蛋白质合成分选定位

细胞中蛋白质合成分选 定位的机制 一 蛋白质合成一 蛋白质合成 定义 在核糖体的作用下 mRNA携带的遗传信息翻译成蛋白质 蛋白质合成 多肽链合成 的基本过程 1 氨基酸激活 a 将氨基酸的羧基激活成易于形成肽键的形式 b 每一个新氨基酸与 mRNA编码信息之间建立联系 从而使氨基酸与特定tRNA结合 2 起始 mRNA 核糖体小亚基 起始氨酰基 tRNA 核糖体大亚单位 起始复合物 3 肽链延长 tRNA与mRNA对应的密码子配对 携带有一个氨基酸的tRNA被安放到核糖体上 此氨基酸和前一个氨基酸共价键合 肽链延长 该阶段的核心是形成肽键 将单个 氨基酸连接成多肽链 4 合成终止 肽链释放 mRNA上的终止密码子即是终止信号 当携带新生肽链的核糖体抵达终止密码子 多肽链合成终止 核糖体大小亚基分离 多肽链从核糖体上释放出来 5 折叠和翻译后加工 包括多肽链的折叠剪接 化学修饰 空间组装 二 蛋白质分选定位二 蛋白质分选定位 定义 蛋白质从起始合成部位转运到其发挥功能发挥部位的过程 绝大多数蛋白质都 是由核基因编码 或在游离核糖体上合成 或在糙面内质网膜结合核糖体上合成 但 是蛋白质发挥结构或功能作用的部位几乎遍布细胞的各个区间或组分 所以需要不同 的机制以确保蛋白质分选 转运至细胞的特定部位 1 1 核基因编码的蛋白质的分选途径 核基因编码的蛋白质的分选途径 后翻译转运途径 在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链合成 然后转运至膜围绕的细胞器 如线粒 体 叶绿体 过氧化物酶体及细胞核 或者成为细胞质的可溶性驻留蛋白和骨架蛋 白 共翻译转运途径 蛋白质合成在游离核糖体上起始之后 由信号肽及其与之结合的SRP引导转移至糙 面内质网 然后新生肽链边合成边转入糙面内质网腔或定位在ER膜上 经转运膜泡运 至高尔基加工包装再分选至溶酶体 细胞质膜或分泌到细胞外 内质网与高尔基体本 身的蛋白质分选也是通过这一途径完成的 指导分泌性蛋白质在糙面内质网上合成的决定因素是蛋白质N端的信号肽 信号识 别颗粒SRP 内质网膜上信号识别颗粒的受体等因子协助完成的 信号序列被SRP识别并结合 位于 内质网上的SRP特异受体与SRP结合 信号肽和易位子结合 孔道打开 SRP脱离信号 信号肽引导新生肽链进入内质网腔 信号肽切除 肽链延伸至终止 蛋白质合成完成 2 2 蛋白质的运转蛋白质的运转 蛋白质的跨膜运转 膜泡运输 蛋白质被不同类型的转运膜泡从糙面内质网合成部位转运至高尔基体进而分选转运 至细胞的不同部位 其中涉及供体膜出芽形成不同的转运膜泡 膜泡运输以及膜泡 与靶膜的融合过程等 内质网膜 高尔基体 细胞外 选择性的门控转运 蛋白质合成暂停 蛋白质 肽链 合成继续 共翻译转运途径中 在细胞质基质中起始合成的蛋白质 在信号肽 SRP介导下转移到内质网 然后边合成边转运或进入内质网腔或插入内质网膜 后翻译转运途径中 在细胞质基质核糖体上完成合成的多肽链在不同靶向信 号序列指导下 依不同的机制转运到线粒体 叶绿体和过氧化物酶体等细胞 器 膜泡膜泡 在细胞质基质中合成的蛋白质通过核孔复合体在核 质间双向选择性地完成核输入或核输出 细胞质基质中蛋白质的运转 3 3 蛋白质向线粒体 叶绿体和过氧化物酶体的分选蛋白质向线粒体 叶绿体和过氧化物酶体的分选 后翻译转运途径中转运到线粒体 叶绿体和过氧化物酶体等细胞器蛋白质分选是一 个多步过程 需要多个不同的靶向序列 定位到叶绿体的前体蛋白N端具有40 50个氨 基酸组成的转运肽 用以指引多肽定位到叶绿体并进一步穿过叶绿体被膜进入基质或 类囊体中 定位至线粒体的蛋白质靠的是蛋白质N端的导肽 定位至过氧化物酶体的蛋 白质靠的是C端的内在靶向序列 其他的空间定位信号序列决定蛋白质最终定位在不同 的膜上还是不同的基质空间 分子伴侣帮助蛋白质解折叠或维持非折叠状态 1 蛋白质向线粒体的分选 核基因编码的线粒体蛋白质合成和输入大体上涉及到的4个步骤 在细胞质基质中合成多肽前体物 前体物和细胞器表面的受体 结合 穿过并移进细胞器膜 前体物被加工成为成熟多肽 线粒体蛋白从细胞质基质输入到线粒体基质线粒体蛋白从细胞质基质输入到线粒体基质 两性的N端靶向信号 序列 形成 螺旋构象 对于指导蛋白质输入线粒体基质是至关重要 的 需要分子伴侣胞质蛋白Hsc70和线粒体基质蛋白Hsc70协助 需要 从内外膜接触点的Tom 外膜移位子 和Tim 内膜移位子 处输入 线粒体蛋白以线粒体蛋白以3 3种途径从细胞质基质输入到线粒体内膜种途径从细胞质基质输入到线粒体内膜 途径A 具有N 端基质靶向序列和内部停止转移序列 途径B 具有N端基质靶向序列 和内部疏水的Oxa1靶向序列 内膜蛋白Oxa1所识别 途径C 没有N 端基质靶向序列 含有多个内部靶向序列 倆种膜间隙蛋白 Tim9 10 为外膜与内膜之间转运的分子伴侣 线粒体蛋白质从细胞质基质输入到线粒体膜间隙线粒体蛋白质从细胞质基质输入到线粒体膜间隙 途径A 具有N端基 质靶向序列和内部间隙靶向序列 其过程类似内膜蛋白途径A 需要内 膜上蛋白酶于膜间隙一侧切割释放 途径B 通过外膜Tom40孔直 接进入膜间隙 2 蛋白质向叶绿体的分选 定位至叶绿体基质 定位在类囊体膜和类囊体腔 进入基质与线粒体的相似 叶绿体前体蛋白具有N端叶绿体 基质 靶向序列和类囊体靶向序列 进入基质与线粒体的相似 如前体 蛋白非折叠 依赖于基质Hsc70水解ATP提供能量 但与线粒体不同 的是 不产生跨内膜的电化学梯度 因此ATP水解供能几乎是唯一 动力来源 进入基质后不同蛋白的转运途径不同 一个是叶绿体SRP依赖途径 与蛋白质进入内质网过程相似 另一种是pH依赖途径 蛋白质 与其辅因子结合 在类囊体靶向序列N端的2个Arg残基和跨线粒体 内膜的pH 梯度是折叠蛋白输入到类囊体腔所必需的 3 蛋白质向过氧化物酶体的分选 过氧化物酶体是真核细胞中唯一利用分子氧氧化底物形成小分子用于 合成途径的细胞器 它不含自身的DNA及核糖体 因此所有蛋白质都是 由核基因编码 在细胞质基质中合成的 然后输入到预存或新增值产 生的过氧化物酶体中 含有过氧化物酶体靶向序列PTS1的基质蛋白的C端信号序列为3肽SKL 其与胞质中可溶性Pex5受体蛋白结合 受体再与过氧化物酶体上的Pex 14结合 之后 基质蛋白质 Pex5受体复合物通过Pex10 Pex12 Pex2转运至基质中 4 蛋白质转运至细胞核 需要核定位信号NLS来引导蛋白质进入核 核输出信号来引导核蛋白出 核 蛋白质分选途径比较 特征途径一途径二 蛋白质合成主要部位起始于细胞质基质 完成于内质 网 细胞质基质 蛋白质主要类型分泌蛋白 内质网 高尔基体 溶酶体酶蛋白等 线粒体 叶绿体 过氧化物酶体 核蛋白等 分选信号序列N端信号肽导肽 PTS NLS KDEL等 合成与转运的关系共翻译转运翻译后运转 蛋白质的主要转运方式膜泡运输跨膜转运 第二问 假设一个mRNA 其编码的蛋白有如下特点 N端具有信号序列 C端具有PTS1信号 内部含有核定位信号NLS 请判断这个蛋白在细 胞内合成后的最终去向 并说明原因 该蛋白质最终去向过氧化物酶体 核定位信号NLS只是亲核蛋白入核的 一