蛋白質(zhì)合成與分選-《細胞生物學》筆記

蛋白質(zhì)合成與分選-《細胞生物學》筆記

?第一節(jié)核糖體

?一.核糖體的基本類型與化學組成

?(一)定義

?核糖體(ribosome)是一種核糖核蛋白顆粒(ribonuncleoproteinparticle),幾乎存

在于一切原核與真核細胞內(nèi)(除極少數(shù)高度分化的細胞外)，是細胞內(nèi)合成蛋

白質(zhì)的沒有膜包被的細胞器，其功能是依照mRNA上攜帶的遺傳信息，高

效精確地將氨基酸合成為蛋白質(zhì)多肽鏈。

?(二)類型

?1.原核細胞核糖體(70S的核糖體)

?2.真核細胞核糖體(80S的核糖體)

?3.真核與原核核糖體成分比較

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?(三)化學組成

?1.大小

?(1)原核生物：直徑為20~25nm。

?(2)真核生物：直徑為25~30nm。

?2.特征

?(1)不規(guī)則顆粒狀結構；

?(2)無膜包被；

?(3)由大小兩個亞基(subunit)構成，但大小亞基常常游離于細胞質(zhì)中，

只有當以mRNA為模板合成蛋白質(zhì)時，大小亞基才結合在一起，肽鏈合

成終止后，大小亞基解離。

?3.主要成分

?①蛋白質(zhì)(r蛋白)，存在于核糖體表面，約占40%;

?②RNA(rRNA):存三于核糖體內(nèi)部，約占60%。

?二.核糖體的結構

?對核糖體高分辨率的X射線衍射圖譜分析表明：

?(1)每個核糖體含有4個RNA分子的結合位點：其中1個mRNA結合位點，3

個tRNA結合位點(A位點(aminoacylsite)、P位點(peptidylsite)和E位點

(exitsite))。這些位點橫跨核糖體大小亞基結合面。

?(2)在核糖體大小亞基結合面，特別是mRNA和tRNA結合處，無蛋白質(zhì)分布。

這也意味著在核糖體起源之初可能僅由RNA組成。

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?(3)催化肽鍵形成的活性位點由RNA組成。

?(4)大多數(shù)核糖體蛋白有一個球形結構域和伸展的尾部，球形結構域分布于核

糖體表面，而其伸展的多肽鏈尾部則伸入核糖體內(nèi)折疊的rRNA分子中。

?三.核糖體蛋白與rRNA的功能

?(一)與蛋白質(zhì)合成有關的結合位點與催化位點：

?(1)與mRNA的結合位點:原核生物,16SrRNA的3'端與mRNA的Shine-

Dalgamo序列(SD序列)結合：真核生物，識別mRNA5'端的甲基化帽子的翻

譯起始因子。

?(2)A位點：與新進入的氨酰tRNA的結合位點-一氨酰基位點。

?(3)P位點：與延伸中的肽酰tRNA的結合位點——肽酰基位點。

?(4)E位點：tRNA離開核糖體前的結合位點。

?(5)與肽酰tRNA從A位點轉(zhuǎn)移到P位點有關的轉(zhuǎn)移酶(即延伸因子EF-G)的

結合位點。

?(6)與蛋白質(zhì)合成有關的其他起始因子(IF)、延伸因子(EF)和終止因子(RF)的

結合位點。

?(7)肽酰轉(zhuǎn)移酶的催化位點(核糖體中最主要的活性部位；肽酰轉(zhuǎn)移酶是核糖

體大亞基rRNA,活性位點位于23SrRNA結構域V的中間環(huán))。

?①rRNA是起主要作用的結構成分,主要功能有：

?具有肽酰轉(zhuǎn)移酶的活性：

?為tRNA提供結合位點(A位點、P位點和E位點)；

?為多種蛋白質(zhì)合成因子提供結合位點；

?在蛋白質(zhì)合成起始時參與同mRNA選擇性地結合，以及在肽鏈的延伸

中與mRNA結合；

?核糖體大小亞單位的結合、校正閱讀(proofreading)、無意義鏈或框架

漂移的校正、以及抗菌素的作用等都與rRNA有關。

?②推測r蛋白質(zhì)的主要功能有：

?對rRNA折疊成有功能的三維結構是十分重要的；

?在蛋白質(zhì)合成中，某些r蛋白可能對核糖體的構象起“微調(diào)”作用；

?在核糖體的結合位點上甚至可能在催化作用中,核糖體蛋白與rRNA共

同行使功能。

?第二節(jié)多核糖體與蛋白質(zhì)的合成

?一.多核糖體

?1.概念

?核糖體在細胞內(nèi)并不是單個獨立地執(zhí)行功能，而是由多個甚至幾十個核糖體

串連在一條mRNA分子上高效地進行肽鏈的合成，這種具有特殊功能與形態(tài)

結構的核糖體與mRNA的聚合體稱為多聚核糖體(polyribosome或polysome)。

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?2.生物學意義

?細胞內(nèi)各種多肽的合成，不論其分子量的大小或是mRNA的長短如何,單位時

間內(nèi)所合肽分子數(shù)目都大體相等,以多聚核糖體的形式進行多肽合成，可大大

提高多肽合成的速度。mRNA在一定的時間和條件下將發(fā)生降解，以多聚核

糖體的形式進行多肽合成，對mRNA的利用及對其濃度的調(diào)控更為經(jīng)濟和有

效。

?二.蛋白質(zhì)的合成

?（一）肽鏈的起始

?1.30S小亞基與mRNA的結合

?2.第一個氨酰tRNA進入核糖體

?3.完整起始復合物的裝配

?（二）肽鏈的延伸

?1.氯酰tRNA在核糖體A位點的入位

?2.肽鍵的形成

?3.轉(zhuǎn)位

?4.tRNA的釋放

?（三）肽鏈的終止

?第三節(jié)細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選

?一.蛋白質(zhì)分選proteinsorting

?（一）定義

?絕大多數(shù)蛋白質(zhì)都是由核基因編碼或在游離的核糖體上合成或在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

膜結合的核糖體上合成。合成完畢后，再通過不同的途徑轉(zhuǎn)運到細胞的特定

部位，并裝配成結構與功能的復合體，參與組裝細胞結構，發(fā)揮其生物學功

能，這一過程稱為蛋白質(zhì)靶向轉(zhuǎn)運proteintargeting或蛋白質(zhì)分選。

?二.信號假說與蛋白質(zhì)分選信號

?（一）信號肽假說

?1.發(fā)現(xiàn)

?1972年，C.Milstein等發(fā)現(xiàn)在骨髓瘤細胞中提取的免疫球蛋白的N端栗

比分泌到細胞外的免疫球蛋白分子N端的氨基酸序列多出若干。

?2.內(nèi)容

?分泌性蛋白N端序列作為信號肽（signalpeptide）,指導分泌性蛋白到內(nèi)質(zhì)

網(wǎng)膜上合成，然后在信號肽引導下蛋白質(zhì)邊合成邊通過移位子蛋白復合

體進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，在蛋白合成結束之前信號肽被切除。

?（二）蛋白質(zhì)分選信號（信號肽+信號識別顆粒+受體+移位子協(xié)同完成）

?1.指導因子：蛋白質(zhì)N-端的信號肽（signalpeptide）

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?信號肽位于蛋白質(zhì)N端，一般含有16~26個氨基酸殘基，包括疏水核心

區(qū)、信號肽的C端和N端3部分。

?2.信號識別顆粒(signalrecognitionparticle,SRP)-----核糖核蛋白復合體

?SRP是核糖核蛋白復合體，由6種蛋白和300nt核昔酸組成，存在于細胞

質(zhì)基質(zhì)中，可與新生肽序列和核糖體大亞基結合，又可與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上

SRP受體結合。

?3.信號識別顆粒的受體(SRPreceptor,又稱停泊蛋白dockingprotein,DP)------

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)整合膜蛋白

?SPR而受體是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的整合蛋白，由a和0亞基組成。

?4.起始轉(zhuǎn)移序列startransfersequence

?蛋白質(zhì)氨基末端的信號序列除作為信號被SRP識別外，還具有起始穿膜轉(zhuǎn)

移的作用。

?5.停止轉(zhuǎn)移序列

?(1)定義：

?肽鏈中還存在某些序列與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜具有很強的親合力而結合在脂雙層

之中，能阻止肽鏈進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，使其成為跨膜蛋白質(zhì)，稱為停止轉(zhuǎn)移序

列。

?(2)分類

?①內(nèi)在停止轉(zhuǎn)移錨定序列(internalstop-transferanchorsequence,STA)

?②內(nèi)在信號錨定序列(internalsignalanchorsequence,SA)

?6.移位子translocon

?粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的核糖體結合蛋白是移位子，這類蛋白對核糖體有高度

親和力，可與核糖體大亞基結合。

(三)信號肽與共翻譯轉(zhuǎn)運

?分泌性蛋白在信號肽引導下邊翻譯邊跨膜轉(zhuǎn)運的過程稱為共翻譯轉(zhuǎn)運

(cotranslationaltranslocation)。

?1.分泌性蛋白的共翻譯轉(zhuǎn)運過程

?1—2.分泌蛋白合成起始，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)靶向信號序列合成，并被游離的SRP識

別；

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?3.SRP與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的受體結合，引導核糖體-新生肽復合物附著到內(nèi)質(zhì)

網(wǎng)膜上；

?4.核糖體/新生肽與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的移位子結合，伴隨GTP水解，SRP與相應

受體解離，返回細胞質(zhì)基質(zhì)中重復使用，肽鏈又開始延伸，通過移位子

以神環(huán)的形式進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔；

?5.新生肽鏈的信號序列被信肽酶切除；

?6.新生肽鏈繼續(xù)延伸，直至多肽鏈的合成結束；

?7—8.蛋白質(zhì)進入腔內(nèi)并折疊。

?2.整合膜蛋白的合成

?I、II、III型均為一次跨膜a螺旋，IV型為多次跨膜蛋白。（起始轉(zhuǎn)移

序列和終止轉(zhuǎn)移序列的數(shù)目決定多肽跨膜次數(shù)）

?（1）I型蛋白

?①含有一個被切割的N端內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號序列；

?②通過STA錨定在膜上；

?③N端親水區(qū)位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔面，C端親水區(qū)位于細胞質(zhì)基質(zhì)面；

?④如LDL受體、流感HA、胰島素受體、生長素受體。

?（2）n型蛋白

?①不含有可切割的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號序列；

?②通過SA錨定在膜上；

?③N端親水區(qū)位于細胞質(zhì)基質(zhì)側，C端親水區(qū)位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔面；

?④如無唾液酸糖蛋百受體、轉(zhuǎn)鐵蛋白受體、高爾基半乳糖苛轉(zhuǎn)移

酶、高爾基唾液酸轉(zhuǎn)移酶。

?（3）in型蛋白

?①不含有可切割的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號序列；

?②通過SA錨定在膜上；

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?③N端親水區(qū)位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔面，C端親水區(qū)位于細胞質(zhì)基質(zhì)面；含

有一個疏水的跨膜片段，鄰近N端親水區(qū)；

?④如細胞色素P450;

?(4)IV型蛋白

?①含有2個或多個跨膜妹段，又稱多次跨膜蛋白；

?②如G蛋白偶聯(lián)受體、葡糖轉(zhuǎn)運蛋白、電壓門控Ca2+通道、ABC