第四章第五節(jié)蛋白質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)

Proteinsarelocalizedbyspecificpathways當(dāng)前第1頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)

蛋白質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制蛋白質(zhì)插入或穿過生物膜的過程稱為蛋白質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)（proteintranslocation）。

蛋白質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)類別若某個(gè)蛋白質(zhì)的合成和運(yùn)轉(zhuǎn)是同時(shí)發(fā)生的，則屬于翻譯運(yùn)轉(zhuǎn)同步機(jī)制；若蛋白質(zhì)從核糖體上釋放后才發(fā)生運(yùn)轉(zhuǎn)，則屬于翻譯后運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制。這兩種運(yùn)轉(zhuǎn)方式都涉及到蛋白質(zhì)分子內(nèi)特定區(qū)域與細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系。當(dāng)前第2頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)分泌蛋白質(zhì)大多是以翻譯-運(yùn)轉(zhuǎn)同步機(jī)制運(yùn)輸?shù)摹Ｔ诩?xì)胞器發(fā)育過程中，由細(xì)胞質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞器的蛋白質(zhì)大多是以翻譯后運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制運(yùn)輸?shù)摹６鴧⑴c生物膜形成的蛋白質(zhì)，則依賴于上述兩種不同的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制鑲?cè)肽?nèi)。定位于細(xì)胞器內(nèi)的蛋白質(zhì)大部分在細(xì)胞質(zhì)中合成，細(xì)胞器內(nèi)合成的留在細(xì)胞器內(nèi)。

當(dāng)前第3頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)翻譯—運(yùn)轉(zhuǎn)同步機(jī)制

信號(hào)序列(signalsequence)：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，這個(gè)氨基酸序列就被稱為信號(hào)序列。信號(hào)肽(signalpeptide)：絕大多數(shù)跨膜蛋白的N端都具有長度大約在13-36個(gè)殘基之間的以疏水氨基酸為主的N端信號(hào)序列或稱信號(hào)肽。信號(hào)肽的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1.一般帶有10-15個(gè)疏水氨基酸2.常常在靠近該序列N-端疏水氨基酸區(qū)上游帶有1個(gè)或數(shù)個(gè)帶正電荷的氨基酸3.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。當(dāng)前第4頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)ThesignalsequenceofbovinegrowthhormoneconsistsoftheN-terminal29aminoacidsandhasacentralhighlyhydrophobicregion,precededorflankedbyregionscontainingpolaraminoacids.AnN-terminalsignalsequenceishydrophobic當(dāng)前第5頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)信號(hào)肽假說:

蛋白質(zhì)定位的信息存在于該蛋白質(zhì)自身結(jié)構(gòu)中，并且通過與膜上特殊受體的相互作用得以表達(dá)，這就是信號(hào)肽假說的基礎(chǔ)。蛋白質(zhì)跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)也是由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，這個(gè)氨基酸序列就被稱為信號(hào)序列。信號(hào)序列在結(jié)合核糖體上合成后便與膜上特定受體相互作用，產(chǎn)生通道，允許這段多肽在延長的同時(shí)穿過膜結(jié)構(gòu)，因此，這種方式是邊翻譯邊跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)。

當(dāng)前第6頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)信號(hào)識(shí)別顆粒(signalrecognitionpartical，SRP)：是一種核糖核酸蛋白復(fù)合體，它的作用是識(shí)別信號(hào)序列，并將核糖體引導(dǎo)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上。停靠蛋白(dockingprotein，DP，又稱SRP受體蛋白)：即SRP在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的受體蛋白，它能夠與結(jié)合有信號(hào)序列的SRP牢牢地結(jié)合，使它在合成蛋白質(zhì)的核糖體?？康絻?nèi)質(zhì)網(wǎng)上來。信號(hào)序列的基本作用：

1.通過與SRP的識(shí)別和結(jié)合，引導(dǎo)核糖體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合2.通過信號(hào)序列的疏水性，引導(dǎo)新生肽跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)當(dāng)前第7頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)通過信號(hào)肽試驗(yàn)證明：

1、完整的信號(hào)肽是保證蛋白質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)的必要條件

2、僅有信號(hào)肽還不足以保證蛋白質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)生

3、信號(hào)序列的切除并不是運(yùn)轉(zhuǎn)所必需的

4、并非所有的運(yùn)轉(zhuǎn)蛋白質(zhì)都有可降解的信號(hào)肽因此，信號(hào)肽應(yīng)稱為能啟動(dòng)蛋白質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)的任何一段多肽。

當(dāng)前第8頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)ProteinscanentertheER-Golgipathwayonlybyassociatingwiththeendoplasmicreticulumwhiletheyarebeingsynthesized.當(dāng)前第9頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)ProteinsthatentertheER-Golgipathwaymayflowthroughtotheplasmamembraneormaybedivertedtootherdestinationsbyspecificsignals.當(dāng)前第10頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)Theendoplasmicreticulumconsistsofahighlyfoldedsheetofmembranesthatextendsfromthenucleus.Thesmallobjectsattachedtotheoutersurfaceofthemembranesareribosomes.當(dāng)前第11頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)Thesignalsequenceinitiatesmembranceentry當(dāng)前第12頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)◆蛋白質(zhì)翻譯完成后從核糖體上釋放，然合擴(kuò)散至合適靶膜并與運(yùn)轉(zhuǎn)裝置結(jié)合?！舻鞍踪|(zhì)合成時(shí)，其核糖體不與任何細(xì)胞器相連，稱游離核糖體(freeribosome)

2、翻譯后運(yùn)轉(zhuǎn)post-translationaltranslocation當(dāng)前第13頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)翻譯后運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制（1）線粒體蛋白質(zhì)的跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)

通過線粒體膜的蛋白質(zhì)是在合成以后再運(yùn)轉(zhuǎn)的。這個(gè)過程有如下特征：①通過線粒體膜的蛋白質(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端延伸出的一段前導(dǎo)肽（leaderpeptide）共同組成。

②蛋白質(zhì)通過線粒體內(nèi)膜的運(yùn)轉(zhuǎn)是一種需能過程；③蛋白質(zhì)通過線粒體膜運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，首先由外膜上的Tom受體復(fù)合蛋白識(shí)別與Hsp70或MSF等分子伴侶相結(jié)合的待運(yùn)轉(zhuǎn)多肽，通過Tom和Tim組成的膜通道進(jìn)入線粒體內(nèi)腔。當(dāng)前第14頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)當(dāng)前第15頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)

翻譯后跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)的蛋白質(zhì)，前體一般含前導(dǎo)肽(leaderpeptide)，前導(dǎo)肽在跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)中起重要作用。過膜后，前導(dǎo)肽水解，蛋白質(zhì)變?yōu)橛泄δ艿牡鞍?。擁有前?dǎo)肽的線粒體蛋白質(zhì)前體能夠跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)入線粒體，在這一過程中前導(dǎo)肽被水解，前體轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓鞍?，失去繼續(xù)跨膜能力。

信號(hào)序列(signalsequence)：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，這個(gè)氨基酸序列就被稱為信號(hào)序列。

當(dāng)前第16頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)前導(dǎo)肽一般具有如下特性：帶正電荷的堿性氨基酸（特別是精氨酸）含量較為豐富，它們分散于不帶電荷的氨基酸序列之間；缺少帶負(fù)電荷的酸性氨基酸；羥基氨基酸（特別是絲氨酸）含量較高；有形成兩親（既有親水又有疏水部分）α-螺旋結(jié)構(gòu)的能力。前導(dǎo)肽及其特性當(dāng)前第17頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)

(2)葉綠體蛋白質(zhì)的跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)

葉綠體定位信號(hào)肽一般有兩個(gè)部分，第一部分決定該蛋白質(zhì)能否進(jìn)入葉綠體基質(zhì)，第二部分決定該蛋白能否進(jìn)入類囊體。在這一模型中，蛋白質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)是在翻譯后進(jìn)行的，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中沒有蛋白質(zhì)的合成。葉綠體蛋白質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)過程有如下特點(diǎn)：①活性蛋白水解酶位于葉綠體基質(zhì)內(nèi)，這是鑒別翻譯后運(yùn)轉(zhuǎn)的指標(biāo)之一。②葉綠體膜能夠特異地與葉綠體蛋白的前體結(jié)合。③葉綠體蛋白質(zhì)前體內(nèi)可降解序列因植物和蛋白質(zhì)種類不同而表現(xiàn)出明顯的差異。當(dāng)前第18頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)Proteinssynthesizedonfreeribosomesinthecytosolaredirectedaftertheirreleasetospecificdestinationsbyshortsignalmotifs.當(dāng)前第19頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)當(dāng)前第20頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)ProteinsentertheER，mitochondrion，

chloroplastbybindingtoatransloconthattransportsthemacrossthemembrane.當(dāng)前第21頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)（3）穿越過氧化物酶體膜

（peroxisome）膜上也有類似的裝置，但底物蛋白質(zhì)并不直接與其結(jié)合。需載體蛋白協(xié)助穿過膜。當(dāng)前第22頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)Proteinsaretransportedintoperoxisomesbyacarrierproteinthatbindstheminthecytosol,passeswiththemthroughthemembranechannel,andreleasesthemontheotherside.

當(dāng)前第23頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)（4）穿越細(xì)胞核膜向核內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)需更大更復(fù)雜的裝置，即核孔（nuclearpore）。由載體蛋白與底物結(jié)合并進(jìn)行跨核孔轉(zhuǎn)運(yùn)當(dāng)前第24頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)核定位蛋白的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制蛋白質(zhì)一般通過核孔進(jìn)入細(xì)胞核。核糖體蛋白首先在細(xì)胞質(zhì)中合成，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)中去合成蛋白質(zhì)。RNA、DNA聚合酶、組蛋白、拓?fù)洚悩?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。

當(dāng)前第25頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)在多細(xì)胞真核生物中，每當(dāng)細(xì)胞發(fā)生分裂時(shí)，核膜被破壞，等到細(xì)胞分裂完成后，核膜被重新建成，分散在細(xì)胞內(nèi)的核蛋白必須被重新運(yùn)入核內(nèi)，因此，為了核蛋白的重復(fù)定位，這些蛋白質(zhì)中的信號(hào)肽――被稱為核定位序列(nuclearlocalizationsequence,NLS)一般都不被切除。NLS可以位于核蛋白的任何部位。當(dāng)前第26頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)蛋白質(zhì)向核內(nèi)運(yùn)輸?shù)倪^程核定位序列（NLS—NuclearLocalizationSequence）

NLS可以位于核蛋白的任何部位。蛋白質(zhì)向核內(nèi)運(yùn)輸過程需要核運(yùn)轉(zhuǎn)因子а、β和一個(gè)GTP酶(Ran)。а和β組成的異源二聚體是核定位蛋白的可溶性受體，與核定位序列相結(jié)合的是а亞基。由上述3個(gè)蛋白組成的復(fù)合物停靠在核孔處，依靠RanGTP酶水解GTP提供的能量進(jìn)入細(xì)胞核，а和β亞基解離，核蛋白與а亞基解離，а和β分別通過核孔復(fù)合體回到細(xì)胞質(zhì)中，起始新一輪蛋白質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)前第27頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)當(dāng)前第28頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)Proteinsenterthenucleusbypassagethroughverylargenuclearpores.

當(dāng)前第29頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)

細(xì)菌蛋白通過共翻譯或翻譯后可被定位于細(xì)胞膜或細(xì)胞周質(zhì)空間，或被分泌出去。細(xì)菌同樣能通過定位于蛋白質(zhì)N-端的信號(hào)肽將新合成的多肽運(yùn)轉(zhuǎn)到其內(nèi)膜、外膜、雙層膜之間或細(xì)胞外等不同部位。（5）細(xì)菌蛋白質(zhì)的運(yùn)轉(zhuǎn)當(dāng)前第30頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)當(dāng)前第31頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)

分子伴侶：結(jié)合在一些不完全裝配或不恰當(dāng)折疊蛋白上，幫助它們折疊或防止它們聚集的蛋白質(zhì)。如：Hsp70和與之相關(guān)的一些蛋白組成了一類主要分子伴侶，作用于許多目標(biāo)蛋白質(zhì)。（6）分子伴侶(chaperone)

當(dāng)前第32頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)(1)幫助新生蛋白質(zhì)正確折疊(2)糾正錯(cuò)誤折疊或介導(dǎo)其降解

生物學(xué)功能當(dāng)前第33頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)Hydrophobicregionsofproteinsareintrinsicallyinteractive,andwillaggregatewithoneanotherwhenaproteinissynthesized(ordenatured)unlessprevented.當(dāng)前第34頁\共有40頁\編于星期六\9點(diǎn)Proteinsemergefromtheribosome

orfrompassagethroughamembraneinanunfoldedstatethatattractschaperones（伴侶）tobindandprotectthemfrommisfolding.

當(dāng)前第