蛋白質(zhì)合成,加工與運(yùn)輸

第四章

蛋白生物合成、

加工成熟及輸運(yùn)蛋白質(zhì)合成,加工與運(yùn)輸共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!節(jié)蛋白生物合成概述復(fù)制(replication);轉(zhuǎn)錄(transcription);反轉(zhuǎn)錄(reversetranscription);蛋白質(zhì)翻譯(translation)中心法則：復(fù)制轉(zhuǎn)錄RNA蛋白質(zhì)翻譯RNA復(fù)制反轉(zhuǎn)錄

DNA

加工成熟運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)合成,加工與運(yùn)輸共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!一遺傳密碼：

1.三聯(lián)體密碼：3個核苷酸對應(yīng)一個氨基酸，共64個2.密碼的基本特性：

5’-P,3’-OH密碼沒有重疊密碼無標(biāo)點(diǎn)

密碼具有簡并性密碼具有擺動性密碼的通用性二mRNA及轉(zhuǎn)錄:ATP,UTP,GTP,CTP,DNA模板RNA聚合酶mRNA+PPi真核mRNA前體hnRNAmRNA(5’-帽子，polyA尾巴）多順反子:在原核生物中，一個mRNA可編碼多個蛋白單順反子:在真核生物中，一個mRNA只編碼一個蛋白蛋白質(zhì)合成,加工與運(yùn)輸共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!三tRNA及反密碼子:二級結(jié)構(gòu)為三葉草;三級結(jié)構(gòu)為”倒L”形tRNA的兩個活性部位：氨基酸臂和反密碼環(huán)tRNA的搬運(yùn)和接頭功能蛋白質(zhì)合成,加工與運(yùn)輸共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!五蛋白生物合成:

1氨基酸活化（氨酰tRNA合成）:aa-COOH+tRNA-3’OH氨酰tRNA合成酶

aa-tRNA每一種aa至少有一種氨酰tRNA2蛋白合成啟動:起始氨酰tRNA進(jìn)入(Met-tRNAi;fMet-tRNA)

蛋白質(zhì)合成,加工與運(yùn)輸共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!3肽鏈延伸:在延伸因子Ts-Tu幫助下沿NC端合成肽鏈。催化肽建合成的是位于大亞基上的肽酰移位酶。每延伸一次消耗2分子GTP（入位、移位）蛋白質(zhì)合成,加工與運(yùn)輸共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!第二節(jié)蛋白前體加工及成熟一加工類型:

1N-末端和C-末端的修飾：在甲?；负桶彪拿傅淖饔孟虑谐鹗糓et或fMet，有的還被進(jìn)一步乙酰化；C-末端殘基有時也被修飾。2-S-S-鍵的形成：在生物體內(nèi)是由專一酶(PDI)所催化3aa的修飾：①甲基化：對Arg、His、Lys、Glu等進(jìn)行甲基化修飾②磷酸化：Ser,Thr,Tyr的單酯；如牛奶酪蛋白Arg,His,Lys等的磷酰亞胺等，③羥化：ProHyp等；

④

Pro順反異構(gòu)化(PPI所催化)蛋白質(zhì)合成,加工與運(yùn)輸共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!二激素與激素原:1概念：如胰島素原(81aa)類胰蛋白酶切除C肽(30aa)類羧肽酶B成熟胰島素(51aa)原肽(propeptide):其兩側(cè)含有成對堿性aa。含原肽的蛋白叫原蛋白2原肽的功能:①維持肽鏈具有一定長度或連續(xù)性②被切除的原肽具有其他生物學(xué)功能③正確定位-s-s-④可形成多聚蛋白:

前腦啡肽:6×Met腦啡肽+1×Leu腦啡肽Arg32Arg31Arg60Lys59COOHH２ＮＳＳＳＳA肽B肽C肽S-S蛋白質(zhì)合成,加工與運(yùn)輸共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!2、胰凝乳酶原激活：酶原含有245aa，經(jīng)歷兩次加工成為活性凝乳蛋白酶步：酶原-凝乳酶（胰蛋白酶催化）第二步：-凝乳酶相互催化，去除兩個二肽成為含三個肽段的活性蛋白酶NC1245-凝乳酶相互作用Ser14-Arg15Thr147-Asn148SSSSS-SS-SS-S胰蛋白酶SSSSS-SS-SS-SArg15NC124515SSSSS-SS-SS-S-凝乳酶NC12451316146149-凝乳酶蛋白質(zhì)合成,加工與運(yùn)輸共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!3、胃蛋白酶原激活：由胃壁腺細(xì)胞分泌酶原中活性中心已存在，在中性條件下被封閉酶原前體片斷(44aa,堿性)：6×Lys+1×Arg結(jié)構(gòu)蛋白(酸性):酸性側(cè)鏈鹽鍵

PH<5時羧基質(zhì)子化鹽鍵斷裂構(gòu)象重排

活性中心暴露自我催化胃蛋白酶+前體片段◎前胰島素原（N-信號肽+胰島素原-C）信號肽酶

跨膜分泌信號肽（24aa）+胰島素原胰島素+C肽（30aa）蛋白質(zhì)合成,加工與運(yùn)輸共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)運(yùn)輸存在兩類不同的運(yùn)輸機(jī)制：翻譯后運(yùn)送，如蛋白跨越細(xì)胞器

細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸機(jī)制邊翻譯邊運(yùn)送，如蛋白跨越內(nèi)質(zhì)網(wǎng)二信號肽引導(dǎo)的蛋白跨內(nèi)質(zhì)網(wǎng)運(yùn)輸：1信號肽及結(jié)構(gòu):粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)核糖體合成三類主要蛋白：①溶酶體蛋白②分泌到胞外的蛋白③構(gòu)成脂膜骨架的蛋白某些分泌蛋白、分泌途徑的膜蛋白N末端有一段延伸的肽段，可引導(dǎo)蛋白質(zhì)跨內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜，稱為信號肽。信號肽跨膜之后一般被信號肽酶水解去除。胰細(xì)胞蛋白質(zhì)合成,加工與運(yùn)輸共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!2.信號肽引導(dǎo)的蛋白跨內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜過程：屬于邊翻譯邊運(yùn)輸過程：識別停泊跨膜水解（1）識別:當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)合成50-70個aa時，蛋白N-端從核糖體中冒出頭，信號識別蛋白（SRP）識別并結(jié)合到信號肽中部疏水部分，肽合成終止。隨后在SRP引導(dǎo)下，SPR-核糖體-信號肽三元復(fù)合體趨向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)表面。信號識別蛋白SRP（singalrecognitionparticle）：Mr=32500，由一個7SRNA+6×Pr組成功能域：①識別信號肽②干擾進(jìn)入核糖體的氨酰-tRNA與肽酰移位酶作用，中止肽合成蛋白質(zhì)合成,加工與運(yùn)輸共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!蛋白質(zhì)跨內(nèi)質(zhì)網(wǎng)過程：蛋白質(zhì)合成,加工與運(yùn)輸共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!3.膜蛋白跨膜過程：膜蛋白將整合到膜上，而不是跨膜膜蛋白跨膜過程：蛋白肽鏈接近C-端處，一般有一由11~25個疏水a(chǎn)a和一些緊隨其后堿性aa構(gòu)成的序列，稱為終止轉(zhuǎn)移序列（stoptransfersequence）。終止轉(zhuǎn)移序列可被PCC識別，后打開磷脂雙分子層內(nèi)部的橫向通道，使蛋白沿磷脂雙分子層向其內(nèi)部整合。轉(zhuǎn)移完畢后，PCC兩通道同時關(guān)閉。目前可能參與PCC構(gòu)建的多種蛋白質(zhì)已經(jīng)得到分離蛋白質(zhì)合成,加工與運(yùn)輸共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!2.導(dǎo)肽的功能：

(1)識別特征細(xì)胞器:導(dǎo)肽與受體蛋白結(jié)合有相對專一性(2)導(dǎo)肽的不同片斷含有不同的信息。例如：線粒體Cytc1，它的導(dǎo)肽（61aa）經(jīng)歷兩次水解，段信息引導(dǎo)蛋白進(jìn)入線粒體基質(zhì)；第二段信息引導(dǎo)進(jìn)入內(nèi)外膜間隙。(3)導(dǎo)肽對被牽引蛋白無特異性要求，Cytc1導(dǎo)肽可以牽引小鼠二氫葉酸還原酶到線粒體相應(yīng)部位。3.導(dǎo)肽與基質(zhì)蛋白跨膜過程：

胞質(zhì)前體ATP

解折疊(接近線性)導(dǎo)肽

與膜受體結(jié)合

Hsp70

牽引

ATP

在內(nèi)外膜接觸點(diǎn)上一次跨雙層膜信號肽水解

跨膜或先跨外膜，水解段導(dǎo)肽后再跨內(nèi)膜

Hsp60結(jié)合蛋白重折疊成熟蛋白蛋白質(zhì)合成,加工與運(yùn)輸共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!跨膜后被切除，含疏水性的停止轉(zhuǎn)移序列，蛋白被安插到內(nèi)膜。內(nèi)膜TOMTIM23結(jié)構(gòu)類似于N端信號序列，但位于蛋白質(zhì)內(nèi)部。內(nèi)膜TOMTIM23為線粒體代謝物的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，如腺苷轉(zhuǎn)位酶，具有多個內(nèi)部信號序列和停止轉(zhuǎn)移序列，形成多次跨膜蛋白。內(nèi)膜TOMTIM22蛋白質(zhì)合成,加工與運(yùn)輸共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!示例：類囊體膜蛋白Lhcb1①前體Lhcb1(在胞質(zhì)中)轉(zhuǎn)運(yùn)肽，cpRSP54跨葉綠體內(nèi)外膜

Hsp70，GTP②蛋白N-端進(jìn)入基質(zhì)，轉(zhuǎn)運(yùn)肽即被水解③個滯留片段（-Glu-X-X-His-X-Arg-）使Lhcb1停留在類囊體膜上。其中的His和Glu/Arg對與葉綠素和葉黃素結(jié)合，并啟動Lhcb1折疊。若無足夠葉綠素，Lhcb1將會退回到細(xì)胞質(zhì)中，被水解掉。④第二個滯留片段（-Glu-X-X-Gln-X-Arg-）使Lhcb1的C-端停留在類囊體膜上。其中的Gln和Glu/Arg對與兩個葉綠素結(jié)合，否則Lhcb1將會被運(yùn)到基質(zhì)中被水解掉。⑤Lhcb1與葉綠素及其它色素結(jié)合，并完成構(gòu)象調(diào)整。Lhcb1的跨膜是成熟、裝配、折疊同步進(jìn)行，受多因素調(diào)控

基質(zhì)葉綠體基質(zhì)類囊體外膜內(nèi)膜進(jìn)入液泡蛋白質(zhì)合成,加工與運(yùn)輸共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!2核內(nèi)蛋白運(yùn)輸機(jī)制：核孔復(fù)合體(NPCs，nuclearporeplexes)核膜表面的核孔中間結(jié)合著的一個圓筒形的親水通道。長約15nmφ=9nm，是一個大而復(fù)雜的細(xì)胞器。

蛋白質(zhì)合成,加工與運(yùn)輸共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!

注:①NLS只是幫助蛋白和-亞基結(jié)合,在NPC纖毛作用下跨膜②轉(zhuǎn)運(yùn)過程不需要將肽鏈打開和重折疊。③NLS幫助識別轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,但不識別核孔復(fù)合物

④NPC本身不和核膜脂雙層相互作用，所以不能幫助蛋白整合到核膜上。

小結(jié):邊翻譯邊運(yùn)送機(jī)制：蛋白跨內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)跨膜運(yùn)送

翻譯后運(yùn)送機(jī)制：蛋白跨多種細(xì)胞器，包括線粒體、葉綠體、細(xì)胞核以及溶酶體等等蛋白質(zhì)合成,加工與運(yùn)輸共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!四核糖體:大亞基功能位點(diǎn)：A位點(diǎn):結(jié)合氨酰tRNAP位點(diǎn):肽?；稽c(diǎn)E位點(diǎn):空載tRNA位點(diǎn)小亞基功能位點(diǎn)：結(jié)合mRNA核糖體亞基PrRNA原核70S30S50S21個34個16S5s和23S真核80S40S60S30個50個18S5S和28S(5.8S)蛋白質(zhì)合成,加工與運(yùn)輸共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!iiiiii蛋白質(zhì)合成,加工與運(yùn)輸共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!4蛋白合成終止及釋放:蛋白質(zhì)合成,加工與運(yùn)輸共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!4異戊二烯基團(tuán)等的附加：某些真核蛋白需要被異戊二烯化，異戊二烯來自膽固醇合成，以硫醚鍵與Cys連接。如：ras腫瘤基因產(chǎn)物、G蛋白等5糖側(cè)鏈連接：某些糖蛋白在合成時或合成后，被共價連接上單糖、寡糖或多糖側(cè)鏈。連接方式為與Asn形成氮連寡糖鏈（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔）；或與羥基aa形成氧連寡糖鏈（高爾基體）6輔基的附加：一般是在多肽離開核糖體后才加入的，如Cytc的血紅素輔基；乙酰輔酶A羧化酶的生物素輔基等。7多余肽段的切除：前體蛋白需切除部分肽段后，才顯示生物活性，肽段種類不同，對蛋白成熟具有不同的意義。蛋白質(zhì)合成,加工與運(yùn)輸共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!三酶與酶原:酶原（zymogen，proenzyme）：無活性的酶蛋白前體酶原激活：無活性酶原活性酶分子，是酶活性中心形成或暴露的過程。1、胰蛋白酶原的激活：胰蛋白酶原由胰臟細(xì)胞分泌，在小腸中被激活激活在腸激酶或已經(jīng)激活的胰蛋白酶作用下從N-端水解去除六肽胰蛋白酶原的激活是酶活性中心形成的過程

SSN-IleS-SX-Ser195His57Asp102S-SSSX-Ser195N-Val-(Asp)4-Lys-Ile-Val-Gly-His57腸激酶六肽蛋白質(zhì)合成,加工與運(yùn)輸共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!凝乳蛋白酶酶原激活過程中蛋白構(gòu)象變化：

胰酶切斷Arg15-Ile16之后，Ile16內(nèi)轉(zhuǎn)并以其氨基與酶分子內(nèi)部的Asp194-COOH發(fā)生靜電作用，形成鹽鍵，穩(wěn)定初步激活形式。

Met192從分子內(nèi)部移動至表面Gly187和Gly193更加伸展最終在分子表面形成一個允許芳香族及較大側(cè)鏈非極性基團(tuán)進(jìn)入的底物專一性部位——一個“大口袋”蛋白質(zhì)合成,加工與運(yùn)輸共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!第三節(jié)信號肽與

細(xì)胞內(nèi)蛋白跨膜運(yùn)輸定位一信號假說（signalhypothesis）：由Blobel1971年提出信號肽理論70年代末發(fā)現(xiàn)并破譯個信號序列80年代初發(fā)現(xiàn)兩個功能蛋白:信號識別蛋白(SRP),停泊蛋白(DP)90年代在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上找到了神秘的蛋白通道1999年，Blobel因信號理論獲得Nobel生理/醫(yī)學(xué)獎蛋白質(zhì)合成,加工與運(yùn)輸共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!信號肽廣泛存在于真核及原核中，結(jié)構(gòu)上沒有專一性，進(jìn)化上也沒有高度保守性信號肽的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):1.信號肽一般由10-30aa殘基組成，平均15個左右2.N-端至少有一個帶正電荷的堿性aa，一般4-5個.3.中間部分有12-14個aa的疏水區(qū)，易于形成-helix，這些疏水a(chǎn)a若有一個被替換，信號肽即喪失功能4.C-端與結(jié)構(gòu)蛋白相連部位為富含Ala的片段，易于形成-sheet，是信號肽酶的識別和切割位點(diǎn)。5.信號肽不一定位于蛋白的N-末端。如卵清蛋白的信號肽位于中部。6.某些膜蛋白的信號肽在跨膜之后不被水解掉。CytP4507.某些復(fù)雜膜蛋白可含有不只一個信號肽，如視蛋白Opsin蛋白質(zhì)合成,加工與運(yùn)輸共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!（2）停泊(入塢)：三元復(fù)合體在SPR引導(dǎo)下與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的停泊蛋白（DP）結(jié)合。DP與SPR相互作用，肽合成繼續(xù)，SRP釋放停泊蛋白DP:dockingprotein：DP為二聚體：亞基（69000）+β亞基（30000）（3）跨膜：DP引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上核糖體受體蛋白聚集，后者在膜上有形成孔道的能力——蛋白質(zhì)傳導(dǎo)通道（PCC，protein-conductingchannel）PCC內(nèi)徑只有約2nm，傳導(dǎo)通道+信號肽(配體)邊翻譯邊運(yùn)送

肽進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（4）水解：跨膜后蛋白經(jīng)信號肽酶水解去除信號肽后成熟，成熟蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中加工、折疊，而PCC關(guān)閉。蛋白質(zhì)合成,加工與運(yùn)輸共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!

糖蛋白核心寡糖鏈的合成蛋白質(zhì)合成,加工與運(yùn)輸共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!三蛋白跨細(xì)胞器運(yùn)送：屬于翻譯后運(yùn)輸機(jī)制

(一)線粒體蛋白的跨膜運(yùn)輸：導(dǎo)肽(Leaderpeptide)：線粒體蛋白N末端一段延伸的肽段可識別線粒體，引導(dǎo)蛋白跨膜，對蛋白進(jìn)行定位。

1導(dǎo)肽結(jié)構(gòu)特征：①導(dǎo)肽是由20-80個aa殘基構(gòu)成的片斷②富含帶正電荷的堿性aa，特別是Arg，通常分散在不帶電荷aa之間。不可被不帶電荷的aa取代。③幾乎不含帶負(fù)電的酸性aa④羥基aa特別是絲氨酸的含量較高⑤導(dǎo)肽有形成兩親-helix的傾向

蛋白質(zhì)合成,加工與運(yùn)輸共35頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!4不同線粒體蛋白的導(dǎo)肽及運(yùn)輸定位導(dǎo)肽序列定位轉(zhuǎn)運(yùn)復(fù)合物導(dǎo)肽的位置位于N端，富含帶正電荷和疏水的氨基酸，形成兩性-螺旋，轉(zhuǎn)運(yùn)后被切除基質(zhì)TOMTIM23不被切除，含疏水性的停止轉(zhuǎn)移序列，被安插到外膜。外膜TOM含兩個信號序列，先轉(zhuǎn)運(yùn)到基質(zhì)，個信號序列被切除，第二個信號序列引導(dǎo)蛋白進(jìn)入內(nèi)膜或膜間隙膜間隙TOMTIM23負(fù)責(zé)將蛋白運(yùn)過