微生物生理生化第四單元-第一講

1、第四單元：細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)運(yùn)內(nèi)容第十三講： 蛋白質(zhì)的第十五講：蛋白質(zhì)的分揀與蛋白質(zhì)的生物蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的分揀機(jī)制蛋白質(zhì)的折疊蛋白質(zhì)的與囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)的剪切與成熟蛋白質(zhì)的機(jī)制第十四講： 蛋白質(zhì)的修飾第講： 蛋白質(zhì)的降解蛋白質(zhì)糖基化修飾細(xì)胞內(nèi)源蛋白質(zhì)的降解蛋白質(zhì)泛素化修飾細(xì)胞外源蛋白質(zhì)的降解蛋白質(zhì)磷酸化修飾細(xì)胞的自噬生命的進(jìn)化-（1859年）物種第一，物種是可變的，生物是進(jìn)化的。第二，自然選擇是生物進(jìn)化的動(dòng)力。在同一種群中的存在著變異，那些具有能適應(yīng)環(huán)境的有利變異的將存。經(jīng)過長期的自然選擇，微小的變異就得到積累而成為亞種和新種的形成。現(xiàn)代進(jìn)化理論認(rèn)為：進(jìn)化是生物種群中實(shí)現(xiàn)的，而突變、選擇、和三個(gè)基本環(huán)

2、節(jié)。是生物進(jìn)化和物種形成過程中的地球生命進(jìn)化物種間、物種與環(huán)境相互作用的結(jié)果病原進(jìn)化出逃避宿主誘餌的能力Red Queen Effect:皇后說道:如果你要維持在原來的位置，你必須很快地跑，如果你想要突破現(xiàn)況，就要以兩倍於現(xiàn)在的速度去跑。“在環(huán)境條件穩(wěn)定時(shí)，一個(gè)物種的任何進(jìn)化改進(jìn)可能對(duì)其他物種的進(jìn)化壓力，種間關(guān)系可能推動(dòng)種群進(jìn)化。病原進(jìn)化出宿主大分子的模擬物宿主識(shí)別病原大分子為“非己”夢(mèng)游仙境Cold Spring Harb Perspect Biol 2011;3:a005462宿主改變大分子結(jié)構(gòu)而存活病原進(jìn)化出結(jié)合宿主的能力宿主大分子作為誘餌轉(zhuǎn)移病原宿主大分子介導(dǎo)的固有的功能和病原結(jié)合第十

3、三講： 蛋白質(zhì)的一蛋白質(zhì)的生物二蛋白質(zhì)的折疊三蛋白質(zhì)的剪切與成熟一、蛋白質(zhì)的生物1. 膜蛋白和蛋白的2. 核與細(xì)胞質(zhì)可溶蛋白的1. 膜蛋白和蛋白的真核細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)的進(jìn)化途徑在古菌中存在actin, tubulin,histones和DNA蛋白。系統(tǒng)的同源約16億年前，古厭氧古菌與好氧細(xì)菌共生，成為第一種真核細(xì)胞。真核細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)蛋白的蛋白的生物1970s發(fā)現(xiàn)信號(hào)肽：關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)是將編碼蛋白的mRNA在體外用核糖體翻譯；在沒有微體（microsome）的無細(xì)胞系統(tǒng)中，的蛋白要比正常的蛋白稍大；在含有糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)微體的無細(xì)胞系統(tǒng)中，所翻譯的蛋白分子量正常。信號(hào)識(shí)別顆粒（The signal-recogn

4、ition particle，SRP)SRP 和SRP 受體的同源物存在于所有細(xì)胞，說明這種靶向機(jī)制在進(jìn)化早期就已出現(xiàn)；SRP蛋白中, 結(jié)合位點(diǎn)為一個(gè)大的、由Met排列而成的疏水 口袋，具有無分支、柔性側(cè)鏈、可塑性，可適應(yīng)疏水信號(hào)肽；SRP的結(jié)合，可干擾延伸因子的結(jié)合，使翻譯暫停。SRP介導(dǎo) ER 信號(hào)肽與糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的特異受體結(jié)合1.2.3.當(dāng)信號(hào)肽結(jié)合時(shí)，SRP 結(jié)合SRP 受體的識(shí)別位點(diǎn)露出SRP 與其受體的結(jié)合，將SRPriome 復(fù)合物轉(zhuǎn)位蛋白SRP 與SRP receptor 被，轉(zhuǎn)位蛋白將翻譯中的肽鏈轉(zhuǎn)移過膜多肽鏈穿過轉(zhuǎn)位蛋白的水通道轉(zhuǎn)位蛋白Sec61復(fù)合物由三個(gè)亞基組成，在細(xì)菌

5、與真核生物中均保守；通道有一個(gè)短 helix的門，在結(jié)合肽鏈時(shí)會(huì)移動(dòng)到一邊；當(dāng)肽鏈被轉(zhuǎn)位時(shí)，一個(gè)疏水氨基酸側(cè)鏈環(huán)提供一個(gè)可變的，防止鈣離子泄露。其他膜復(fù)合物，如寡糖基轉(zhuǎn)移酶和信號(hào)肽酶與轉(zhuǎn)位蛋白相結(jié)合。轉(zhuǎn)位蛋白過膜轉(zhuǎn)位的三種不同方式Co-translational: 延伸中的肽鏈以線狀過膜，不需要能量；真核細(xì)胞結(jié)合與t-translational : 需要復(fù)合物（Sec62, Sec63, Sec71和Sec72）和ATP-驅(qū)動(dòng)的；細(xì)菌t-translational :好的肽鏈由SecA ATPase將其從胞質(zhì)中送入膜Sec61/SecY 復(fù)合物，ATP 的水解使SecA在肽鏈上移動(dòng)（約20 a

6、a/cycle ）。單次跨膜蛋白（a Membranespanning Helix）的Start-transfer signal can bind to the translocator inone of two ways, leading to a membrane protehas either its C-terminus or its N-terminus.hatStart-Transfer 與 Stop-Transfer Signals的組合決定多次跨膜蛋白的Topology蛋白定位ER 膜的機(jī)制一些蛋白含有C-端膜定位序列，可使蛋白被到線粒體或過氧化酶。但這些分揀信號(hào)還不清楚可溶的

7、pre-ing complex 捕獲 疏水的C-terminal helix, 將其裝載到Get3 ATPase上，復(fù)合物 與Get1-Get2 receptor complex相互作用而被定向送到ER 膜上。Get3 水解與之結(jié)合的ATP后 蛋白從受體上并到ER膜中。2. 核與細(xì)胞質(zhì)可溶蛋白的游離與膜結(jié)合的核糖體游離核糖體蛋白外的、由組編碼的所有其他蛋白。Co-translational 與t-translational 蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)Co-translational pros: 大多數(shù)蛋白在肽鏈完成前進(jìn)入ER。在信號(hào)肽從SRP上和延伸的肽鏈達(dá)到足夠長度時(shí)，信號(hào)肽與通道內(nèi)的特異位點(diǎn)結(jié)合，打開通道

8、。t-translational pros: 進(jìn)入線粒體、（chloroplasts）、核和過氧化體（peroxisomes）的蛋白。Ran GTPase 通過 nuclear pore complexes （s）轉(zhuǎn)運(yùn)白線粒體蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)The role of energy in protein importo the mitochondrial matrix space.egration of porinso the outer mitochondrial and bacterial membranes.Peroxisome主要負(fù)責(zé)脂肪酸氧化反應(yīng)（ oxidation），將脂肪酸降解為acet

9、yl CoA。許多peroxisomal proteins的C-端有特異的氨基酸序列 (SerLysLeu) 作為進(jìn)入信號(hào)，其他peroxisomal proteins 近端有信號(hào)。Peroxins參與蛋白的運(yùn)入，由ATP 提供能量Yeasts：在糖碳源上生長的 僅有少量過氧化酶體，而在甲烷中生長的可產(chǎn)生大量的大peroxisome; 在脂肪酸中生長時(shí)也產(chǎn)生大量大的peroxisome。二、蛋白質(zhì)的折疊細(xì)菌分子伴侶 GroELGroES complexFour key chronins in Escherichia coli are the proteins DnaK, DnaJ, GroEL

10、, and GroES.DnaK and DnaJ are ATP-dependent enzymest bind tly formed polypeptides andprevent them from folding too quickly, which would increase the risk of improper folding.Chronins are one type of heat shock protein.分子伴侶Hsp70分子伴侶包括 hsp60 和 hsp70與未完全折疊蛋白上的疏水區(qū)親和, 可水解ATP, 通過ATP水解循環(huán)結(jié)合和蛋白底物當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)還在核糖體上進(jìn)行

11、時(shí)，Hsp70就開始發(fā)揮作用；Hsp60-like 則在之后發(fā)揮作用幫助已蛋白的折疊與ATP結(jié)合后，hsp70 將蛋白到溶液中，讓蛋白重新折疊：ER中的hsp70成員hsp60 分子伴侶的結(jié)構(gòu)與功能Chronin: 由Hsp60-like proteins的桶狀結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)首先被腔室的疏水關(guān)閉，此步需要ATP捕獲，然后進(jìn)入腔室后，蓋子底物蛋白在腔內(nèi)進(jìn)行折疊，而不會(huì)與其他蛋白ATP 水解時(shí)，蓋子脫開，蛋白被寡糖是蛋白質(zhì)折疊狀態(tài)的約1/2的可溶蛋白和膜蛋白是糖蛋白一些蛋白需要N-糖基化才能在ER中正確折疊未折疊蛋白會(huì)進(jìn)行連續(xù)的、葡萄糖剪切與添加的循環(huán)，保持與calnexin和calreticulin

12、 的親和力，直至完成折疊鼠在胚胎發(fā)育的第18天即鈣粘蛋白缺損的轉(zhuǎn)ER內(nèi)錯(cuò)誤折疊蛋白的輸出與降解一些轉(zhuǎn)位進(jìn)入ER的蛋白質(zhì)，約80%以上不能成功折疊未折疊蛋白被ER中送回細(xì)胞質(zhì)，并被蛋白酶體降解N-寡糖：定時(shí)器（long a protein has spenthe ER）；緩慢的剪切甘露糖后形成的結(jié)構(gòu)被ER-腔內(nèi)的凝集素識(shí)別，并反運(yùn)出ER除凝集素外，與蛋白質(zhì)結(jié)合的分子伴侶和二硫鍵異構(gòu)酶（PDI ）也會(huì)被降解ER中錯(cuò)誤折疊蛋白會(huì)激活UPR（ Activate an Unfolded Protein Response）反應(yīng)Heat-shock response: 錯(cuò)誤折疊蛋白在胞漿中的積累，刺激細(xì)胞質(zhì)

13、中的分子伴侶的表達(dá)UPR: 錯(cuò)誤折疊蛋白在ER中的積累，誘導(dǎo)逆?zhèn)H及其他可幫助蛋白質(zhì)折疊的蛋白的表達(dá)及蛋白質(zhì)降解相關(guān)蛋白、ER中的分子伴Regulated RNA splicing is a key regulatory switchhe yeast IRE1 of the UPR三、蛋白質(zhì)的剪切與成熟Kexin內(nèi)切蛋白酶Kexin內(nèi)切蛋白酶：對(duì)蛋白前體進(jìn)行切割，使之具有生物活性PC1/3Ca2+依賴性的內(nèi)切蛋白酶PC7PC2釀酒酵母Kex2哺乳動(dòng)物KexinPC5/6FurinPACE4PC4Chemical Reviews, 2002. 102(12): p. 4525-4548Kexin內(nèi)

14、切蛋白酶Nat Rev Mol Cell Biol, 2007. 3(10): p. 753-766Kexin內(nèi)切蛋白酶Sistical sequenceysis of predicted Kex2 cleavage sites. (A) sequence logo of cleaved sitesand (B) of non-cleaved sites.BMC Microbiol, 2008. 8: p. 116Kexin內(nèi)切蛋白酶Kexin影響真菌形態(tài)發(fā)生Molecular Microbiology, 2001. 41(6), 1431-1444Journal of Biotechnolo

15、gy, 2003. 106, 23-32煙蛋白的成熟與極性生長KexB, an endo-proteinase required responseible for maturation of sereted protein,is required for polarity and virulence in Aspergillus fumigatus.Fungal Genetics and Biology, 76:57, 2015.煙蛋白的成熟與極性生長Puive substrates of KexBTotal(9631)Puive(213)WithKrsite(115)gel4/5/7KexB

16、: 122LVKR-VPP128Gel5: 71LCKR-DVP77Gel4: 150LYKR-YTS156Gel7: 71ACKR-DVP77Fungal Genetics and Biology, 76:57, 2015.煙蛋白的成熟與極性生長Gel4: 17KDa（153 AA）, 150LYKR-YTS156TFMS ：remove both N/O-glycanPNGase F：remove N-glucan10070Fungal Genetics and Biology, 76:57, 2015.煙蛋白的成熟與極性生長N-糖鏈前體Fungal Genetics and Biology, 76:57, 2015.煙蛋白的成熟與極性生長Cyclophosphamide (150mg/kg) : days 3, 1 ,