高级生物化学PPT课件-蛋白质加工与输送.ppt

1 蛋白质合成后加工与蛋白质合成后加工与输送输送第第2章章23 翻译后加工翻译后加工 （Posttranslational processing）肽链从核蛋白体释放后，经过细胞内肽链从核蛋白体释放后，经过细胞内各种修饰处理，成为各种修饰处理，成为有有活性的具有天然构活性的具有天然构象的成熟蛋白质象的成熟蛋白质的过程。的过程。4包括包括：l折叠；折叠；l一级结构的修饰；一级结构的修饰；l空间结构的修饰等空间结构的修饰等；l 靶向输送到特定细胞靶向输送到特定细胞5一、多肽链折叠为天然构象的蛋白质一、多肽链折叠为天然构象的蛋白质 多肽链合成后需要逐步折叠（多肽链合成后需要逐步折叠（folding)folding)成天然空成天然空间构象间构象(native conformation)native conformation)才成为有功能的蛋白质。才成为有功能的蛋白质。一些疾病是单纯由错误折叠的蛋白质引发的一些疾病是单纯由错误折叠的蛋白质引发的 蛋白质构象病蛋白质构象病。时间：新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，时间：新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新生肽链新生肽链N N端在核蛋白体上一出现，肽链的折端在核蛋白体上一出现，肽链的折 叠即开始。叠即开始。6AnfinsenAnfinsen经典实验（经典实验（20世纪60年代）n牛胰核糖核酸酶含有124个氨基酸残基，由8个巯基配对组成4对二硫键。可以计算出酶分子中8个巯基组成4对二硫键的可能方式有105种，在温和的碱性条件下，8摩尔的浓脲和大量巯基乙醇能使四对二硫键完全还原，整个分子变为无规则卷曲状，酶分子变性。透析去除脲，在氧的存在下，二硫键重新形成，酶分子完全复性，二硫键中成对的巯基都与天然一样，复性分子可以结晶且具有与天然酶晶体相同的X射线衍射花样，从而证实，酶分子在复性过程中，不仅能自发地重新折叠，而且只选择了105种二硫键可能配对方式中的一种。7nAnfinsenAnfinsen经典实验经典实验nAnfinsenAnfinsen基于还原变性的牛胰基于还原变性的牛胰RNaseRNase在不需其他任何物质帮助在不需其他任何物质帮助下，仅通过去除变性剂和还原剂就使其恢复天然结构的实验结下，仅通过去除变性剂和还原剂就使其恢复天然结构的实验结果，果，提出了提出了“多肽链的氨基酸序列包含了形成其热力多肽链的氨基酸序列包含了形成其热力学上稳定的天然构象所必需的全部信息学上稳定的天然构象所必需的全部信息”的的“自组自组装学说装学说”。n这一学说表明：蛋白质折叠的必需信息都储存在一级结构中。这一学说表明：蛋白质折叠的必需信息都储存在一级结构中。即即“序列决定构象序列决定构象”。n随着对蛋白质折叠研究的广泛开展，人们对蛋白质折叠理论有随着对蛋白质折叠研究的广泛开展，人们对蛋白质折叠理论有了进一步的补充和扩展。了进一步的补充和扩展。AnfinsenAnfinsen的的“自组装热力学假说自组装热力学假说”得得到了许多体外实验的证明，的确有许多蛋白在体外可进行可逆到了许多体外实验的证明，的确有许多蛋白在体外可进行可逆的变性和复性，尤其是一些小分子量的蛋白。但是并非所有的的变性和复性，尤其是一些小分子量的蛋白。但是并非所有的蛋白都如此。蛋白都如此。8n有些蛋白质移除前导序列会伴随着之后的蛋白有些蛋白质移除前导序列会伴随着之后的蛋白质重折叠的缺失。相反的，全长酶原解折叠后质重折叠的缺失。相反的，全长酶原解折叠后可以重新产生一个折叠的酶。这个结果表明前可以重新产生一个折叠的酶。这个结果表明前导序列参与了折叠反应，这说明并不是导序列参与了折叠反应，这说明并不是“最终最终的的”序列编码了折叠信息。序列编码了折叠信息。9n细胞中大多数天然蛋白胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自折叠都不是自动完成，而需要其完成，而需要其他他酶、蛋白、蛋白质辅助助.n所有所有细胞中胞中发现的伴的伴侣蛋白都是聚体体系，它阻止了不正蛋白都是聚体体系，它阻止了不正确的蛋白确的蛋白质的折叠，以的折叠，以7个、个、8个或个或9个个亚基的超基的超环形形结构构为基基础。超。超环形形结构被任意端盖住，形成一个通构被任意端盖住，形成一个通过疏水表疏水表面面结合解折叠多合解折叠多肽的空穴，通的空穴，通过ATP驱动的构象的构象变化促使化促使肽折叠折叠为天然构象。天然构象。n不正确的折叠不正确的折叠导致活性失活，致活性失活，这是是许多疾病的分子基多疾病的分子基础。10（一）肽链折叠的模型（一）肽链折叠的模型1.框架模型框架模型（Framework Model）假设蛋白质的局部构象依赖于局部的氨基酸序列。假设蛋白质的局部构象依赖于局部的氨基酸序列。在多肽链折叠过程的起始阶段，先迅速形成不稳定在多肽链折叠过程的起始阶段，先迅速形成不稳定的二级结构单元；的二级结构单元；称为称为“flickering cluster”，随，随后这些二级结构靠近接触，从而形成稳定的二级结后这些二级结构靠近接触，从而形成稳定的二级结构框架；最后，二级结构框架相互拼接，肽链逐渐构框架；最后，二级结构框架相互拼接，肽链逐渐紧缩，形成了蛋白质的三级结构。紧缩，形成了蛋白质的三级结构。这个模型认为即使是一个小分子的蛋白也可以一部这个模型认为即使是一个小分子的蛋白也可以一部分一部分的进行折叠，其间形成的亚结构域是折叠分一部分的进行折叠，其间形成的亚结构域是折叠中间体的重要结构中间体的重要结构112.疏水塌缩模型疏水塌缩模型（Hydrophobic Collapse Model）疏水作用力被认为是在蛋白质折叠过程中起决定性作用的力的因素。在形成任何二级结构和三级结构之前首先发生很快的非特异性的疏水塌缩。123.扩散扩散-碰撞碰撞-粘合机制粘合机制（Diffusion-Collision-Adhesion Model）该模型认为蛋白质的折叠起始于伸展肽链上的几个位点，在这些位点上生成不稳定的二级结构单元或者疏水簇，主要依靠局部序列的进程或中程（3-4个残基）相互作用来维系。它们以非特异性布朗运动的方式扩散、碰撞、相互黏附，导致大的结构生成并因此而增加了稳定性。进一步的碰撞形成具有疏水核心和二级结构的类熔球态中间体的球状结构。球形中间体调整为致密的、无活性的类似天然结构的高度有序熔球态结构。最后无活性的高度有序熔球态转变为完整的有活力的天然态。134.成核成核-凝聚凝聚-生长模型生长模型（Nuclear-Condensation-Growth Model）根据这种模型，肽链中的某一区域可以形成“折叠晶核”，以它们为核心，整个肽链继续折叠进而获得天然构象。所谓“晶核”实际上是由一些特殊的氨基酸残基形成的类似于天然态相互作用的网络结构，这些残基间不是以非特异的疏水作用维系的，而是由特异的相互作用使这些残基形成了紧密堆积。晶核的形成是折叠起始阶段限速步骤。14（二）折叠过程中的辅助蛋白质：（二）折叠过程中的辅助蛋白质：分子伴侣分子伴侣（molecular chaperonmolecular chaperon）蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶（protein disulfide isomerase,PDI）肽酰基肽酰基-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶（peptidyl prolyl cis-trans isomerase,PPI）151 1分子伴侣分子伴侣*（molecular chaperonmolecular chaperon）是细胞中一大类保守蛋白质，可识别肽链的非天是细胞中一大类保守蛋白质，可识别肽链的非天然构象然构象（不稳定构象不稳定构象），促进各功能域和整体蛋白质的促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠正确折叠（稳定构象稳定构象）。普遍特点普遍特点-只与只与Pr分子的非天然构象结合，而不与已经折叠分子的非天然构象结合，而不与已经折叠 成天然构象的成天然构象的Pr分子结合分子结合16（1 1）功能）功能 帮助肽链折叠；帮助肽链折叠；辅助新生肽链的转运与转位，帮助辅助新生肽链的转运与转位，帮助“次品蛋白质次品蛋白质”的降解。的降解。一些细胞质中的可溶性分子伴侣还可以通过与辅助分子伴侣一些细胞质中的可溶性分子伴侣还可以通过与辅助分子伴侣 的相互作用，行使更多的功能：的相互作用，行使更多的功能：网格蛋白的去组装；参与突触小网格蛋白的去组装；参与突触小泡融合后的内吞；帮助蛋白质泡融合后的内吞；帮助蛋白质/新生肽链靶向，如进入线粒体；新生肽链靶向，如进入线粒体；以及一些复合物的组装，如肌球蛋白复合物和核孔等；以及一些复合物的组装，如肌球蛋白复合物和核孔等；分子伴侣还参与信号转导。另外，引发因子分子伴侣还参与信号转导。另外，引发因子(TF)(TF)除了能帮助新除了能帮助新生肽链折叠外，还兼有生肽链折叠外，还兼有PPIPPI酶的活性。酶的活性。17（2 2）折叠作用：）折叠作用：蛋白质肽链的折叠可以简单看作是一些疏水基团被包埋到蛋白质肽链的折叠可以简单看作是一些疏水基团被包埋到分子内部的过程，因此，帮助新生肽链折叠的分子伴侣一分子内部的过程，因此，帮助新生肽链折叠的分子伴侣一定是具有与疏水基团结合能力的蛋白质。以最常见的定是具有与疏水基团结合能力的蛋白质。以最常见的hsp70hsp70为例，它们都具有一个肽结合部位，由疏水氨基酸残基构为例，它们都具有一个肽结合部位，由疏水氨基酸残基构成。成。分子伴侣总的作用是与暴露的疏水区域稳定结合。分子伴侣总的作用是与暴露的疏水区域稳定结合。结果：结果：降低了局部未折叠蛋白质的浓度并防止其非特异性的降低了局部未折叠蛋白质的浓度并防止其非特异性的不可逆的聚合和错误折叠，同时保存了多肽链折叠的能力，不可逆的聚合和错误折叠，同时保存了多肽链折叠的能力，当折叠不成功时，可以重新进行折叠。当折叠不成功时，可以重新进行折叠。18（3 3）分布：）分布：广泛分布于原核和真核细胞中。广泛分布于原核和真核细胞中。在真核细胞中目前发现它们存在于：在真核细胞中目前发现它们存在于：细胞液、内质网、线粒体、叶绿体以及细胞核中。细胞液、内质网、线粒体、叶绿体以及细胞核中。（存在胞内（存在胞内prpr折叠、组装的各部位）折叠、组装的各部位）19（4 4）典型分子伴侣）典型分子伴侣细胞至少有两种分子伴侣家族细胞至少有两种分子伴侣家族热休克蛋白热休克蛋白伴侣素伴侣素 20(1)(1)热休克蛋白热休克蛋白（heat shock protein,HSP)heat shock protein,HSP)：属于应激反应性蛋白，高温应激可诱导该蛋白合成增属于应激反应性蛋白，高温应激可诱导该蛋白合成增加。加。包括包括HSP70,HSP40HSP70,HSP40和和GrpEGrpE三族三族HSPHSPHSPHSP促进蛋白质折叠的基本作用：促进蛋白质折叠的基本作用：促进蛋白质折叠的基本作用：促进蛋白质折叠的基本作用：结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进行折叠，结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进行折叠，结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进行折叠，结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进行折叠，形成形成形成形成HSP70HSP70HSP70HSP70和多肽片段依次结合、解离的循环。和多肽片段依次结合、解离的循环。和多肽片段依次结合、解离的循环。和多肽片段依次结合、解离的循环。21 HSP70 HSP70：一类约一类约70kD70kD的高度保守的的高度保守的ATPATP酶酶，广泛存在原、真核，广泛存在原、真核细胞中。细胞中。由两个功能不同的结构域组成：由两个功能不同的结构域组成：N N端的端的ATPATP酶结构域酶结构域和和C C端的端的多肽链结合结构域多肽链结合结构域。ATPATP酶结构域：酶结构域：能结合和水解能结合和水解ATP.ATP.多肽链结合结构域：多肽链结合结构域：可识别由可识别由4-54-5个疏水个疏水AAAA残基为核残基为核心组成的心组成的7 7肽片段。肽片段。22-ATPATPHsp40Hsp40ADPADPCrpECrpE23机制：机制：1.1.结合待折叠多肽片段，产生结合待折叠多肽片段，产生结合待折叠多肽片段，产生结合待折叠多肽片段，产生HSP40-HSP70-ADP-HSP40-HSP70-ADP-多肽多肽多肽多肽复合物，避免错误折叠复合物，避免错误折叠复合物，避免错误折叠复合物，避免错误折叠2.2.释出多肽片段，进行正确折叠。释出多肽片段，进行正确折叠。释出多肽片段，进行正确折叠。释出多肽片段，进行正确折叠。24 (2(2）伴侣素伴侣素（chaperonins)chaperonins)：是分子伴侣的另一家族是分子伴侣的另一家族 如如E.coliE.coli的的GroELGroEL和和GroESGroES 真核细胞中同源物为真核细胞中同源物为HSP60HSP60和和HSP10 HSP10 等家族。等家族。主要作用主要作用 是为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成是为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成 天然空间构象的天然空间构象的微环境微环境。252627伴侣素伴侣素GroEL/GroESGroEL/GroES系统促进蛋白质折叠过程系统促进蛋白质折叠过程 28 2 2蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶（protein disulfide isomerase,PDIprotein disulfide isomerase,PDI）多肽链内或肽链之间多肽链内或肽链之间二硫键二硫键的正确形成对稳定分泌蛋的正确形成对稳定分泌蛋白、膜蛋白等的天然构象十分重要白、膜蛋白等的天然构象十分重要部位：主要在细胞内质网进行。部位：主要在细胞内质网进行。原因：多肽链的几个半胱氨酸间可能出现错配原因：多肽链的几个半胱氨酸间可能出现错配二硫键，二硫键，影响蛋白质正确折叠。影响蛋白质正确折叠。解决：在内质网腔活性很高解决：在内质网腔活性很高可在较大区段肽链中催化错配二硫键断裂并可在较大区段肽链中催化错配二硫键断裂并 形成正确二硫键连接。形成正确二硫键连接。29n nPDIPDIPDIPDI是一种含有巯基的酶，是一种含有巯基的酶，是一种含有巯基的酶，是一种含有巯基的酶，能随机切断及催化蛋白质能随机切断及催化蛋白质能随机切断及催化蛋白质能随机切断及催化蛋白质中的二硫键，使之正确重中的二硫键，使之正确重中的二硫键，使之正确重中的二硫键，使之正确重排，形成热力学上最稳定排，形成热力学上最稳定排，形成热力学上最稳定排，形成热力学上最稳定的构象的构象的构象的构象。n nPDIPDIPDIPDI通过催化巯基与二硫通过催化巯基与二硫通过催化巯基与二硫通过催化巯基与二硫键的交换反应，从而催化键的交换反应，从而催化键的交换反应，从而催化键的交换反应，从而催化蛋白质二硫键的形成、还蛋白质二硫键的形成、还蛋白质二硫键的形成、还蛋白质二硫键的形成、还原（断裂）或重排（异构原（断裂）或重排（异构原（断裂）或重排（异构原（断裂）或重排（异构化）。化）。化）。化）。30n并不是所有的蛋白质都含有二硫键，特别是在细胞并不是所有的蛋白质都含有二硫键，特别是在细胞内的多数蛋白质是不含有二硫键的，因为细胞内的内的多数蛋白质是不含有二硫键的，因为细胞内的环境是个还原性的环境。环境是个还原性的环境。n近年来的研究表明，蛋白二硫键异构酶也参与了对近年来的研究表明，蛋白二硫键异构酶也参与了对蛋白质功能的调节。蛋白质功能的调节。313.3.肽酰基一脯氨酰顺反异构酶，（肽酰基一脯氨酰顺反异构酶，（peptidyl peptidyl prolyl cis-trans isomerase,PPIprolyl cis-trans isomerase,PPI）脯氨酸为亚氨基酸，多肽链中肽酰一脯氨酸间形脯氨酸为亚氨基酸，多肽链中肽酰一脯氨酸间形成的肽键有顺反两种异构体，空间构象差别明显。成的肽键有顺反两种异构体，空间构象差别明显。PPI可促进上述顺反两种异构体之间的转换。可促进上述顺反两种异构体之间的转换。天然蛋白肽链中肽酰一脯氨酸间肽键绝大部分是天然蛋白肽链中肽酰一脯氨酸间肽键绝大部分是反式构型，仅反式构型，仅6 6为顺式构型。为顺式构型。在肽链合成需形成顺式构型时，在肽链合成需形成顺式构型时，PPI可使多肽在各可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。脯氨酸弯折处形成准确折叠。32二、一级结构的修饰二、一级结构的修饰n场所：内质网、高尔基复合体的管腔中（外分场所：内质网、高尔基复合体的管腔中（外分泌蛋白前体的活化）泌蛋白前体的活化）（一）（一）去除去除N-N-甲酰基或甲酰基或N-N-甲硫氨酸甲硫氨酸酶：脱甲酰基酶，氨基肽酶酶：脱甲酰基酶，氨基肽酶 结果：切除结果：切除N-N-甲酰基甲酰基 切除切除N-N-末端末端MetMet或或N-N-末端一段末端一段AAAA33蜂毒毒蛋白的加工成熟蜂毒毒蛋白的加工成熟 蜂毒蛋白只有经蛋白酶水解蜂毒蛋白只有经蛋白酶水解切除切除N N端的端的2222个氨基酸个氨基酸以后以后才有生物活性才有生物活性。34（二）个别氨基酸的修饰（二）个别氨基酸的修饰 1.1.氨基末端乙酰化氨基末端乙酰化 2.2.甲基化甲基化 3.3.氧化（氧化（-SH-SH -S-S-S-S-）4.4.羧基末端的酰胺化羧基末端的酰胺化 5.5.谷氨酸残基的谷氨酸残基的羧基修饰羧基修饰 6.6.Pro,Lys OHPro,Lys OH 7.Ser,Thr,Tyr 7.Ser,Thr,Tyr 磷酸化磷酸化 351.1.氨基末端乙酰化氨基末端乙酰化十分普遍，估计体内十分普遍，估计体内50%50%的蛋白质有氨基乙酰化。的蛋白质有氨基乙酰化。在在N-N-乙酰转移酶乙酰转移酶的催化下将多肽链的氨基末端（或氨的催化下将多肽链的氨基末端（或氨基酸残基侧链氨基）乙酰化。基酸残基侧链氨基）乙酰化。有两组乙酰转移酶：有两组乙酰转移酶：分泌蛋白乙酰转移酶分泌蛋白乙酰转移酶和和非分泌蛋白非分泌蛋白乙酰转移酶，乙酰转移酶，都以乙酰都以乙酰CoACoA为底物。为底物。近年发现组蛋白的乙酰化在活化染色质，使它作为转录近年发现组蛋白的乙酰化在活化染色质，使它作为转录及复制的模板中起重要作用。及复制的模板中起重要作用。36核小体中四种组蛋白核小体中四种组蛋白各两分子构成的八聚各两分子构成的八聚体即核心组蛋白。体即核心组蛋白。（多富含（多富含LysLys残基）残基）它们的侧链氨基是乙它们的侧链氨基是乙酰化的位点。酰化的位点。372.2.甲基化甲基化n酶酶:甲基转移酶甲基转移酶.存在存在:胞液胞液(主要主要););细胞核细胞核(少量少量)n底物：底物：S-S-腺苷蛋氨酸腺苷蛋氨酸(SAM,(SAM,是是MetMet活化产物），活化产物），SAMSAM的甲的甲基被高度活化，称为活性蛋氨酸，是体内最重要的甲基基被高度活化，称为活性蛋氨酸，是体内最重要的甲基直接供给体直接供给体n甲基化位点：甲基化位点：Lys,Arg,HisLys,Arg,His的侧链；的侧链；GlnGln的的N-N-甲基化和甲基化和Glu,AspGlu,Asp的的O-O-甲基化甲基化.腺苷转移酶腺苷转移酶PPi+Pi+甲硫氨酸甲硫氨酸ATPS腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸(SAM)38393.3.氧化氧化蛋白质多肽链中进行氧化修饰最普遍现象是蛋白质多肽链中进行氧化修饰最普遍现象是-二硫键的生成。二硫键的生成。酶：二硫键异构酶酶：二硫键异构酶作用：肽链内或链间的作用：肽链内或链间的CysCys巯基氧化成二硫巯基。巯基氧化成二硫巯基。404.4.羧基末端的酰胺化羧基末端的酰胺化肽链羧基末端的肽链羧基末端的AAAA可出现酰胺化，如可出现酰胺化，如C C端端是是GlyGly的蛋白的蛋白质常被酰胺化，质常被酰胺化，保护它免受羧肽酶的降解。保护它免受羧肽酶的降解。酰胺化分两步酰胺化分两步：1 1）GlyGly羟基化；羟基化；2 2）脱去一分子乙醛酸并产生新的酰胺化的羧端。）脱去一分子乙醛酸并产生新的酰胺化的羧端。结果结果：缺失了原来作为羧基端的：缺失了原来作为羧基端的Gly.Gly.415.5.谷氨酸残基的谷氨酸残基的羧基修饰羧基修饰凝血酶原及其他涉及与钙离子相互作用的凝血因子如凝血酶原及其他涉及与钙离子相互作用的凝血因子如，和和中均发现有羧基化修饰的羧化谷氨酸残基（中均发现有羧基化修饰的羧化谷氨酸残基（GluGlu残基）。残基）。部位部位：内质网：内质网过程过程：在：在GluGlu残基的残基的碳原子上添加羧基碳原子上添加羧基结果结果：GluGlu的的碳原子上有两个羧基碳原子上有两个羧基作用作用：能螯合钙离子，在凝血过程中起重要作用。：能螯合钙离子，在凝血过程中起重要作用。羧化酶羧化酶426.6.脯氨酸和赖氨酸的羟基化修饰脯氨酸和赖氨酸的羟基化修饰前胶原是成纤维细胞分泌的前胶原是成纤维细胞分泌的prpr，在生物合成过程中新生的，在生物合成过程中新生的肽肽链进入内质网腔后，内质网中的链进入内质网腔后，内质网中的脯氨酰脯氨酰-4-4-羟化酶羟化酶和和赖氨酰羟化赖氨酰羟化酶酶能分别识别肽链中的能分别识别肽链中的GlyXProGlyXPro和和GlyXLysGlyXLys序列，羟化序列，羟化ProPro及及LysLys残基。残基。产物产物：4-4-羟基脯氨酸（羟基脯氨酸（Hyp)Hyp)及及 羟基赖氨酸（羟基赖氨酸（Hyl)Hyl)残基。残基。原胶原分子中的原胶原分子中的LysLys残基可在残基可在赖氨酰氧化酶赖氨酰氧化酶的催化下形成的催化下形成醛赖氨酸醛赖氨酸（aiiysine).aiiysine).43（三）水解修饰（三）水解修饰无活性的蛋白质前体无活性的蛋白质前体活性的蛋白质或多肽活性的蛋白质或多肽 如胰岛素的成熟如胰岛素的成熟真核细胞大分子多肽前体真核细胞大分子多肽前体数种小分子活性肽类数种小分子活性肽类如鸦片促黑皮质素原如鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰的水解修饰4445鸦片促黑皮质素原鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰的水解修饰46三、空间结构的修饰三、空间结构的修饰（一）（一）亚基聚合亚基聚合具有四级结构的蛋白质由两条以上肽链通过非共价键聚具有四级结构的蛋白质由两条以上肽链通过非共价键聚合，形成寡聚体。如：血红蛋白合，形成寡聚体。如：血红蛋白2247（二）（二）辅基连接辅基连接结合蛋白中非蛋白质部分（辅基）通过结合蛋白中非蛋白质部分（辅基）通过共价键方共价键方式式与蛋白质部分相连。与蛋白质部分相连。各种主要的结合蛋白（如糖蛋白、脂蛋白等），各种主要的结合蛋白（如糖蛋白、脂蛋白等），合成后都需要结合相应辅基，成为天然功能蛋白合成后都需要结合相应辅基，成为天然功能蛋白质质48（三）（三）疏水疏水脂链脂链的共价连接的共价连接 某些蛋白质（如某些蛋白质（如RasRas蛋白、蛋白、G G蛋白等），翻译后需要蛋白等），翻译后需要在肽链特定位点在肽链特定位点共价连接一个或多个疏水性强的脂链，共价连接一个或多个疏水性强的脂链，包括脂肪酸链、多异戊二烯链等。包括脂肪酸链、多异戊二烯链等。这些蛋白通过这些蛋白通过脂链脂链嵌入嵌入疏水膜脂双层，定位成疏水膜脂双层，定位成为特殊质膜内在蛋白，为特殊质膜内在蛋白，才成为具有生物功能的才成为具有生物功能的蛋白质。蛋白质。49四、四、蛋白质合成后的靶向输送蛋白质合成后的靶向输送蛋白质合成后的去向：蛋白质合成后的去向：1 1、保留在胞浆、保留在胞浆2 2、进入细胞核、线粒体等细胞器、进入细胞核、线粒体等细胞器3 3、分泌到体液，再输送到靶器官、靶细胞、分泌到体液，再输送到靶器官、靶细胞 n靶向输送靶向输送*（protein targeting)protein targeting)：蛋白质合成后蛋白质合成后经过复杂经过复杂机制机制，定向到达其执，定向到达其执 行功能的目标地点行功能的目标地点.n蛋白质的修饰反应与靶向输送过程同步完成蛋白质的修饰反应与靶向输送过程同步完成50蛋白质的分类蛋白质的分类-n结构蛋白结构蛋白（structural protein)structural protein)或固有蛋白或固有蛋白（house house keeping protein):keeping protein):合成后留在细胞内合成后留在细胞内，如：，如：酶、细胞骨架、亚细胞器如线粒体、过氧化体、细胞核等酶、细胞骨架、亚细胞器如线粒体、过氧化体、细胞核等n分泌蛋白（输出蛋白，分泌蛋白（输出蛋白，export protein):export protein):合成后输出细胞进入血液和细胞间液合成后输出细胞进入血液和细胞间液，如：，如：肝细胞制造的血浆清蛋白、凝血酶原、胰腺细胞合成的各种消化酶、胰肝细胞制造的血浆清蛋白、凝血酶原、胰腺细胞合成的各种消化酶、胰岛素，免疫细胞合成的免疫球蛋白等。岛素，免疫细胞合成的免疫球蛋白等。51所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号-主要为主要为N N末端特异氨基酸序列末端特异氨基酸序列可引导蛋白质转移到细胞的适当靶部位，可引导蛋白质转移到细胞的适当靶部位，这类序列称为这类序列称为信号序列信号序列*（signal sequence).signal sequence).这提示指导蛋白质靶向输送的信息存在于它的一级结这提示指导蛋白质靶向输送的信息存在于它的一级结构中。构中。靶向不同的蛋白质各有特异的信号序列或成分靶向不同的蛋白质各有特异的信号序列或成分.52(一）与分泌蛋白的合成、转运有关的组分一）与分泌蛋白的合成、转运有关的组分1.1.信号肽信号肽*（signal peptidesignal peptide）未成熟蛋白质的端序列，可被细胞转运系统识别未成熟蛋白质的端序列，可被细胞转运系统识别的的特征性氨基酸序列特征性氨基酸序列。n存在：所有存在：所有分泌分泌prpr、部分膜部分膜prpr、溶酶体溶酶体prpr的的N N端共端共 同序列。同序列。n结构：一般含结构：一般含15-3015-30个个AAAA残基。残基。N N端或接近端或接近N N端端为亲水区、带正电，长度常为为亲水区、带正电，长度常为 1-71-7个个AA(AA(亲水极性亲水极性,如如Arg,Ser,Thr,LysArg,Ser,Thr,Lys）；）；疏水核心区疏水核心区含疏水中性含疏水中性AA C C端端-加工区（含极性、小侧链的加工区（含极性、小侧链的AAAA；信号肽；信号肽 酶裂解的部位）酶裂解的部位）53紧接亲水区为紧接亲水区为疏水核心疏水核心（hydrophobic core)hydrophobic core)，在，在分泌时起决定作用。该区段由分泌时起决定作用。该区段由15-1915-19个个AAAA残基组成，残基组成，并以并以GlyGly或或AlaAla等侧链较短的等侧链较短的AAAA结尾。此结尾的结尾。此结尾的AAAA恰恰好在切点之前。好在切点之前。疏水区中央常含疏水区中央常含ProPro或或GlyGly残基，由此将疏水区分成残基，由此将疏水区分成2 2个区。这个区。这2 2个个螺旋如被破坏，会抑制螺旋如被破坏，会抑制prpr的分泌。的分泌。54信号肽的一级结构信号肽的一级结构55v未发现信号肽有保守序列；信号肽似乎没有严格的未发现信号肽有保守序列；信号肽似乎没有严格的 专一性：专一性：如将信号肽附加到正常存在细胞液中的球状蛋白如将信号肽附加到正常存在细胞液中的球状蛋白 的的N N端，导致该球蛋白分泌到细胞外。端，导致该球蛋白分泌到细胞外。562.2.信号识别颗粒信号识别颗粒（signal recognition particle,SRP）存在细胞溶质中，存在细胞溶质中，6 6条多肽链和一分子条多肽链和一分子7S RNA7S RNA共同构成，共同构成，RNARNA构成核蛋白的骨架，构成核蛋白的骨架，6 6条多肽链各自形成独立功能的条多肽链各自形成独立功能的结构。结构。54kD54kD亚基：亚基：识别信号肽识别信号肽；9kD9kD和和14kD14kD亚基二聚体：亚基二聚体：抑制分泌肽延长，使核蛋白体翻抑制分泌肽延长，使核蛋白体翻译停止，同时避免长肽链折叠译停止，同时避免长肽链折叠；68kD68kD和和72kD72kD亚基二聚体：亚基二聚体：对对SRPSRP核蛋白体复合体的移位和核蛋白体复合体的移位和识别识别SRPSRP受体是必需的受体是必需的。57nSRPSRP作用：作用：1.1.识别、结合信号肽；识别、结合信号肽；2.2.将核蛋白体复合体引导到内质网膜上并与受体结合；将核蛋白体复合体引导到内质网膜上并与受体结合；3.3.暂时抑制肽链延长，避免长肽链折叠。暂时抑制肽链延长，避免长肽链折叠。58SRPSRP抑制肽链延长，是由于抑制肽链延长，是由于SRPSRP占据了核蛋白体的占据了核蛋白体的A A位点，阻止了携带位点，阻止了携带AAAA的的tRNAtRNA进入核蛋白体，即切进入核蛋白体，即切断了断了prpr合成原料的进入。合成原料的进入。SRPSRP在分泌在分泌prpr的转运过程只起短暂作用，但可循环的转运过程只起短暂作用，但可循环利用，在细胞质内浓度很高，为核蛋白体的利用，在细胞质内浓度很高，为核蛋白体的1/101/10。593.3.对接蛋白对接蛋白（docking proteindocking protein，），）-(SRP-(SRP受体）受体）n存在内质网膜上，由存在内质网膜上，由（GTPGTP酶活性）和酶活性）和两个亚两个亚基组成。基组成。n作用：作用：n引导引导SRPSRP和新生肽链的复合物能正确地结合到内质网和新生肽链的复合物能正确地结合到内质网膜上；膜上；n一旦一旦SRPSRP和新生肽链的复合物结合到内质网上，就促和新生肽链的复合物结合到内质网上，就促使使SRPSRP与其受体以及新生肽链和核糖体解离，成为游与其受体以及新生肽链和核糖体解离，成为游离的离的SRPSRP，参与新的一轮，参与新的一轮SRPSRP的循环。的循环。60ERER膜上的转位器膜上的转位器(translocon)(translocon)包括了早前认为的包括了早前认为的核蛋白体受体等核蛋白体受体等：新生肽链跨膜的蛋白通道新生肽链跨膜的蛋白通道61（二）分泌蛋白的靶向输送过程（二）分泌蛋白的靶向输送过程合成肽链先由合成肽链先由信号序列信号序列引导进入内质网引导进入内质网（endoplasmic reticulum,ER)endoplasmic reticulum,ER)，蛋白质再分别被包装进分泌小泡转移、融合蛋白质再分别被包装进分泌小泡转移、融合到其他部位或分泌出细胞。到其他部位或分泌出细胞。（1 1）信号肽被识别）信号肽被识别）信号肽被识别）信号肽被识别（2 2）核蛋白体转移到内质网膜）核蛋白体转移到内质网膜）核蛋白体转移到内质网膜）核蛋白体转移到内质网膜（3）分泌肽进入内质网腔）分泌肽进入内质网腔62具体过程：具体过程：胞液游离核蛋白体上以胞液游离核蛋白体上以mRNAmRNA为模板，合成出为模板，合成出N N端包括信号肽的端包括信号肽的最初约最初约7070个氨基酸残基。个氨基酸残基。SRPSRP结合新生肽链结合新生肽链N N端的信号端的信号肽肽，多，多肽肽合成暂停，通过双重结合成暂停，通过双重结合（合（SRPSRP与其受体的结合；带有新生肽链的核糖体与内质网膜的与其受体的结合；带有新生肽链的核糖体与内质网膜的结合），确保新生肽链正确无误地附着并进入内质网膜。结合），确保新生肽链正确无误地附着并进入内质网膜。当核糖体与转位器正确对位接触后，可导致转位器的中央通当核糖体与转位器正确对位接触后，可导致转位器的中央通道与核糖体大亚基的中央通道对齐，延伸中的新生肽链就能进道与核糖体大亚基的中央通道对齐，延伸中的新生肽链就能进入内质网。在平时转位器是关闭的，只是在新生肽链进入的瞬入内质网。在平时转位器是关闭的，只是在新生肽链进入的瞬间是开放的。信号肽是引起转位器开放的触发因素。间是开放的。信号肽是引起转位器开放的触发因素。信号肽将新生肽链引导进入内质网腔内后，在信号肽酶复合信号肽将新生肽链引导进入内质网腔内后，在信号肽酶复合物作用下，切除。折叠，形成有空间构象的蛋白质，有的还需物作用下，切除。折叠，形成有空间构象的蛋白质，有的还需要运送到高尔基体等处进行进一步的加工修饰，才能成为有特要运送到高尔基体等处进行进一步的加工修饰，才能成为有特定结构和功能的蛋白质，并被定位到机体中的特定部位行使其定结构和功能的蛋白质，并被定位到机体中的特定部位行使其功能。功能。6364（三）线粒体蛋白的靶向输送（三）线粒体蛋白的靶向输送 9090以上线粒体蛋白前体在胞液合成后输入线粒体以上线粒体蛋白前体在胞液合成后输入线粒体其中：大部分定位基质其中：大部分定位基质N N N N端都有相应端都有相应端都有相应端都有相应其他定位内、外膜或膜间隙其他定位内、外膜或膜间隙信号序列信号序列信号序列信号序列如：线粒体基质蛋白前体的如：线粒体基质蛋白前体的N N端有保守的端有保守的20203535残基残基信号序列，称为导肽，富含丝、苏及碱性残基。信号序列，称为导肽，富含丝、苏及碱性残基。65线粒体基质蛋白靶向输送过程如下：线粒体基质蛋白靶向输送过程如下：胞液新合成的线粒体蛋白与分子伴侣胞液新合成的线粒体蛋白与分子伴侣HSP70HSP70或线粒体或线粒体输入刺激因子（输入刺激因子（MSF)MSF)结合，以稳定的未折叠形式转运结合，以稳定的未折叠形式转运到线粒体。到线粒体。蛋白质先通过信号序列识别、结合线粒体外膜的蛋白质先通过信号序列识别、结合线粒体外膜的受体复受体复合物合物。再转运、穿过由线粒体外膜转运体（再转运、穿过由线粒体外膜转运体（TomTom）和内膜转运）和内膜转运体体(Tim(Tim）共同组成的跨内、外膜）共同组成的跨内、外膜蛋白通道蛋白通道。以未折叠形式进。以未折叠形式进入线粒体基质。基质入线粒体基质。基质HSP70HSP70水解水解ATPATP释能及利用跨内膜电化学释能及利用跨内膜电化学梯度，为肽链进入线粒体提供动力。梯度，为肽链进入线粒体提供动力。蛋白质前体信号序列被蛋白酶切除，在上述的分子伴侣蛋白质前体信号序列被蛋白酶切除，在上述的分子伴侣作用下折叠成有功能的蛋白质作用下折叠成有功能的蛋白质 6667（四）细胞核蛋白的靶向输送（四）细胞核蛋白的靶向输送 多种细胞核蛋白在胞液合成后输入核内，多种细胞核蛋白在胞液合成后输入核内，多种细胞核蛋白在胞液合成后输入核内，多种细胞核蛋白在胞液合成后输入核内，各种大分子及核内组装的核蛋白体亚基都是通过各种大分子及核内组装的核蛋白体亚基都是通过各种大分子及核内组装的核蛋白体亚基都是通过各种大分子及核内组装的核蛋白体亚基都是通过核孔核孔核孔核孔进出核膜。进出核膜。进出核膜。进出核膜。核定位序列（核定位序列（核定位序列（核定位序列（nuclear localization sequencenuclear localization sequence,NLS)NLS)所有靶向输送的所有靶向输送的所有靶向输送的所有靶向输送的胞核蛋白胞核蛋白胞核蛋白胞核蛋白多肽链内含有的特异信号序列多肽链内含有的特异信号序列多肽链内含有的特异信号序列多肽链内含有的特异信号序列u结构：结构：结构：结构：为为为为4 4 4 48 8 8 8残基的短序列，残基的短序列，残基的短序列，残基的短序列，富含带正电的赖、精氨酸及脯氨酸富含带正电的赖、精氨酸及脯氨酸富含带正电的赖、精氨酸及脯氨酸富含带正电的赖、精氨酸及脯氨酸u肽链中位置：肽链中位置：肽链中位置：肽链中位置：不只在不只在不只在不只在N N N N末端，可位于肽链不同部位。末端，可位于肽链不同部位。末端，可位于肽链不同部位。末端，可位于肽链不同部位。u特点：特点：特点：特点：NLSNLSNLSNLS在蛋白质进核定位后不被切除。在蛋白质进核定位后不被切除。在蛋白质进核定位后不被切除。在蛋白质进核定位后不被切除。不同不同不同不同NLSNLSNLSNLS间未发现共有序列。间未发现共有序列。间未发现共有序列。间未发现共有序列。68新合成胞核蛋白靶向输送涉及几种蛋白质成分：新合成胞核蛋白靶向输送涉及几种蛋白质成分：l核输入因子（核输入因子（核输入因子（核输入因子（nuclear importin)nuclear importin)nuclear