肽鏈合成后的加工和運輸課件

第10章肽鏈合成后的加工和運輸從核蛋白體釋放出的新生多肽鏈不具備蛋白質(zhì)生物活性，必需經(jīng)過：1）翻譯后一系列加工修飾過程才轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粯?gòu)象的功能蛋白。如：高級結(jié)構(gòu)的形成、氨基酸殘基的修飾、二硫鍵的形成等。2）靶向運輸許多蛋白合成后經(jīng)靶向運送到其相應(yīng)功能部位，才能發(fā)揮作用,稱為蛋白質(zhì)的靶向運輸(targetedtransport)或蛋白分送(proteinsorting)。

新生的多肽鏈大多數(shù)是沒有功能的，必須經(jīng)過加工修飾才能轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘牡鞍踪|(zhì)。

細菌蛋白質(zhì)氨基端的甲?；鼙幻摷柞；杆猓还苁窃松镞€是真核生物，N端的甲硫氨酸往往在多肽鏈合成完畢之前就被切除。50%的真核蛋白中，成熟蛋白N端殘基會被N-乙基化。1）

N端fMet或Met的切除一.肽鏈合成后的加工1.肽鏈的剪接2）

信號序列的切除需要靶項運輸?shù)礁骷毎骷凹毎獾牡鞍踪|(zhì)N-端一般有一段信號序列，用于指導(dǎo)蛋白質(zhì)的運輸，這一信號序列會在完成任務(wù)后被相應(yīng)的蛋白水解酶切除。3）切除新生肽鏈中非功能片段

如新合成的胰島素前體是前胰島素原，必須先切去信號肽變成胰島素原，再切去C-肽，才變成有活性的胰島素。有些動物病毒如脊髓灰質(zhì)炎病毒的mRNA可翻譯成很長的多肽鏈，含多種病毒蛋白，經(jīng)蛋白酶在特定位置上水解后得到幾個有功能的蛋白質(zhì)分子。不少多肽類激素和酶的前體也要經(jīng)過加工才能變?yōu)榛钚苑肿?，如血纖維蛋白原、胰蛋白酶原經(jīng)過加工切去部分肽段才能成為有活性的血纖維蛋白、胰蛋白酶。前胰島素原蛋白翻譯后成熟過程示意圖。1）泛素化—泛素降解ATP-依賴的蛋白質(zhì)水解體系，在胞質(zhì)中進行，主要降解異常蛋白和短壽命蛋白，此途徑在不含溶酶體的紅細胞中尤為重要。泛素由76個AA組成，高度保守，普遍存在于真核細胞中，故稱泛素（ubiquitin)E1：泛素激活酶E2：泛素結(jié)合酶E3：泛素-蛋白質(zhì)連接酶泛素降解蛋白質(zhì)途徑2）磷酸化磷酸化是在蛋白激酶的催化作用下，將ATP的r-磷酸基轉(zhuǎn)移到蛋白特定位點上的過程，磷酸化的作用位點為蛋白上的Ser、Thr、Tyr。3）糖基化蛋白質(zhì)的特定氨基酸殘基(天冬氨酸、絲氨酸、蘇氨酸殘基)加入糖基復(fù)合物(2-60單糖)通常為跨膜蛋白重要的識別標(biāo)志兩種類型

N-linked

O-linkedN-乙酰葡萄糖氨連接到天冬胺酸殘基上N-乙酰葡萄糖氨連接到絲胺酸殘基上3.多肽鏈的折疊蛋白質(zhì)的折疊指肽鏈經(jīng)過疏水塌縮、空間盤曲、側(cè)鏈疊集等行為形成蛋白質(zhì)的天然構(gòu)象，同時獲得生物活性。蛋白質(zhì)折疊的機制—成核（nucleation)理論A.成核：最先形成α螺旋及β折疊片斷，使變性蛋白質(zhì)從伸展，無活性狀態(tài)（US）轉(zhuǎn)變成部分折疊，產(chǎn)生一些二級結(jié)構(gòu)但仍無活性的狀態(tài)（I1）B.結(jié)構(gòu)充實：蛋白質(zhì)從I1狀態(tài)進一步折疊，近于完全，但仍存在著儲如脯氨酸殘基的不正確異構(gòu)體等的狀態(tài)（IN)1）概念C.最后重排：US

I1

INN完全松散肽鏈具二級結(jié)構(gòu)的局部鑒定狀態(tài)中間態(tài)（熔球態(tài)）天然態(tài)10毫秒1－3秒目前還無法了解蛋白質(zhì)在體內(nèi)折疊的具體過程，只是已了解到蛋白質(zhì)的體內(nèi)折疊遵守一些基本準則：P：261體內(nèi)大部分蛋白質(zhì)的折疊需要在折疊酶（二硫鍵異構(gòu)酶和肽酰脯氨酰順反異構(gòu)酶）和分子伴侶的幫助下完成。2）分子伴侶（molecular

chaperon/chaperonine)是一類能幫助其他蛋白質(zhì)進行正確組裝、折疊、轉(zhuǎn)運、介導(dǎo)錯誤折疊的蛋白質(zhì)進行降解的蛋白質(zhì)。1、協(xié)助新生肽鏈在細胞漿中的折疊：

2、蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運與折疊：

3、在防御中的作用：增強生物或細胞的熱耐受能力4、其它功能：有多方面，如抑制細胞凋亡、調(diào)控細胞周期、抑制衰老等GroELGroES

熱休克蛋白

HeatShockProteins(HSPs),是在從細菌到哺乳動物中廣泛存在一類熱應(yīng)急蛋白質(zhì)。當(dāng)有機體暴露于高溫的時候，就會由熱激發(fā)合成此種蛋白，來保護有機體自身。許多熱休克蛋白具有分子伴侶活性。按照蛋白的大小，熱休克蛋白共分為五類，分別為HSP100，HSP90，HSP70，HSP60以及小分子熱休克蛋白smallHeatShockProteins(sHSPs)

熱休克蛋白90存在于所有的原核與真核細胞中，參與新生肽鏈的折疊，防止折疊過程蛋白聚合，主要作為分子伴侶參與細胞中眾多信號蛋白的構(gòu)象成熟和功能穩(wěn)定的調(diào)控,而這些信號蛋白的過度表達或突變能促進腫瘤細胞的增殖及存活；

HSP70可與高度去折疊或錯誤折疊的多肽結(jié)合，阻止聚沉并幫助重新折疊，在蛋白質(zhì)重組及降解過程中有作用，還幫助蛋白質(zhì)跨膜運轉(zhuǎn)；

Hsp60存在于真核生物的線粒體與葉綠體中，參與蛋白質(zhì)折疊、運輸?shù)取?/p>

在生物體內(nèi)，蛋白質(zhì)的合成位點與功能位點常常被一層或多層細胞膜所隔開，這樣就產(chǎn)生了蛋白質(zhì)運轉(zhuǎn)的問題。

由于細胞各部分都有特定的蛋白質(zhì)組分，因此合成的蛋白質(zhì)必須準確無誤地定向運送才能保證生命活動的正常進行。二、肽鏈合成后的定向運輸一般說來，蛋白質(zhì)運轉(zhuǎn)可分為兩大類：１．翻譯運轉(zhuǎn)同步機制:蛋白質(zhì)的合成和運轉(zhuǎn)同時發(fā)生的２．翻譯后運轉(zhuǎn)機制：蛋白質(zhì)從核糖體上釋放后才發(fā)生運轉(zhuǎn)。

下表列舉了跨膜運輸和鑲?cè)肽?nèi)的幾種主要蛋白質(zhì)蛋白性質(zhì)

運

轉(zhuǎn)

機

制主

要

類

型分泌

蛋白質(zhì)在結(jié)合核糖體上合成，

并以翻譯運轉(zhuǎn)同步機制運輸

免疫球蛋白、卵蛋白、水解酶、激素等細胞器發(fā)育

蛋白質(zhì)在游離核糖體上合成，以翻譯后運轉(zhuǎn)機制運輸

核、葉綠體、線粒體、乙醛酸循環(huán)體、過氧化物酶體等細胞器中的蛋白質(zhì)膜的形成

兩種機制兼有質(zhì)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、類囊體中的蛋白質(zhì)

1

翻譯-運轉(zhuǎn)同步機制（分泌蛋白）

信號肽假說：蛋白質(zhì)跨膜運轉(zhuǎn)信號是由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，稱為信號序列，編碼出的蛋白叫信號肽。信號肽在合成后便與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)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穿過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜，即：邊翻譯邊跨膜運轉(zhuǎn)。信號肽：被運入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔的蛋白質(zhì)均含有一段或幾段特殊的氨基酸序列，該序列常常位于蛋白質(zhì)的氨基末端，可用于引導(dǎo)蛋白質(zhì)進入細胞的特定部位，稱為信號肽。信號肽一般帶有10-15個疏水氨基酸，進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜后被信號肽酶水解。在靠近信號肽N-端外常常有1個或數(shù)個帶正電荷的氨基酸；在其C-末端靠近蛋白酶切割位點處常常帶有數(shù)個極性氨基酸，離切割位點最近的那個氨基酸往往帶有很短的側(cè)鏈（丙氨酸或甘氨酸）。信號肽沒有嚴格的專一性；可能是一種環(huán)狀結(jié)構(gòu)通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)雙層膜：N端先與脂膜相結(jié)合，隨后疏水的殘基與脂雙層以疏水作用逐漸插入形成環(huán)狀的跨膜結(jié)構(gòu)。signalrecognitionparticle,SRP：信號肽識別顆粒SRPreceptor/dockingprotein:SRP受體，錨定蛋白，也叫船塢蛋白SRP=signalrecognitionparticleSRP能識別信號肽，與正在合成需要通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜進行運轉(zhuǎn)的新生肽和結(jié)合核糖體形成“SRP-信號肽-核糖體復(fù)合物”，該復(fù)合物被引向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜并與SRP的受體—DP（錨定蛋白，船塢蛋白，停泊蛋白）相結(jié)合。只有當(dāng)SRP與DP相結(jié)合時，多肽合成才恢復(fù)進行，信號肽部分通過膜上的核糖體受體及蛋白運轉(zhuǎn)復(fù)合物跨膜進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔，新生肽鏈重新開始延伸。SRP與DP的結(jié)合很可能導(dǎo)致受體聚集而形成膜孔道，使信號肽及與其相連的新生肽得以通過。整個蛋白跨膜以后，信號肽被水解，形成高級結(jié)構(gòu)和成熟型蛋白質(zhì)，被送入高爾基體或形成運轉(zhuǎn)小泡，運送到細胞膜。正確的折疊不正確的折疊降解通過分泌小泡輸送到目的地膜蛋白和分泌蛋白模式圖內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔：1）新生肽鏈折疊；二硫鍵的修飾；添加核心寡糖/糖基化；2）蛋白質(zhì)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通過分泌泡轉(zhuǎn)移到高爾基復(fù)合體；3）在高爾基體以出芽小泡的方式運轉(zhuǎn)到膜上2

翻譯后運轉(zhuǎn)機制（細胞器蛋白）

研究發(fā)現(xiàn)，葉綠體和線粒體中有許多蛋白質(zhì)和酶是由細胞質(zhì)提供的，其中絕大多數(shù)以翻譯后運轉(zhuǎn)機制進入細胞器內(nèi)。Tom=transportacrossoutermembraneTim=transportacrossinnermembrane1）線粒體蛋白質(zhì)跨膜運轉(zhuǎn)

線粒體蛋白質(zhì)跨膜運轉(zhuǎn)過程有如下特征：①通過線粒體膜的蛋白質(zhì)在運轉(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20-80個氨基酸的導(dǎo)肽（leaderpeptide）共同組成。②蛋白質(zhì)通過線粒體內(nèi)膜的運轉(zhuǎn)是一種需能過程；③蛋白質(zhì)通過線粒體膜運轉(zhuǎn)時，首先由外膜上的Tom受體復(fù)合蛋白識別，再與Hsp70或MSF等分子伴侶相結(jié)合，通過Tom和Tim組成的膜通道進入線粒體內(nèi)腔。導(dǎo)肽的特點：1，帶正電的堿性氨基酸含量較為豐富，分散于不帶電荷的氨基酸序列間（起重要作用）2，缺少帶負電的酸性氨基酸3，絲氨基酸含量較高4，有形成α－螺旋結(jié)構(gòu)的能力

葉綠體膜能夠特異地與葉綠體蛋白的前體結(jié)合。通過外膜轉(zhuǎn)運蛋白（TOC）和內(nèi)膜轉(zhuǎn)運蛋白（TIC）協(xié)同作用完成蛋白質(zhì)向基質(zhì)的運輸；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。一般N端含有定向葉綠體基質(zhì)的序列，C端具有可引導(dǎo)蛋白向類囊體膜運輸?shù)男蛄小?）葉綠體蛋白質(zhì)的跨膜運轉(zhuǎn)在細胞質(zhì)中合成的葉綠體前體蛋白在N-末端有轉(zhuǎn)運肽（transitpeptides)的信號序列，它是葉綠體蛋白輸送的必要成分，在蛋白質(zhì)的輸送過程中需分子伴侶參與。3

）核定位蛋白的運轉(zhuǎn)機制在細胞質(zhì)中合成的蛋白質(zhì)一般通過核孔進入細胞核。所有核糖體蛋白都首先在細胞質(zhì)中被合成，運轉(zhuǎn)到細胞核內(nèi)，在核仁中被裝配成40S和60S核糖體亞基，然后運轉(zhuǎn)回到細胞質(zhì)中行使作為蛋白質(zhì)合成機器的功能RNA、DNA聚合酶、組蛋白、拓樸異構(gòu)酶及大量轉(zhuǎn)錄、復(fù)制調(diào)控因子都必須從細胞質(zhì)進入細胞核才能正常發(fā)揮功能。核孔復(fù)合物(Nuclearporecomplex,NPC)核孔