhuǎn)錄生成一個mRNA分子，經(jīng)翻譯生成一條多肽鏈。分子，經(jīng)翻譯生成一條多肽鏈。（三）重復(fù)序列三）重復(fù)序列單拷貝序列（一次或數(shù)次）單拷貝序列（一次或數(shù)次）高度重復(fù)序列（高度重復(fù)序列（106 次）次）中度重復(fù)序列（中度重復(fù)序列（103 104次）次）多拷貝序列多拷貝序列（四）基因不連續(xù)性四）基因不連續(xù)性 （一般含內(nèi)含子）（一般含內(nèi)含子）染色體水平染色體水平DNA的活化的活化轉(zhuǎn)錄的起始轉(zhuǎn)錄的起始hnRNA 的剪切和加工的剪切和加工mRNA 轉(zhuǎn)移到胞漿轉(zhuǎn)移到胞漿翻譯翻譯二、真菌基因表達(dá)調(diào)控特點(diǎn)二、真菌基因表達(dá)調(diào)控特點(diǎn)2. DNA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化天然雙鏈天然雙鏈DN

3、A均以負(fù)性超螺旋構(gòu)象存在；均以負(fù)性超螺旋構(gòu)象存在；基因活化后基因活化后RNA-pol正超螺旋正超螺旋負(fù)超螺旋負(fù)超螺旋轉(zhuǎn)錄方向轉(zhuǎn)錄方向1. 對核酸酶敏感對核酸酶敏感活化基因常有超敏位點(diǎn)，位于調(diào)節(jié)蛋活化基因常有超敏位點(diǎn)，位于調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合位點(diǎn)附近。白結(jié)合位點(diǎn)附近。三、染色體水平三、染色體水平DNA的活化與沉默的活化與沉默3. DNA堿基修飾變化堿基修飾變化真核真核DNA約有約有5%的胞嘧啶被甲基化，的胞嘧啶被甲基化，甲基化范圍與基因表達(dá)程度呈反比。甲基化范圍與基因表達(dá)程度呈反比。DNA Methylation and Transcription5353What Are the Functions o

4、f DNA Methylation? CpG island methylation is rare in normal cells Defense against invading parasitic DNA , retrovirus X-chromosome inactivation In vitro cell culture: loss of cell type-specific functions Some diseases: lupus Increasing with age Cancer: tumor genes and tumor suppressor genesSome tumo

5、r suppressor genes which can become hypermethylated and silenced in human tumors Tumor suppressor geneTumor type(s)pRbRetinoblastomaVHLRenal carcinomap16INK4aMelanoma and many othersp15INK4bHematologic malignancieshMLH1Colorectal carcinomaAPCColorectal carcinomaBRCA1Breast cancer4. 組蛋白變化組蛋白變化富含富含Lys

6、組蛋白水平降低組蛋白水平降低 活性的核小體常缺乏活性的核小體常缺乏H1，但卻結(jié)合有非，但卻結(jié)合有非組蛋組蛋 白白HMG14和和HMG17的存在的存在 H2A, H2B二聚體不穩(wěn)定性增加二聚體不穩(wěn)定性增加組蛋白修飾組蛋白修飾H1組蛋白磷酸化，對組蛋白磷酸化，對DNA親和力低親和力低 核心組蛋白的修飾，乙?；姿峄诵慕M蛋白的修飾，乙?；?，磷酸化 H3組蛋白巰基暴露組蛋白巰基暴露四、四、RNA pol I 和和pol 的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié) RNA pol I轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物只有轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物只有rRNA前體，有前體，有2個順式個順式作用元作用元件（件（-45+20bp核心元件，核心元件，-156-107bp上

7、游控制元上游控制元件件UCE），需），需兩種轉(zhuǎn)錄因子兩種轉(zhuǎn)錄因子來正確有效地幫助起始轉(zhuǎn)來正確有效地幫助起始轉(zhuǎn)錄（上游結(jié)合因子錄（上游結(jié)合因子1和選擇性因子和選擇性因子1）。）。 RNA pol 對對tRNA和和5S rRNA基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)，啟基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)，啟動子在轉(zhuǎn)錄區(qū)內(nèi)。動子在轉(zhuǎn)錄區(qū)內(nèi)。 tRNA有有2種轉(zhuǎn)錄因子，種轉(zhuǎn)錄因子， 5S rRNA有有3種轉(zhuǎn)錄因子，但都只有種轉(zhuǎn)錄因子，但都只有TFBB才識真正的轉(zhuǎn)錄起始因才識真正的轉(zhuǎn)錄起始因子，在定位子，在定位RNA polRNA pol方面起重要作用。方面起重要作用。五、五、RNA pol II轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)1.由由1012個亞基

8、組成個亞基組成2.最大亞基的最大亞基的C末端含有可磷酸化位點(diǎn)的末端含有可磷酸化位點(diǎn)的T氨基酸殘基（氨基酸殘基（Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser）重復(fù)序列，稱為）重復(fù)序列，稱為CTD（Carboxyl Terminal Domain）3.CTD是是TFIIH的底物，磷酸化后與的底物，磷酸化后與RNA鏈延伸有密切關(guān)系鏈延伸有密切關(guān)系（一）順式作用元件一）順式作用元件1. 啟動子啟動子真核基因啟動子是真核基因啟動子是RNA聚合酶結(jié)聚合酶結(jié)合位點(diǎn)周圍的一組轉(zhuǎn)錄控制組件，至合位點(diǎn)周圍的一組轉(zhuǎn)錄控制組件，至少包括一個少包括一個轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)以及一個以上以及一個以上的的功能組件功

9、能組件。TATA盒盒GC盒盒CAAT盒盒2. 增強(qiáng)子增強(qiáng)子(enhancer)指遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)、決定基因的時間、指遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)、決定基因的時間、空間特異性、增強(qiáng)啟動子轉(zhuǎn)錄活性的空間特異性、增強(qiáng)啟動子轉(zhuǎn)錄活性的DNA序序列。列。3. 沉默子沉默子(silencer)某些基因的負(fù)性調(diào)節(jié)元件，當(dāng)其結(jié)合特異某些基因的負(fù)性調(diào)節(jié)元件，當(dāng)其結(jié)合特異蛋白因子時，對基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。蛋白因子時，對基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。定義：是能直接或間接地識別或結(jié)合在各定義：是能直接或間接地識別或結(jié)合在各順式作用元件核心序列上，參與調(diào)順式作用元件核心序列上，參與調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄速率的一組蛋白質(zhì)?？匕谢蜣D(zhuǎn)錄速率的一組蛋白質(zhì)。結(jié)

10、構(gòu)：含有結(jié)構(gòu)：含有DNA結(jié)合域和轉(zhuǎn)錄活性區(qū)域。結(jié)合域和轉(zhuǎn)錄活性區(qū)域。（二）反式作用因子二）反式作用因子 （二）反式作用因子二）反式作用因子 1. 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子分類（按功能特性）轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子分類（按功能特性）* 基本轉(zhuǎn)錄因子基本轉(zhuǎn)錄因子(general transcription factors)是是RNA聚合酶結(jié)合啟動子所必需的一組蛋聚合酶結(jié)合啟動子所必需的一組蛋白因子，決定三種白因子，決定三種RNA(mRNA、tRNA及及rRNA)轉(zhuǎn)錄的類別。轉(zhuǎn)錄的類別。* 特異轉(zhuǎn)錄因子特異轉(zhuǎn)錄因子(special transcription factors)為個別基因轉(zhuǎn)錄所必需，決定該基因的為個別基因轉(zhuǎn)錄

11、所必需，決定該基因的時間、空間特異性表達(dá)。時間、空間特異性表達(dá)。轉(zhuǎn)錄激活因子轉(zhuǎn)錄激活因子轉(zhuǎn)錄抑制因子轉(zhuǎn)錄抑制因子2. 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子結(jié)構(gòu)DNA結(jié)合域結(jié)合域轉(zhuǎn)錄激活域轉(zhuǎn)錄激活域TF蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)結(jié)合域蛋白質(zhì)結(jié)合域（二聚化結(jié)構(gòu)域）（二聚化結(jié)構(gòu)域） 谷氨酰胺富含域谷氨酰胺富含域酸性激活域酸性激活域脯氨酸富含域脯氨酸富含域最常見的最常見的DNA結(jié)合域結(jié)合域 1. 鋅指鋅指(zinc finger)C CysH His常結(jié)合常結(jié)合GC盒盒ZnCysHis 2. -螺旋螺旋常結(jié)合常結(jié)合CAAT盒盒堿性亮氨酸拉鏈堿性亮氨酸拉鏈Basic-Leucine-ZipperH O C2C O2H

12、P P r ro oG G l l y yP P r ro o C C / / E E B B P P C C H H O O P P - -1 1 0 0 堿性螺旋環(huán)螺旋堿性螺旋環(huán)螺旋Basic-Helix/Loop/Helix（三（三）mRNA 轉(zhuǎn)錄激活及其調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄激活及其調(diào)節(jié)polTFHTAFTFFTAFTAFTFATFBTBP真核真核RNA聚合酶聚合酶在轉(zhuǎn)錄因子幫助下，形成在轉(zhuǎn)錄因子幫助下，形成的轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。的轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物。TF II D是是唯一具有位點(diǎn)特異唯一具有位點(diǎn)特異的的DNA結(jié)合能力的因子。結(jié)合能力的因子。TATA DNATBP相關(guān)因子相關(guān)因子是細(xì)胞特異的，與轉(zhuǎn)是細(xì)胞特異

13、的，與轉(zhuǎn)錄激活因子共同決定錄激活因子共同決定組織特異性轉(zhuǎn)錄組織特異性轉(zhuǎn)錄真核基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)是真核基因轉(zhuǎn)錄激活調(diào)節(jié)是復(fù)雜的、多樣的復(fù)雜的、多樣的*不同的不同的DNA元件組合可產(chǎn)生多種類型的轉(zhuǎn)錄元件組合可產(chǎn)生多種類型的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)方式；調(diào)節(jié)方式；*多種轉(zhuǎn)錄因子又可結(jié)合相同或不同的多種轉(zhuǎn)錄因子又可結(jié)合相同或不同的DNA元元件。件。*轉(zhuǎn)錄因子與轉(zhuǎn)錄因子與DNA元件結(jié)合后，對轉(zhuǎn)錄激活過程所元件結(jié)合后，對轉(zhuǎn)錄激活過程所產(chǎn)生的效果各異，有正性調(diào)節(jié)或負(fù)性調(diào)節(jié)之分。產(chǎn)生的效果各異，有正性調(diào)節(jié)或負(fù)性調(diào)節(jié)之分。六、六、RNA pol II轉(zhuǎn)錄終止的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄終止的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄終止于轉(zhuǎn)錄終止于poly-A添加點(diǎn)以下添加點(diǎn)以下

14、0.5-2kb范圍內(nèi)的多處可能位點(diǎn)。范圍內(nèi)的多處可能位點(diǎn)。HIV基因組轉(zhuǎn)錄終止調(diào)節(jié)基因組轉(zhuǎn)錄終止調(diào)節(jié) 病毒蛋白病毒蛋白Tat是一抗終止蛋白，它與轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是一抗終止蛋白，它與轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物5端特異端特異RNA序列結(jié)合，并與宿主蛋白質(zhì)、序列結(jié)合，并與宿主蛋白質(zhì)、RNA pol II相互作用，相互作用，是延長中的是延長中的RNA形成一定的二級結(jié)構(gòu)形成一定的二級結(jié)構(gòu)，阻止，阻止HIV基因組轉(zhuǎn)基因組轉(zhuǎn)錄提早終止錄提早終止七、轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié)七、轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié)（一）（一）hnRNA加工成熟的調(diào)節(jié)加工成熟的調(diào)節(jié) 在核內(nèi)進(jìn)行加工修飾，包括加帽、加尾、剪接、堿在核內(nèi)進(jìn)行加工修飾，包括加帽、加尾、剪接、堿基修飾和編輯

15、等。基修飾和編輯等。（二）（二）mRNA運(yùn)輸、胞漿內(nèi)穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)運(yùn)輸、胞漿內(nèi)穩(wěn)定性的調(diào)節(jié) 1. mRNA的自身的特異序列與相關(guān)的調(diào)節(jié)蛋白相互作用的自身的特異序列與相關(guān)的調(diào)節(jié)蛋白相互作用 2. 小分子小分子RNA （dsRNA），），miRNA與與siRNA等等。八、翻譯水平的調(diào)節(jié)八、翻譯水平的調(diào)節(jié)主要的調(diào)節(jié)點(diǎn)：主要的調(diào)節(jié)點(diǎn)：起始階段起始階段和延長階段和延長階段（一）翻譯起始因子（一）翻譯起始因子（eIF）活性的調(diào)節(jié)）活性的調(diào)節(jié) 磷酸化可阻礙磷酸化可阻礙eIF的正常功能的正常功能（二）（二）RNA結(jié)合蛋白（結(jié)合蛋白（RBP）對翻譯起始的調(diào)）對翻譯起始的調(diào)節(jié)節(jié) IRE位于鐵蛋白和位于鐵蛋白和ALA

16、合酶的合酶的5UTR 鐵濃度低時，鐵濃度低時，IRE-BP活化時，結(jié)合活化時，結(jié)合IRE阻礙小亞基與阻礙小亞基與其始點(diǎn)結(jié)合，抑制翻譯起始；其始點(diǎn)結(jié)合，抑制翻譯起始； 鐵濃度高時，鐵濃度高時，IRE-BP不能結(jié)合不能結(jié)合IRE，翻譯起始；，翻譯起始；蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)結(jié)束蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)結(jié)束3.2 真菌的蛋白質(zhì)分泌機(jī)制真菌的蛋白質(zhì)分泌機(jī)制 一、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在分泌途徑發(fā)揮重要作用一、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在分泌途徑發(fā)揮重要作用 真核細(xì)胞有一個廣泛的膜系統(tǒng)，包括內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高真核細(xì)胞有一個廣泛的膜系統(tǒng)，包括內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、小泡等，所有這些一起構(gòu)成分泌系統(tǒng)或爾基體、小泡等，所有這些一起構(gòu)成分泌系統(tǒng)或分泌途徑。除分泌蛋白外，這套

17、系統(tǒng)還有其它功分泌途徑。除分泌蛋白外，這套系統(tǒng)還有其它功能。能。 對蛋白質(zhì)進(jìn)行修飾和組裝；運(yùn)送膜蛋白；儲存對蛋白質(zhì)進(jìn)行修飾和組裝；運(yùn)送膜蛋白；儲存Ca2+；合合成并輸送脂類；胞外多糖的合成和分泌。成并輸送脂類；胞外多糖的合成和分泌。分泌途徑與細(xì)菌的異同分泌途徑與細(xì)菌的異同 （一）核糖體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的結(jié)合（一）核糖體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的結(jié)合 1) 對于幾乎所有的蛋白質(zhì)而言，當(dāng)合成它的對于幾乎所有的蛋白質(zhì)而言，當(dāng)合成它的核核糖體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合糖體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合時就決定了它將要進(jìn)入分泌時就決定了它將要進(jìn)入分泌途徑。途徑。 在分泌能力強(qiáng)的真核細(xì)胞中，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的含量非在分泌能力強(qiáng)的真核細(xì)胞中，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的含量非常豐富；

18、反之，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相對較少。常豐富；反之，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相對較少。 2) 粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)由大量平行排列、相互連接的潴泡組粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)由大量平行排列、相互連接的潴泡組成。這些潴泡的腔內(nèi)空間在拓?fù)渖吓c細(xì)胞質(zhì)不同，成。這些潴泡的腔內(nèi)空間在拓?fù)渖吓c細(xì)胞質(zhì)不同，而與胞外空間和液泡內(nèi)空間等價而與胞外空間和液泡內(nèi)空間等價。 蛋白質(zhì)一旦進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔后，再運(yùn)送到胞外空間就不需蛋白質(zhì)一旦進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔后，再運(yùn)送到胞外空間就不需要穿過膜了。要穿過膜了。 3) 大多數(shù)輸入到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔或膜上的蛋白會進(jìn)入高爾大多數(shù)輸入到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔或膜上的蛋白會進(jìn)入高爾基復(fù)合體，最后通過基復(fù)合體，最后通過TGN（高爾基體反面管網(wǎng)）運(yùn)（高爾基體反面管網(wǎng)）運(yùn)輸

19、。蛋白質(zhì)在高爾基體中可能會受到糖基化修飾。輸。蛋白質(zhì)在高爾基體中可能會受到糖基化修飾。 （二）蛋白質(zhì)象貨物一樣在分泌系統(tǒng)中傳送（二）蛋白質(zhì)象貨物一樣在分泌系統(tǒng)中傳送 1) 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)包裹在從某個潴泡或區(qū)室上出芽的小泡包裹在從某個潴泡或區(qū)室上出芽的小泡中中，穿過分泌系統(tǒng)，在下一個位點(diǎn)停泊并融合。，穿過分泌系統(tǒng)，在下一個位點(diǎn)停泊并融合。 2) 小泡的形成需要特異的胞質(zhì)蛋白自組裝形成小泡的形成需要特異的胞質(zhì)蛋白自組裝形成包包被被。小泡的出芽或融合都需要消耗。小泡的出芽或融合都需要消耗GTP形式的能形式的能量。在停泊或融合時，小泡脫去蛋白包被，露出量。在停泊或融合時，小泡脫去蛋白包被，露出膜蛋白與目

20、標(biāo)膜的膜蛋白相互作用膜蛋白與目標(biāo)膜的膜蛋白相互作用，從而結(jié)合在，從而結(jié)合在目標(biāo)膜上。這些膜蛋白和包被蛋白都是蛋白質(zhì)分目標(biāo)膜上。這些膜蛋白和包被蛋白都是蛋白質(zhì)分選機(jī)制的一部分，決定了其專一性。選機(jī)制的一部分，決定了其專一性。指定運(yùn)輸路線指定運(yùn)輸路線 3) 運(yùn)載蛋白的小泡在分泌系統(tǒng)的運(yùn)載蛋白的小泡在分泌系統(tǒng)的區(qū)室（如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、區(qū)室（如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等）高爾基體等）間持續(xù)移動，而且前向間持續(xù)移動，而且前向(順向，順向，charged)運(yùn)輸和反向運(yùn)輸和反向(逆向，逆向，empty)運(yùn)輸?shù)牧繋缀踹\(yùn)輸?shù)牧繋缀跸嗟龋员ＷC各區(qū)室維持其特定的蛋白組成。相等，以保證各區(qū)室維持其特定的蛋白組成。 4) 每個區(qū)室每

21、個區(qū)室自有的可溶性蛋白自有的可溶性蛋白在小泡攜帶蛋白質(zhì)在小泡攜帶蛋白質(zhì)順向運(yùn)輸離開時必須停留在區(qū)室內(nèi)。這種將區(qū)室順向運(yùn)輸離開時必須停留在區(qū)室內(nèi)。這種將區(qū)室的的內(nèi)在蛋白內(nèi)在蛋白和和貨物蛋白貨物蛋白分選的作用由分選的作用由膜蛋白膜蛋白完成。完成。它一側(cè)識別貨物蛋白，另一側(cè)它一側(cè)識別貨物蛋白，另一側(cè)(細(xì)胞質(zhì)一側(cè)細(xì)胞質(zhì)一側(cè))識別包識別包被蛋白。被蛋白。確認(rèn)貨物確認(rèn)貨物 5) 小泡出芽后，與質(zhì)膜融合，將其中所含的蛋白小泡出芽后，與質(zhì)膜融合，將其中所含的蛋白運(yùn)送到胞外。運(yùn)送到胞外。 （三）蛋白質(zhì)進(jìn)入分泌途徑的依據(jù)是信號肽（三）蛋白質(zhì)進(jìn)入分泌途徑的依據(jù)是信號肽 1) 分泌蛋白的初生肽鏈在分泌蛋白的初生肽鏈在

22、N端有一段由端有一段由16-30個氨個氨基酸組成的基酸組成的信號肽信號肽(signal peptide)。由它引導(dǎo)多肽。由它引導(dǎo)多肽進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜，開始整個蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜，開始整個蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔的過程。的過程。 所有的所有的分泌蛋白分泌蛋白、駐留在分泌系統(tǒng)區(qū)室的蛋白駐留在分泌系統(tǒng)區(qū)室的蛋白、分泌系分泌系統(tǒng)的膜蛋白統(tǒng)的膜蛋白以及以及液泡蛋白液泡蛋白都有信號肽。都有信號肽。 2) 信號肽的氨基酸序列不完全相同，但都具有共信號肽的氨基酸序列不完全相同，但都具有共同的結(jié)構(gòu)特征。同的結(jié)構(gòu)特征。 典型的信號肽在典型的信號肽在N末端有末端有一個或幾個帶正電荷的氨基酸一個或幾個帶正電荷的

23、氨基酸，緊接著緊接著6-12個疏水氨基酸個疏水氨基酸和幾個附加氨基酸。和幾個附加氨基酸。 不同分泌蛋白的信號肽是可以互換的，包括植物之間、不同分泌蛋白的信號肽是可以互換的，包括植物之間、植物、動物和真菌之間。植物、動物和真菌之間。 分泌途徑的元件只識別信號肽，而不管其后連接的氨基分泌途徑的元件只識別信號肽，而不管其后連接的氨基酸序列如何。酸序列如何。蛋白信號肽序列凝集素MKMMSTRALALGAAAVLAFAAATAHAN孢子素MFILTRTTLSKWQRCIATMQPHN植物凝集素MASSNFSTVLSLALFLPLLTHANS 3) 在信號肽與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合之前，它必須為在信號肽與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合之

24、前，它必須為信號識信號識別顆粒別顆粒(signal recognition particle, SRP)所識別。所識別。 SRP是一種核糖核蛋白復(fù)合體，含一條是一種核糖核蛋白復(fù)合體，含一條300個核苷酸的個核苷酸的RNA分子，和分子，和6種蛋白質(zhì)。種蛋白質(zhì)。 SRP位于細(xì)胞質(zhì)中，當(dāng)新生肽鏈翻譯到位于細(xì)胞質(zhì)中，當(dāng)新生肽鏈翻譯到70個氨基酸長，個氨基酸長，露出核糖體表面的氨基酸序列長露出核糖體表面的氨基酸序列長40個氨基酸時，個氨基酸時，SRP與與信號肽結(jié)合。信號肽結(jié)合。 SRP中直接與信號肽結(jié)合的組分是中直接與信號肽結(jié)合的組分是P54蛋白蛋白，該蛋白是，該蛋白是一種包含成簇的甲硫氨酸的一種包含成

25、簇的甲硫氨酸的GTP酶，凸出的酶，凸出的甲硫氨酸側(cè)甲硫氨酸側(cè)鏈鏈可以與信號肽的疏水核心結(jié)合?？梢耘c信號肽的疏水核心結(jié)合。 SRP與信號肽結(jié)合后新生肽鏈的合成立即停止，這種抑與信號肽結(jié)合后新生肽鏈的合成立即停止，這種抑制作用由制作用由SRP上的上的P9和和P14多肽完成。這是蛋白質(zhì)合成多肽完成。這是蛋白質(zhì)合成中的重要控制步驟，可以避免新合成的蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)中的重要控制步驟，可以避免新合成的蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)發(fā)生錯誤的折疊。發(fā)生錯誤的折疊。 蛋白質(zhì)的正確折疊需要分子伴侶的幫助，對于分泌蛋白蛋白質(zhì)的正確折疊需要分子伴侶的幫助，對于分泌蛋白而言，這些分子伴侶位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中。而言，這些分子伴侶位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中

26、。 許多分泌蛋白要在特定的天冬酰胺殘基上進(jìn)行許多分泌蛋白要在特定的天冬酰胺殘基上進(jìn)行糖基化糖基化，這也發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中，而且是正確折疊必需的。這也發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中，而且是正確折疊必需的。 4) 蛋白質(zhì)有細(xì)胞質(zhì)穿過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔需蛋白質(zhì)有細(xì)胞質(zhì)穿過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔需要要SRP、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的SRP受體以及轉(zhuǎn)運(yùn)復(fù)合體完受體以及轉(zhuǎn)運(yùn)復(fù)合體完成。成。 SRP一方面通過信號肽與正在翻譯的核糖體結(jié)合，另一一方面通過信號肽與正在翻譯的核糖體結(jié)合，另一方面又可以與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的方面又可以與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的SRP受體受體結(jié)合，從而引導(dǎo)新結(jié)合，從而引導(dǎo)新生肽鏈和核糖體停靠在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。生肽鏈和核糖

27、體?？吭趦?nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。 SRP受體是由兩條不同的受體是由兩條不同的GTP結(jié)合多肽組成的結(jié)合多肽組成的膜蛋白膜蛋白。停靠后停靠后SRP和受體的兩條鏈之一利用和受體的兩條鏈之一利用GTP水解的能量與水解的能量與信號肽解離。此后，核糖體和新生肽鏈就?？吭谛盘栯慕怆x。此后，核糖體和新生肽鏈就?？吭谵D(zhuǎn)運(yùn)復(fù)轉(zhuǎn)運(yùn)復(fù)合體上合體上，這是一種由三個內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜蛋白組成的，這是一種由三個內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜蛋白組成的跨膜通道跨膜通道蛋白蛋白。 接著接著SRP受體就開始了將新生多肽鏈插入跨膜蛋白通道受體就開始了將新生多肽鏈插入跨膜蛋白通道的過程。整個多肽鏈的轉(zhuǎn)運(yùn)需要的過程。整個多肽鏈的轉(zhuǎn)運(yùn)需要GTP的進(jìn)一步水解提供的進(jìn)一步水解提供能量

28、以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中分子伴侶的幫助。能量以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中分子伴侶的幫助。 新生肽鏈的新生肽鏈的翻譯和轉(zhuǎn)運(yùn)是同時進(jìn)行的翻譯和轉(zhuǎn)運(yùn)是同時進(jìn)行的，當(dāng)肽鏈進(jìn)入內(nèi)質(zhì)，當(dāng)肽鏈進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔后，信號肽被一種內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中的酶復(fù)合體即信號肽網(wǎng)腔后，信號肽被一種內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中的酶復(fù)合體即信號肽酶切除。酶切除。 （四）整合膜蛋白的方向受拓?fù)湫蛄兄敢ㄋ模┱夏さ鞍椎姆较蚴芡負(fù)湫蛄兄敢?1) 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體復(fù)合體膜，液泡膜和原生質(zhì)體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體復(fù)合體膜，液泡膜和原生質(zhì)體膜讀含有現(xiàn)在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成，隨后轉(zhuǎn)運(yùn)到相應(yīng)位膜讀含有現(xiàn)在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成，隨后轉(zhuǎn)運(yùn)到相應(yīng)位置的膜內(nèi)在蛋白。那么這些蛋白在膜上的插入方向置的膜內(nèi)在蛋白。那么這些蛋白在膜

29、上的插入方向如何呢？如何呢？ 2) 只具有一個跨膜結(jié)構(gòu)域的蛋白分為只具有一個跨膜結(jié)構(gòu)域的蛋白分為I型膜蛋白和型膜蛋白和II型膜蛋白。型膜蛋白。 I型膜蛋白的型膜蛋白的N端在胞外，端在胞外，C端在胞內(nèi)；端在胞內(nèi)；II型膜蛋白則相型膜蛋白則相反。反。I型膜蛋白具有信號肽，在跨膜運(yùn)輸?shù)闹型巨D(zhuǎn)運(yùn)停止，型膜蛋白具有信號肽，在跨膜運(yùn)輸?shù)闹型巨D(zhuǎn)運(yùn)停止，其疏水跨膜序列是其疏水跨膜序列是“阻止轉(zhuǎn)移子阻止轉(zhuǎn)移子”或膜錨定序列或膜錨定序列(membrane anchor sequence)。 II型膜蛋白不含需要切除的信號肽，其內(nèi)部的疏水跨膜型膜蛋白不含需要切除的信號肽，其內(nèi)部的疏水跨膜區(qū)域可以起到信號肽的作用，指

30、導(dǎo)蛋白整合到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜區(qū)域可以起到信號肽的作用，指導(dǎo)蛋白整合到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，而且使上，而且使C端位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中。端位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中。 3) 具有多個跨膜結(jié)構(gòu)域的膜蛋白更為復(fù)雜，具有多個跨膜結(jié)構(gòu)域的膜蛋白更為復(fù)雜，其跨膜結(jié)構(gòu)域之間的環(huán)是親水的。其跨膜結(jié)構(gòu)域之間的環(huán)是親水的。 可能是第一個跨膜結(jié)構(gòu)域的可能是第一個跨膜結(jié)構(gòu)域的N端起信號肽的作端起信號肽的作用，第二個膜結(jié)構(gòu)域則是膜錨頂序列，第三個用，第二個膜結(jié)構(gòu)域則是膜錨頂序列，第三個又起信號肽的作用，依此類推。又起信號肽的作用，依此類推。 （五）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)對蛋白的修飾是正確折疊和后（五）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)對蛋白的修飾是正確折疊和后續(xù)輸送的基礎(chǔ)續(xù)輸送的基礎(chǔ) 1) 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的

31、內(nèi)腔中有相當(dāng)數(shù)量的酶和分子伴侶，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的內(nèi)腔中有相當(dāng)數(shù)量的酶和分子伴侶，它們可以保證蛋白質(zhì)正確折疊，并可以將不完全它們可以保證蛋白質(zhì)正確折疊，并可以將不完全的多肽降解掉不輸出，這樣就形成了一個質(zhì)量控的多肽降解掉不輸出，這樣就形成了一個質(zhì)量控制系統(tǒng)。保證只有正確折疊和組裝的蛋白被輸出制系統(tǒng)。保證只有正確折疊和組裝的蛋白被輸出到目的地。到目的地。質(zhì)量控制質(zhì)量控制 2) 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可以對新合成的蛋白進(jìn)行如下修飾：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可以對新合成的蛋白進(jìn)行如下修飾： 特定氨基酸的修飾，如脯氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)榱u脯氨酸。特定氨基酸的修飾，如脯氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)榱u脯氨酸。 N糖基化。糖基化。 蛋白質(zhì)的正確折疊。蛋白質(zhì)的正確折疊。 形成正確的

32、二硫鍵。形成正確的二硫鍵。 蛋白質(zhì)的降解或重新轉(zhuǎn)運(yùn)到胞質(zhì)中再被降解。蛋白質(zhì)的降解或重新轉(zhuǎn)運(yùn)到胞質(zhì)中再被降解。 3) 并不是所有的蛋白質(zhì)都要經(jīng)過所有這些修飾，并不是所有的蛋白質(zhì)都要經(jīng)過所有這些修飾，而且蛋白質(zhì)在離開內(nèi)質(zhì)網(wǎng)后還可能發(fā)生其它的修而且蛋白質(zhì)在離開內(nèi)質(zhì)網(wǎng)后還可能發(fā)生其它的修飾。飾。 4) 很多蛋白都有二硫鍵，由兩個半胱氨酸殘基與很多蛋白都有二硫鍵，由兩個半胱氨酸殘基與一種合適的氧化劑如氧化型的谷胱甘肽氧化而成。一種合適的氧化劑如氧化型的谷胱甘肽氧化而成。很多蛋白質(zhì)并不只含有兩個半胱氨酸，因此有可很多蛋白質(zhì)并不只含有兩個半胱氨酸，因此有可能形成錯誤的二硫鍵。這種錯誤由二硫鍵異構(gòu)酶能形成錯誤

33、的二硫鍵。這種錯誤由二硫鍵異構(gòu)酶通過催化二硫鍵的打斷與重新形成來糾正。通過催化二硫鍵的打斷與重新形成來糾正。 （六）寡聚化和（六）寡聚化和N-糖基化發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)糖基化發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 1) 許多蛋白質(zhì)并不是只由一條多肽鏈構(gòu)成的，而許多蛋白質(zhì)并不是只由一條多肽鏈構(gòu)成的，而是是2個以上的亞基組成的寡聚體。蛋白質(zhì)的寡聚化個以上的亞基組成的寡聚體。蛋白質(zhì)的寡聚化發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，而且在寡聚化之前，其單體是不發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，而且在寡聚化之前，其單體是不能獨(dú)自離開內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的。能獨(dú)自離開內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的。 菜豆蛋白菜豆蛋白(一種種子貯藏蛋白一種種子貯藏蛋白)三聚體的實(shí)驗(yàn)。三聚體的實(shí)驗(yàn)。 2) 許多分泌性蛋白和分泌系統(tǒng)的膜內(nèi)在蛋

34、白都是許多分泌性蛋白和分泌系統(tǒng)的膜內(nèi)在蛋白都是糖蛋白，含糖蛋白，含N連接連接(連在天冬酰胺連在天冬酰胺)和和O連接連接(連在絲連在絲氨酸、蘇氨酸和羥脯氨酸氨酸、蘇氨酸和羥脯氨酸)的聚糖的聚糖(寡聚糖寡聚糖)。N糖基糖基化的一部分發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)。化的一部分發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)。 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)的一些糖苷轉(zhuǎn)移酶先將單糖逐個添加到焦磷酸內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)的一些糖苷轉(zhuǎn)移酶先將單糖逐個添加到焦磷酸多萜醇（長醇）多萜醇（長醇）上。上。 然后由然后由oligosaccharide protein transferase 將焦磷酸多將焦磷酸多萜醇寡聚糖上的糖基轉(zhuǎn)移到多肽上，萜醇寡聚糖上的糖基轉(zhuǎn)移到多肽上，N糖基化轉(zhuǎn)移的糖糖基化轉(zhuǎn)移

35、的糖基通常為基通常為(葡萄糖葡萄糖)3(甘露糖甘露糖)9(N-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺)2。 當(dāng)多糖轉(zhuǎn)移到初生肽鏈之后，三個葡萄糖殘基很快就有當(dāng)多糖轉(zhuǎn)移到初生肽鏈之后，三個葡萄糖殘基很快就有兩個被切除。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的分子伴兩個被切除。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的分子伴侶鈣連接蛋白侶鈣連接蛋白和和鈣網(wǎng)蛋鈣網(wǎng)蛋白白可以與這樣的寡糖鏈結(jié)合，并幫助糖蛋白折疊。可以與這樣的寡糖鏈結(jié)合，并幫助糖蛋白折疊。 這種結(jié)合可以幫助釋放出一個正確折疊的蛋白質(zhì)，并切這種結(jié)合可以幫助釋放出一個正確折疊的蛋白質(zhì)，并切除最后一個葡萄糖。如果釋放的不是正確折疊的蛋白質(zhì)，除最后一個葡萄糖。如果釋放的不是正確折疊的蛋白質(zhì)，則該蛋白在與分子伴侶結(jié)合前必

36、須重新在則該蛋白在與分子伴侶結(jié)合前必須重新在UDP-葡萄糖：葡萄糖：糖蛋白糖基轉(zhuǎn)移酶的作用下在寡糖鏈上重新添加一個葡糖蛋白糖基轉(zhuǎn)移酶的作用下在寡糖鏈上重新添加一個葡萄糖分子，直到形成正確的折疊。正確折疊的糖蛋白不萄糖分子，直到形成正確的折疊。正確折疊的糖蛋白不能在重新添加葡萄糖殘基了。能在重新添加葡萄糖殘基了。Representation of different types of N-linked glycans: (1) The common precursor oligosaccharide Glc3Man9GlcNAc2 that is transferred to the N-gly

37、cosylation site on a newly formed polypeptide chain in almost all eukaryotic organisms; (2) the high-mannose structure Man8GlcNAc2 (isomer B), a substrate for Golgi-located elongating mannosyltransferases in many yeast species as well as a structure that is also found on some secreted mammalian prot

38、eins; (3) a biantennary, core-fucosylated complex Nglycan,found on many mammalian proteins; (4) a hyperglycosyl structure, found on S. cerevisiae secreted proteins. The grey-shaded sugar residues within each N-glycan represent the common trimannosyl-chitobiose core (Man3GlcNAc2). （七）更復(fù)雜的（七）更復(fù)雜的N-糖基化

39、發(fā)生在高爾基體中糖基化發(fā)生在高爾基體中 1) 真菌中的真菌中的N連接多糖主要為高甘露糖多糖，這連接多糖主要為高甘露糖多糖，這種糖基化以種糖基化以 (Man)6-9(GlcNAc)2結(jié)構(gòu)為前體。也有結(jié)構(gòu)為前體。也有類似植物中以木糖類似植物中以木糖(Man)3巖藻糖巖藻糖(GlcNAc)2為核心為核心的復(fù)雜多糖?；蛘哂汕罢咄ㄟ^修飾衍生出來，這的復(fù)雜多糖?；蛘哂汕罢咄ㄟ^修飾衍生出來，這種修飾是在高爾基體內(nèi)完成的。種修飾是在高爾基體內(nèi)完成的。 最初在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中與天冬酰胺連接的都是高甘露糖，最初在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中與天冬酰胺連接的都是高甘露糖，只有一部分會在高爾基體中受到修飾。決定高甘只有一部分會在高爾基體中受到修

40、飾。決定高甘露糖是否被修飾的因素尚不十分清楚，可能與多露糖是否被修飾的因素尚不十分清楚，可能與多糖在蛋白質(zhì)表面的展示方式以及與高爾基體中的糖在蛋白質(zhì)表面的展示方式以及與高爾基體中的酶促環(huán)境有關(guān)。酶促環(huán)境有關(guān)。 哺乳動物中的復(fù)雜多糖與真菌中的糖蛋白不同，哺乳動物中的復(fù)雜多糖與真菌中的糖蛋白不同，因此真菌糖蛋白注射到哺乳動物中會產(chǎn)生異常的因此真菌糖蛋白注射到哺乳動物中會產(chǎn)生異常的免疫反應(yīng)。免疫反應(yīng)。Representation of N-glycosylation events in the ER (upper part) and the Golgi (lower part). The ER ev

41、ents also include a simplified version of the quality control cycle.After partial deglucosylation of protein-bound N-glycans by glucosidases I and II, the unfolded protein interacts with the membrane-bound lectin chaperone calnexin (there is no calreticulin in yeast and fungal systems) via its monoglucosylated structures. Upon final deglucosylation via glucosidase II, the glycoprotein is released from calnexin. If incompletely folded, its N-glycans are reglucosylated by UGGT so that the underlying glycoprotein can interact again with the lectin chaperone. Note that th