蛋白质的翻译-转运降解.ppt

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1、第五节第五节 蛋白质转运机制蛋白质转运机制几类主要蛋白质的运转机制几类主要蛋白质的运转机制蛋白质性质蛋白质性质运转机制运转机制主要类别主要类别分泌蛋白分泌蛋白蛋白质在结合核糖体上合成，蛋白质在结合核糖体上合成，以翻译运转同步机制运输以翻译运转同步机制运输免疫球蛋白、激素、水免疫球蛋白、激素、水解酶解酶细胞器发育细胞器发育蛋白质在游离核糖体上合成，蛋白质在游离核糖体上合成，以翻译后运转机制运输以翻译后运转机制运输核、叶绿体、线粒体等核、叶绿体、线粒体等细胞器中的蛋白质细胞器中的蛋白质膜的形成膜的形成以上两种机制兼有以上两种机制兼有质膜、内质网、类囊体质膜、内质网、类囊体中的蛋白质中的蛋白质1、翻

2、译转运同步机制：分泌蛋白、翻译转运同步机制：分泌蛋白 信号肽假说简图信号肽假说简图 分泌蛋白质的合成和胞吐作用分泌蛋白质的合成和胞吐作用2、翻译后转运机制：线粒体与叶绿体蛋白、翻译后转运机制：线粒体与叶绿体蛋白 蛋白质向线粒体的定位机制蛋白质向线粒体的定位机制 蛋白质向叶绿体的定位机制蛋白质向叶绿体的定位机制3、核定位核定位蛋白质的转运机制蛋白质的转运机制第五节第五节 蛋白质转运机制蛋白质转运机制蛋白质蛋白质N端信号肽的特点端信号肽的特点1.完整的信号肽是保证蛋白质运转的必要条件；完整的信号肽是保证蛋白质运转的必要条件；2.仅有信号肽不足以保证蛋白质运转的发生；仅有信号肽不足以保证蛋白质运转的

3、发生；3.信号序列的切除并不是运转所必须的；信号序列的切除并不是运转所必须的；4.并非所有的运转蛋白质都有可降解的信号肽。并非所有的运转蛋白质都有可降解的信号肽。能启动蛋白质运转的任何一段多肽能启动蛋白质运转的任何一段多肽信号肽信号肽信号肽假说简图信号肽假说简图35SRP循环循环mRNA内质网膜内质网膜内质网腔内质网腔信号肽酶信号肽酶信号肽信号肽GTPGDP+Pi核糖体受体核糖体受体SRP受体受体多肽运转复合物多肽运转复合物分泌蛋白质的合成和胞吐作用分泌蛋白质的合成和胞吐作用内质网内质网高尔基体高尔基体泡泡泡泡泡融入泡融入质膜质膜核糖体核糖体芽泡芽泡线粒体外膜线粒体外膜线粒体外膜线粒体外膜线粒

4、体内膜线粒体内膜线粒体内膜线粒体内膜带有导肽的线粒体蛋白质前体带有导肽的线粒体蛋白质前体跨膜转运过程示意图跨膜转运过程示意图内外膜接触位点的内外膜接触位点的蛋白质通道蛋白质通道线粒体线粒体hsp70Tom受体复合物受体复合物hsp70导肽导肽蛋白酶切蛋白酶切除导肽除导肽TomTim折叠折叠ATP ADT+Pi线粒体内外膜的接触点线粒体内外膜的接触点线粒体的蛋白质转运装置线粒体的蛋白质转运装置TOM和和TIM复合体复合体CN类囊体蛋白前体类囊体蛋白前体跨叶绿体膜运转跨叶绿体膜运转细胞质细胞质叶绿体外膜叶绿体外膜叶绿体内膜叶绿体内膜可溶性蛋白水解酶切可溶性蛋白水解酶切除第一部分信号肽除第一部分信号

5、肽CN跨类囊体膜运转跨类囊体膜运转切除第二部分信号肽切除第二部分信号肽折叠折叠信号肽信号肽信号肽信号肽成熟类囊体蛋白成熟类囊体蛋白类囊体膜类囊体膜类囊体类囊体叶绿体蛋白质跨膜转运叶绿体蛋白质跨膜转运叶绿体的蛋白质定向转运叶绿体的蛋白质定向转运核定位蛋白跨细胞核膜核定位蛋白跨细胞核膜转运过程示意图转运过程示意图定位于不同亚细胞结构的细菌蛋白质信号肽序列定位于不同亚细胞结构的细菌蛋白质信号肽序列细菌中蛋白质的跨膜转运细菌中蛋白质的跨膜转运周质空间周质空间细胞质细胞质SecBSecASecYEGSecB第六节第六节 蛋白质的更替蛋白质的更替1、维持细胞内氨基酸代谢库的动态平衡、维持细胞内氨基酸代谢库

6、的动态平衡2、参与细胞程序性死亡和储藏蛋白质的动员；、参与细胞程序性死亡和储藏蛋白质的动员；3、按化学计量累计寡聚蛋白的亚基或脱辅基蛋白、按化学计量累计寡聚蛋白的亚基或脱辅基蛋白/辅助因子辅助因子比率；比率；4、蛋白质前体分子的水解裂解加工；、蛋白质前体分子的水解裂解加工；5、清除反常蛋白以免积累到对细胞有害的水平；、清除反常蛋白以免积累到对细胞有害的水平；6、控制细胞内关键蛋白的浓度；、控制细胞内关键蛋白的浓度；7、参与细胞防御机制。、参与细胞防御机制。1.细胞内蛋白质降解的生物学意义2004年诺贝尔化学奖 化学奖授予两位以色列科学家阿龙切哈诺沃、阿弗拉姆赫尔什科和美国科学家欧文罗斯，以表彰

7、他们发现了泛素调节的蛋白质降解，也就是说他们发现了一种蛋白质死亡的重要机理。欧文欧文.罗斯罗斯 国籍：美国国籍：美国 出生：出生：19261926年年 学位：芝加哥大学博士学位：芝加哥大学博士 现任职地点：加州大学现任职地点：加州大学阿龙阿龙切哈诺沃切哈诺沃 国籍：以色列国籍：以色列 出生：出生：19471947年年 学位：以色列工学院医学博士学位：以色列工学院医学博士 现任职地点：以色列工学院现任职地点：以色列工学院 阿弗拉姆阿弗拉姆赫尔什科赫尔什科 国籍：以色列国籍：以色列出生：出生：19371937年年 学位：希伯来大学医学博士学位：希伯来大学医学博士 现任职地点：以色列工学院现任职地点

8、：以色列工学院 在正常代谢条件下在正常代谢条件下,细胞内合成和降解蛋白质必须有细胞内合成和降解蛋白质必须有精确的时空调节和选择精确的时空调节和选择,如果蛋白质降解速率和位点出现如果蛋白质降解速率和位点出现异常，就会出现病态。目前已发现多种蛋白质降解途径异常，就会出现病态。目前已发现多种蛋白质降解途径:1.1.溶酶体途径，主要降解入胞蛋白（如受体介导的蛋白质胞饮）溶酶体途径，主要降解入胞蛋白（如受体介导的蛋白质胞饮），应急状态下降解细胞内蛋白，尤其是结构蛋白；，应急状态下降解细胞内蛋白，尤其是结构蛋白；2.2.细胞膜表面水解酶系统；细胞膜表面水解酶系统；3.Caspase3.Caspase蛋白酶

9、家族；蛋白酶家族；4.4.高度保守的泛素高度保守的泛素-蛋白水解酶复合体通路（蛋白水解酶复合体通路（ubiquitin-ubiquitin-proteasome pathway,UPPproteasome pathway,UPP）；5.5.特殊细胞器的水解系统，如线粒体内特殊细胞器的水解系统，如线粒体内LaLa蛋白酶、高尔基体内蛋白酶、高尔基体内KeKe2 2水解酶、叶绿体内水解酶、叶绿体内ClpAP等等.2.细胞内蛋白质降解的特点细胞内蛋白质降解包括依赖能量的步骤，而且具有调控作用；细胞内蛋白质降解包括依赖能量的步骤，而且具有调控作用；很难探测到胞内蛋白质降解的中间产物，这表明蛋白水解装置一

10、很难探测到胞内蛋白质降解的中间产物，这表明蛋白水解装置一旦遇到合适目标，立即将其彻底消化，避免降解中间产物干扰正常旦遇到合适目标，立即将其彻底消化，避免降解中间产物干扰正常的生理活动；的生理活动；蛋白酶的专一性较低，为了避免对细胞蛋白质造成随机破坏，必蛋白酶的专一性较低，为了避免对细胞蛋白质造成随机破坏，必须对它们进行严格控制和区域化；须对它们进行严格控制和区域化；细胞内蛋白质水解是高度选择性的，不同蛋白质的半衰期从数分细胞内蛋白质水解是高度选择性的，不同蛋白质的半衰期从数分钟到数周，决定其半衰期的信号常常是小的、保守的结构模体，该钟到数周，决定其半衰期的信号常常是小的、保守的结构模体，该过程

11、不仅是复杂的基因功能调控级联的最后步骤，而且是氨基酸再过程不仅是复杂的基因功能调控级联的最后步骤，而且是氨基酸再循环系统的组成部分。循环系统的组成部分。在大肠杆菌中，许多蛋白质的降解是通过一个依赖于在大肠杆菌中，许多蛋白质的降解是通过一个依赖于ATP的的蛋白酶（称为蛋白酶（称为Lon）来实现的。当细胞中存在有错误或半来实现的。当细胞中存在有错误或半衰期很短的蛋白质时，该蛋白酶就被激活。每切除一个肽键衰期很短的蛋白质时，该蛋白酶就被激活。每切除一个肽键要消耗两分子要消耗两分子ATP。在真核生物中，蛋白质的降解需要在真核生物中，蛋白质的降解需要泛素泛素(Ubiquitin)，一个，一个有有76个氨

12、基酸残基组成极为保守的蛋白参与。与泛素相连的个氨基酸残基组成极为保守的蛋白参与。与泛素相连的蛋白将被送到一个依赖于蛋白将被送到一个依赖于ATP的的蛋白酶体蛋白酶体(Proteasome)。2.细胞内蛋白质降解的特点3.蛋白质降解的泛肽途径 蛋白质降解的泛肽途径是通过对不需要的蛋白质贴上标签(泛蛋白化作用)来调节特定蛋白质的存在，这种分子标签是由一种名为泛素的多肽组成。蛋白质被贴上标签的过程被称为“死亡之吻”，因为贴上标签的蛋白质很快被送往细胞中名为蛋白质酶体的“垃圾桶”中，并在那里被切碎、分解。泛蛋白化作用是一个活跃的可逆过程，泛蛋白化和去泛蛋白化相互平衡，对细胞进行着调控作用，包括蛋白质的降

13、解、细胞周期控制、胁迫反应、DNA修复、基因的转录、免疫反应、信号转导、翻译调控和胞吞作用。蛋白质降解的泛肽途径示意图E1-S-E1-S-E1E1-SH-SHE2-S-E2-S-E1-SHE1-SHE2-SHE2-SHE2-SHE2-SHATP AMP+PPiATP AMP+PPiE3E3多多泛肽化泛肽化蛋白蛋白ATPATP26S蛋白酶体蛋白酶体20S蛋白酶体蛋白酶体ATPATP19S调节亚基调节亚基去折叠去折叠去折叠去折叠水解水解水解水解（ubiquitin）去泛肽化酶去泛肽化酶泛肽（泛肽（ubiquitinubiquitin）泛肽是一种保守的蛋白泛肽是一种保守的蛋白质，含质，含7676个氨

14、基酸，所有个氨基酸，所有泛肽均有相同的三维结构，泛肽均有相同的三维结构，主要定位于细胞溶胶和细主要定位于细胞溶胶和细胞核，因其广泛存在于各胞核，因其广泛存在于各类细胞而命名为泛肽。类细胞而命名为泛肽。泛肽由多基因族编码，泛肽由多基因族编码，不同生物不同生物UbUb基因的数目和基因的数目和种类有较大差异。种类有较大差异。LysLys4949TyrTyr4949LysLys2929LysLys6363MetMet1 1ArgArg7474GlyGly7575GlyGly7676与泛肽活化有关的酶与泛肽活化有关的酶E1E1-SH-SH ATPATPATPATPAMPAMPE2E2-SH-SHE2E2

15、-SH-SHE3E3E1-S-SE2-S-SAmino Amino acidacid26S 26S ProteasomeProteasomeTarget Target ProteinProteinUbiquitinUbiquitinC-Amino C-Amino HydrolaseHydrolaseC-Amino C-Amino HydrolaseHydrolaseE1E1-SH-SHE1E1-SH-SH-AMPAMP-PPi泛肽活化酶(E1)：催化Ub的C-末端与酶分子中巯基结合泛肽载体蛋白(E2)：作泛肽的中间载体泛肽-蛋白连接酶(E3)：直接或间接地与特定的靶蛋白结合，直接或间接地将泛肽

16、从硫酯中间物转移到蛋白或多泛肽链上泛肽化酶泛肽化酶(ubiquitination enzyme(ubiquitination enzyme）蛋白酶体（蛋白酶体（proteasome）结构示意图）结构示意图 14820S Proteasome20S Proteasome19S Regulatiry19S Regulatiry Subunit Subunit26S proteasome26S proteasome113 Ubq-Ubq-ConjugateConjugateUnfoldingUnfoldingCleavageCleavage去泛肽化酶去泛肽化酶(deubiquitination(de

17、ubiquitination enzymeenzyme，DUBsDUBs）在泛肽途径中靶蛋白被在泛肽途径中靶蛋白被26S26S蛋白酶体降解时，泛肽只是蛋白酶体降解时，泛肽只是降解信号，并未被降解，而是经去泛肽化酶降解信号，并未被降解，而是经去泛肽化酶(DUBs)DUBs)再生之再生之后重新利用。去泛肽化酶是半胱氨酸蛋白酶，具有裂解酯后重新利用。去泛肽化酶是半胱氨酸蛋白酶，具有裂解酯键、硫酯键以及泛肽键、硫酯键以及泛肽C-C-端与端与LysLys侧链侧链-NH-NH2 2形成的异肽键的形成的异肽键的活力，亦被称为异肽酶。已在不同物种的许多组织中鉴定活力，亦被称为异肽酶。已在不同物种的许多组织中鉴

18、定出多种出多种DUBsDUBs，DUBsDUBs由两个基因家族编码，一是泛肽由两个基因家族编码，一是泛肽C-C-端水端水解酶（解酶（Ub carboxyl-terminal hydrolases,UCHUb carboxyl-terminal hydrolases,UCH）基因家族，）基因家族，另一个是泛肽专一的加工蛋白酶（另一个是泛肽专一的加工蛋白酶（Ub specific Ub specific processing proteases,UBPprocessing proteases,UBP）基因家族。）基因家族。去泛肽化酶的结构 UCH-13催化中心立体结构图催化中心立体结构图HAUSP

19、(一种典型的一种典型的UBP)催化中心区域结构图催化中心区域结构图去泛肽化酶的主要功能去泛肽化酶的主要功能 (1)(1)裂解多泛肽内与靶蛋白之间的异肽链，保持细胞内游离裂解多泛肽内与靶蛋白之间的异肽链，保持细胞内游离泛肽的浓度，以便对其进行再利用；泛肽的浓度，以便对其进行再利用；(2)(2)具有编辑功能，使错误泛肽化的蛋白质去泛肽化，以免具有编辑功能，使错误泛肽化的蛋白质去泛肽化，以免被被26S26S蛋白酶体降解，蛋白酶体降解，(3)(3)对不规范的多泛肽链进行修剪，使之更好地被对不规范的多泛肽链进行修剪，使之更好地被26S26S蛋白蛋白酶体识别与结合。酶体识别与结合。(4)(4)裂解泛肽裂解泛肽Gly76Gly76的羧基与的羧基与-NH-NH2 2间的肽键，用于泛肽前体间的肽键，用于泛肽前体的加工。的加工。（5 5）有些）有些UDBUDB实际上是实际上是26S26S蛋白酶中蛋白酶中19S19S调节复合物的组分。调节复合物的组分。成熟多肽成熟多肽N-端第一个残基影响对蛋白质的稳定性端第一个残基影响对蛋白质的稳定性