蛋白质的转运加工与修饰课件.ppt
蛋白质的转运加工与修饰第1页，此课件共35页哦考核方式1.学习报告、学习交流 502.期末笔试成绩：50第2页，此课件共35页哦学习报告、交流 50要求：选择某种酶或蛋白质：理化性质结构特点功能实际应用分子生物学研究进展或研究概况格式：参考厦门大学学报，包括：题目3#,作者5#,单位专业学号5#、中文摘要小5#、前言、正文、总结、参考文献/注明引用编号(作者全、题目、期刊、年卷页)、英文摘要；均为5，标题加黑，大约50006000字、A4纸，1.5 倍行距，2.5 cm 边缘 交稿文件：（1）word全文（姓名题目）（2）交流汇报PPT（姓名题目）交稿时间：12.112.8交稿方式：(上网提交）具体与黄乾生联系。Email:（教学助理：黄乾生：生物化学 博士生）第3页，此课件共35页哦第一章 蛋白质的转运、加工与修饰第一节、蛋白质的跨膜转运一、慨述：真核细胞蛋白质合成：首先合成N-端信号肽序列，介导多核糖体与内质网膜结合并引导新生的肽链进入内质网腔。同步转运co-translational translocation 两类蛋白质：膜蛋白质、可溶性蛋白质1.膜蛋白质：经内膜系统的投送成为细胞膜或其它细胞器的膜蛋白；膜投送：membrane trafficking2.可溶性蛋白质：留在内质网腔、进入溶酶体分泌到细胞外第4页，此课件共35页哦二、信号假设：分泌性的蛋白质合成过程中N-端有信号序列(信号肽)，它能引导分泌性蛋白质的肽链到达并通过内质网.信号肽最终被内质网膜中的信号肽酶切除,因此成熟的分泌性蛋白质N-末端并没有信号肽.三、新生肽链进入内质网膜的机制：1.胞膜信号识别颗粒(SRP)结构特点:见图1-1 GDP 信号识别颗粒(SRP)含有300个核苷酸的7s-RNA 链和6种蛋白质(p9/14,p68/72,p54).可以结合信号肽和核糖体蛋白第5页，此课件共35页哦2.信号多肽的特点:N-端信号肽,1536个氨基酸,在中间有713个疏水氨基酸残基区域,旁侧是亲水氨基酸残基,在近N-端有一个碱性氨基酸残基.为信号肽切割位点例如:几种分泌性蛋白的信号肽:牛生长激素:MMAAGPRTSLLLAFALLCLPWTQVVGAFP牛白蛋白原:MKWVTFISLLLLFSSAYS RGV人胰岛素原:MALWMRLLPLLALLALWGPDPAAA FVN人 干扰素:MKYTSYILAFQLLIYLGLSG CYS人纤维蛋白原:MSFMRIVCLVLSVVGTAWT ADS第6页，此课件共35页哦3.新生肽链进入内质网膜的过程:内质网膜中SRP受体:及两个亚基组成,亚基为膜周边蛋白,负载GDP,并有GTP酶活性;亚基为整合型膜蛋白.见图1-2(1)SRP结合在内质网膜中SRP受体上:(2)核糖体和信号肽与内质网中的易位子结合:(3)SRP与其受体相互活化,使GTP水解,恢复GDP,GDP-SRP与GDP-SRP受体分离.第7页，此课件共35页哦4.新生肽链进入内质网膜的转运机理:易位子:内质网膜中易位子结构上类似于离子通道,中央有可以开启和闭合的通道.(1):分泌性蛋白质:当核糖体与易位子结合后,通道开放,与SRP分离所信号肽插入通道,信号肽发挥起始转运的功能,使后续肽链随着翻译的进行而延伸展入内质网腔.位于内质网膜上的信号肽酶在特异的位点上切除信号肽,使分泌性的蛋白质肽链在合成后游离于内质网腔.见图1-3A第8页，此课件共35页哦(2):膜蛋白:膜蛋白的肽链中有另一段疏水氨基酸组成的肽段,起着停止转运的作用,能形成螺旋固定在内质网膜上,使后续肽链留在细胞液中.1-3B.膜蛋白的信号肽不在N-末端,而位于肽链内部,称为内部信序列.其功能:1)引导新生肽链到达内质网膜,2)作为起始转运的信号.I型膜蛋白:肽链的C-末端位于细胞液.见图1-3CII型膜蛋白:肽链的N-末端位于细胞液.见图1-3D第9页，此课件共35页哦第二节、蛋白质在细胞内的分拣与运输一、蛋白质分子中分拣信号的种类：1.靶向序列:targeting sequence 一小段特异的氨基酸序列，含有蛋白质运输的信号。2.靶向斑块:targeting patch 是蛋白质分子中由于肽链的折叠而使互不连续的肽段相互靠拢而构成的局部立体结构第10页，此课件共35页哦二、蛋白质在细胞内的运输方式：1.小泡(vesicle)介导方式的运输：(附着在内质网上的多核糖体中合成的蛋白质是以此方式运输)保留在内质网：高尔基体内体溶酶体高尔基体分泌小泡与细胞膜融合细胞外2.跨膜运输：(在细胞液中游离的多核糖体中合成的蛋白质是以此方式运输)合成后的蛋白质经过跨膜运输到线粒体、过氧化体、通过核膜进入细胞核。第11页，此课件共35页哦三、细胞器之间的蛋白质运输小泡介导运输方法:一种细胞器的膜局部凸起形成小囊,小囊与供体膜分离形成独立的小泡,装载被运输的目的蛋白质(包括膜蛋白或分泌性蛋白)。小泡将携带的蛋白质运输到目的细胞器时,与受体膜融合，完成蛋白质的运输。这种运输保持细胞膜的不对称性，见图14四、胞液蛋白质的运输：1.运输到细胞核:细胞液中游离的核糖体合成的核内蛋白质,经核膜上的核孔运输到细胞核内.第12页，此课件共35页哦2.转运到线粒体基质及膜间隙:线粒体结构的4个部位(外膜、内膜、内外膜间隙和线粒体基质)的蛋白质只有少数是在线粒体你合成,多数是在细胞液游离的多聚核糖体合成,然后在转运到线粒体内。目前对胞液中的蛋白质运输到线粒体基质及膜间隙了解较清楚。(1)线粒体基质蛋白的运输:N-端有15-35个氨基酸残基的信号序列,因不同的蛋白质而异,但具有相似的二级结构:第13页，此课件共35页哦信号序列二级结构的特点:一侧为疏水氨基酸、另一侧为碱性氨基酸或含羟基的亲水氨基酸.构成两亲-螺旋或-折叠构象.运输方式:由伴侣蛋白hsp70 帮助,进行运输到线粒体基质.见图1-5A.hsp70与细胞线粒体基质蛋白结合.B.hsp70蛋白将伸展的基质蛋白质递交给位于线粒体外膜的输入受体.C.与受体结合的蛋白质迁移到线粒体的外膜与内膜的交汇处.第14页，此课件共35页哦D.线粒体基质中的伴侣蛋白mhsp 70能与进入线粒体基质的肽段结合,利用水解ATP供能驱动肽段进入基质并折叠成熔球状蛋白质.在伴侣蛋白质mhsp60的辅助下,熔球状蛋白质转变为天然构象蛋白质.信号肽被切除.(2)膜间隙蛋白的运输:第二次跨膜转运:膜间隙蛋白N-端有两个信号序列,第一个信号序列引导它进入线粒体基质,并在基质中被切除,然后暴露出疏水的第二个信号序列,它引导膜蛋白穿过线粒体内膜进入膜间隙,在膜间隙信号序列被蛋白酶切除.完成膜间隙蛋白的运输.第15页，此课件共35页哦3.运输到过氧化体过氧化体的内部蛋白质全部是从细胞液中转运进来的,这类蛋白质的分拣信号是羧端的三肽序列:Ser-Lys-Phe(SKF)转运过程是由过氧化体膜的受体介导的.过氧化体的功能:产生与分解 H2O2;与细胞解毒有关催化合成含有醚键的缩醛磷脂大于18碳的脂肪酸-氧化 胆酸盐的合成第16页，此课件共35页哦第三节、蛋白质的前体加工一、问题的提出：1.肽链合成起始点:原核生物-N-端为甲酰甲硫氨酸;真核生物-N-端为甲硫氨酸；2.分泌性蛋白质、激素、酶原不具有生物活性；如何成为有生物活性而发挥作用。第17页，此课件共35页哦二、细胞内蛋白质前体的加工 1、内切蛋白酶(endoprotease):弗林蛋白酶(furin)：负责组织型表达的蛋白质前体加工，如白蛋白前体的加工前激素转换酶(prohomone convertase)：pc1,pc2,pc3：负责分泌受调控的激素前体的加工,识别位点:Arg-Arg,Lys-Arg,Lys-Lys,第18页，此课件共35页哦2.多蛋白的加工：多蛋白:多个拷贝的大前体。前亚片促黑皮质素（POMC）前脑啡肽 Preencaphalin组织特一性：POMC 促肾上腺皮质激素(ACTH)-促脂解素(-LPH)(垂体前叶)-、-促黑素(MSH)、中间叶促皮质样肽、-促脂解素、-内啡肽 (垂体中间叶)第19页，此课件共35页哦3.胰岛素原的加工：见图16第20页，此课件共35页哦第四节、蛋白质的共价修饰一、氨基酸残基的修饰：1：氨基的甲基化与乙酰化 肌动蛋白中组氨酸残基N3位甲基化 组蛋白中赖氨酸的-氨基甲基化 细胞色素C甲基化 钙调蛋白甲基化 末端氨基的乙酰化：延长在细胞内的保存时间。组蛋白的乙酰化：活化染色体作用第21页，此课件共35页哦2：羧基末端的酰胺化：蛋白前体的C-末端氨基酸为Gly的蛋白质常常酰胺化。酰胺化反应：第22页，此课件共35页哦3.磷酸化蛋白质磷酸化：蛋白激酶催化，ATP中磷酸基团转移到氨基酸残基上；能被磷酸化基团:Ser/Thr-OH;Tyr-C6H5-OH蛋白质磷酸化修饰的特点：可逆性快速高效性级联式变构与易位广泛存在与时空分布第23页，此课件共35页哦4.谷氨酸残基的-羧基化学修饰在凝血酶原、凝血因子VII、IX、X中，谷氨酸残基的羧化作用，形成Glu,在-碳原子上有两个羧基，可以螯合钙离子，在凝血中起作用第24页，此课件共35页哦5.ADP核糖基化:单ADP核糖基化修饰：哺乳动物核外蛋白质，在ADP核糖基转移酶作用,将NAD中的ADP核糖基转 移 到 蛋 白 质 的Arg、Asn、或 白 喉 酰 胺(diphthamide)残基的N原子上，以N糖苷键相连。多聚ADP核糖基化修饰：主要发生在细胞核内,在ADP核糖基合成酶(PARP)作用,将NAD中的ADP核糖基转移到底物蛋白质的Glu 残基的侧链羧基上，以O-糖苷键相连。然后，在ADP核糖基上继续添加ADP核糖基单位,形成上百个ADP核糖基.第25页，此课件共35页哦二、蛋白质与膜中脂类共价修饰1.蛋白质与糖基磷脂酰肌醇(GPI)共价结合定位于膜:第26页，此课件共35页哦2.胞液中的可溶性蛋白质通过脂肪酰化或异戊烯基化与膜共价结合。(1).N-端豆蔻酰化：豆蔻酰化豆蔻酰化 N-末端甘氨酸蛋白质末端甘氨酸蛋白质(2).棕榈酰化：棕榈酸 蛋白质中的半胱氨酸第27页，此课件共35页哦3.C-端法尼基化：Farnesyl(法尼基）是异戊基的聚合体 第28页，此课件共35页哦4.C-端拢牛儿拢牛儿基化胞质中：蛋白质C端CaaX X=Leu、Cys第29页，此课件共35页哦三、蛋白质与泛蛋白共价结合泛蛋白 Ubiquitin 76 aa 碱性蛋白质真核细胞C-端 Gly残基羧基化靶蛋白的泛蛋白化第30页，此课件共35页哦四、肽链中L氨基酸的D构型化微生物肽类抗生素含D-氨基酸 无脊椎动物：皮啡肽(dermorphin):Tyr-D-Met-Phe-His-Leu-Met-Asp-NH2皮脑啡肽(dermenkephalin):Tyr-D-Ala-Phe-Gly-Tyr-Pro-Ser-NH2通过多酶体系酶促合成 D-构型第31页，此课件共35页哦五、辅基与蛋白质结合：在结合蛋白质中，非蛋白质部分的辅基参与物质的运输、基团的转移、酶的催化反应等共价结合与非共价结合：第32页，此课件共35页哦思考题1、何谓信号肽？说明其生物学意义。2、阐明新生肽链进入内质网膜的机制。3、说明蛋白质在细胞内的运输方式。4、细胞内蛋白质前体的加工与修饰改造主要有哪些方式？5、阐明蛋白质磷酸化修饰的方式与特点？第33页，此课件共35页哦图1-1 信号识别颗粒(SRP)模式图图中长链状结构为7S小分子RNA,p9/14,p68/72,p54等为7S结合的蛋白质 返回第34页，此课件共35页哦图1-2 信号识别颗粒引导信号肽进入内质网腔的机理 返回第35页，此课件共35页哦
