第七章蛋白质的加工和运输

第六节第六节蛋白质的加工和运输蛋白质的加工和运输1由核糖体释放的新生肽链并不是由核糖体释放的新生肽链并不是一个完整的、有生物学功能的蛋白质一个完整的、有生物学功能的蛋白质分子，必需要经过处理和加工后，才分子，必需要经过处理和加工后，才具有生物学活性。包括形成高级结构具有生物学活性。包括形成高级结构、与其他亚基缔合及一些修饰。、与其他亚基缔合及一些修饰。此外，无论是原核细胞还是真核此外，无论是原核细胞还是真核细胞，蛋白质除游离于胞质内发挥作细胞，蛋白质除游离于胞质内发挥作用外，还有一部分要分泌到细胞外和用外，还有一部分要分泌到细胞外和定位于膜系统中起作用。这就涉及到定位于膜系统中起作用。这就涉及到运输的问题。运输的问题。23一些蛋白可自发形成成熟的构象。可通过变性一些蛋白可自发形成成熟的构象。可通过变性 -复复性来检验蛋白的这一能力。可自发复性的能力称为自性来检验蛋白的这一能力。可自发复性的能力称为自组装。能自组装的蛋白可从其它构象通过折叠或再折组装。能自组装的蛋白可从其它构象通过折叠或再折叠转变为活性构象。叠转变为活性构象。其它蛋白不能自发折叠，而是通过其它蛋白不能自发折叠，而是通过 分子伴侣（分子伴侣（chaperone） 的帮助获得正确的结构。的帮助获得正确的结构。分子伴侣是介导靶蛋白只形成可能构象之一，以分子伴侣是介导靶蛋白只形成可能构象之一，以使其正确折叠的一种蛋白。作用通过防止形成错误构使其正确折叠的一种蛋白。作用通过防止形成错误构象，而不是促进生成正确构象。象，而不是促进生成正确构象。一、一、 蛋白质折叠蛋白质折叠4热激蛋白（热激蛋白（ heat shock protein） 70 系统系统 ：作用于新合成的、跨膜转运的和受胁迫变性的蛋白。伴侣蛋白（伴侣蛋白（ chaperonin）系统）系统 ：由一大的寡聚体装配组成。装配形成一未折叠蛋白插入的结构。5Hsp40（ DnaJ）首先结合在新生蛋白上，辅助Hsp70（ DnaK）折叠新生蛋白；Hsp70水解 ATP，驱动构象转变；GrpE取代 ADP，使分子伴侣从蛋白上释放。6Hsp60( GroEL)由 14 个亚基形成两个 7 聚体环，以相反方向垛叠在一起。7近端远端空心环（圆桶结构空心环（圆桶结构）与）与 Hsp10（ E.coli中为中为 GroES）连接）连接；单个单个 GroES在七聚在七聚体上形成一体上形成一 “屋顶屋顶 ”盖在空穴外。盖在空穴外。8底物和 ATP结合在同一环；GroES盖住该环，近端环的中央空腔增大；GroEL的疏水残基参与与 GroES的结合；底物残基暴露在亲水环境，构象随之改变。9蛋白插入或穿过膜的过程称为 蛋白易位（蛋白易位（ protein translocation） 。1.翻译后易位（翻译后易位（ post-translational translocation）：）： 线粒体和叶绿体的大部分蛋白是在胞质中合成后再过膜转移进去的，这种蛋白质过膜方式称为翻译后易位。2.共翻译易位（共翻译易位（ co-translational translocation）：）： 与内质网结合的核糖体所合成的蛋白质前体，因在其 N 端含有一个信号序列（信号肽） ,可边翻译边进行转移。两种易位的共同特征是两种易位的共同特征是 N 端序列在移位过程中被切除；端序列在移位过程中被切除；N 端序列组成：成熟蛋白质没有前导序列端序列组成：成熟蛋白质没有前导序列 （ leader） ，含有，含有前导序列的蛋白称为前体蛋白前导序列的蛋白称为前体蛋白 （ preprotein） 。二、二、 蛋白质易位蛋白质易位10（一）翻译后易位（一）翻译后易位这类蛋白常有一段前导序列（ leader），负责细胞器外膜的原初识别；前导序列起始细胞器膜与前体蛋白的作用；蛋白过膜后，先导序列被切除。11前导序列必须折叠成细胞器被膜受体所需的结构。前导序列包含所有细胞器蛋白定位的信息。如果把前导序列加到胞质蛋白中，则胞质蛋白可出现到细胞器中。被转蛋白序列虽然与目标无关，但需要柔韧性以解除折叠。前导序列的结构特征 12TOM 聚合体的一般模型聚合体的一般模型翻译后易位的受体翻译后易位的受体TOM：位于细胞器：位于细胞器外膜的受体；外膜的受体；TIM：位于细胞器内：位于细胞器内膜的受体。膜的受体。细胞质13Tim17-22 复合体复合体Tim17-22 复合体复合体Tim17-22复合体组成通复合体组成通道，与其它蛋白依次相道，与其它蛋白依次相连：连：Tim17-22 Tim44Hsp70 Mge（ Mge相当于细菌的相当于细菌的 GrpE）Hsp70对未折叠蛋白的对未折叠蛋白的亲和也有利于蛋白穿过亲和也有利于蛋白穿过内膜内膜14护卫复合体护卫复合体（ escorting complex）15细胞质膜间空间衬质蛋白通常直接从TOM 到达 TIM 先导序列各部分决定蛋先导序列各部分决定蛋白的最终定位白的最终定位外膜识别信号后直接将蛋白导入衬质，前导序列在此切除；如果蛋白还有其它定位信号，可被重新转运。17酵母细胞色素 C1 具有定位于线粒体的 N 端信号序列，和定位于内膜的信号序列。18（二）共翻译易位（二）共翻译易位核糖体与内质网相联，使蛋白质的合成和易位同时进行。19疏水核牛生长激素的牛生长激素的 N 端的信号序列端的信号序列共翻译插入由一段信号序列指导。共翻译插入由一段信号序列指导。对以任何膜为目标的肽链，这段信号序列对以任何膜为目标的肽链，这段信号序列都是必需而且充分的。都是必需而且充分的。胞质核糖体和内质网核糖体没有内在区别，核糖体的位置由合成的蛋白质有无信号序列决定。20核糖体在自由 mRNA上起始合成蛋白质；信号识别颗粒（信号识别颗粒（ signal recognition particle, SRP） 结合于前导序列，翻译暂停；SRP 与 SRP 受体结合，核糖体附着在膜上；翻译继续；核糖体合成分泌蛋白21前导序列进入膜；前导序列进入膜；蛋白穿过膜，前导序列蛋白穿过膜，前导序列被切除；翻译继续；被切除；翻译继续；蛋白通过膜被分泌；核蛋白通过膜被分泌；核糖体从糖体从 mRNA 上释放。上释放。22SRP 由蛋白质和小由蛋白质和小 RNA 组成；分为几个结构域组成；分为几个结构域执行不同的功能。执行不同的功能。23蛋白通过亲水性通道穿过 ER膜，这一亲水通道称为 易位子（易位子（translocon） 。24三、三、 跨膜蛋白跨膜蛋白跨膜蛋白的分类：跨膜蛋白的分类：I 类：类： N 端位于外侧端位于外侧II 类：类： C 端位于外侧端位于外侧只有一个跨膜区域的蛋白分为两类 :25多跨膜区域的蛋白多跨膜区域的蛋白如果跨膜区域为奇数如果跨膜区域为奇数，则，则 N 端与端与 C 端分别端分别位于膜的两侧位于膜的两侧如果跨膜区域为偶数如果跨膜区域为偶数，则，则 N 端与端与 C 端位于端位于膜的同侧膜的同侧26膜蛋白终止转移膜蛋白终止转移I 类或 II 类蛋白插入膜的起始过程与分泌蛋白过膜相同；但还含有第二种信号 -终止转移信终止转移信号（号（ stop-transfer signal） ；终止转移序列通常形成与离子化残基相邻的疏水残基簇，把蛋白锚定在膜内，阻止整个蛋白穿过膜。尚不