第七章蛋白质的加工和运输(精品).ppt

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1、 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

2、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

3、为活性构象。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分子伴侣分子伴侣（chaperonechaperone）的帮助获得正确的结构。的帮助获得正确的结构。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使其正确折叠

4、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。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、一、一、蛋白质折叠蛋白质折叠蛋白质折叠蛋白质折叠4热激蛋白（热激蛋白（热激蛋白（热激蛋白（heat shock proteinheat shock protein）70 70 系统系统系统系统：作用于：作用于新合成的、跨膜转运的和受胁迫变性的蛋白。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（伴侣蛋白（伴侣蛋白（chaperoninchaperonin）系统）系统）系统）系统：由一大

5、的寡聚体装：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。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）首先结合在新生蛋白上，辅助Hsp70（DnaK）折叠新生蛋白；）折叠新生蛋白；Hsp70水解水解ATP，驱动构象转变；，驱动构象转变；GrpE取代取代ADP，使分子伴侣从蛋白上释放。，使分子伴侣从蛋白上释放。6Hsp60(GroEL)由由14 个亚基形成两个个亚基形成两个7 聚聚体环，以相反方向垛体环，以相反方向垛叠在一起。叠在一起。7近端近端远端远端空心环（圆桶结构）空心环（圆桶结构）空心环（圆桶结构）空心环（圆桶结构）与与与与Hsp

6、10Hsp10（E.coliE.coli中中中中为为为为GroESGroES）连接；）连接；）连接；）连接；单个单个单个单个GroESGroES在七聚在七聚在七聚在七聚体上形成一体上形成一体上形成一体上形成一“屋顶屋顶屋顶屋顶”盖在空穴外。盖在空穴外。盖在空穴外。盖在空穴外。8底物和底物和ATP结合在同一结合在同一环；环；GroES盖住该环，近端盖住该环，近端环的中央空腔增大；环的中央空腔增大；GroEL的疏水残基参的疏水残基参与与与与GroES的结合；的结合；底物残基暴露在亲水环底物残基暴露在亲水环境，构象随之改变。境，构象随之改变。9蛋白插入或穿过膜的过程称为蛋白插入或穿过膜的过程称为蛋白

7、易位（蛋白易位（蛋白易位（蛋白易位（protein protein translocationtranslocation）。1.1.翻译后易位（翻译后易位（翻译后易位（翻译后易位（post-translational translocationpost-translational translocation）：）：）：）：线粒体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，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。这种蛋白质过膜方式称为翻译后易位。2.2.共翻译易位（共翻译易位（共翻译易位（共翻译易位（co-translational

8、 translocationco-translational translocation）：）：）：）：与内质网与内质网结合的核糖体所合成的蛋白质前体，因在其结合的核糖体所合成的蛋白质前体，因在其N 端含有一个信号端含有一个信号序列（信号肽）序列（信号肽）,可边翻译边进行转移。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两种易位的共同特征是两种易位的共同特征是N N N 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；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 N N 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端序列组成：成熟蛋

9、白质没有前导序列端序列组成：成熟蛋白质没有前导序列（leaderleader），含有，含有，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（preproteinpreprotein）。二、二、二、二、蛋白质易位蛋白质易位蛋白质易位蛋白质易位10（一）翻译后易位（一）翻译后易位（一）翻译后易位（一）翻译后易位这类蛋白常有一段前这类蛋白常有一段前导序列（导序列（leader），），负责细胞器外膜的原负责细胞器外膜的原初识别；初识别；前导序列起始细胞器前导序列起始细胞器膜与前体蛋白的作用；膜与前体蛋白的作用；蛋白过膜后，先导序蛋白过

10、膜后，先导序列被切除。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。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。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。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前导序列的结构特征12TOM TOM 聚合体的一般模型聚合体的一般模型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翻译后易位的受体翻译后易位的

11、受体TOMTOM：位于细胞器：位于细胞器：位于细胞器：位于细胞器外膜的受体；外膜的受体；外膜的受体；外膜的受体；TIMTIM：位于细胞器内：位于细胞器内：位于细胞器内：位于细胞器内膜的受体。膜的受体。膜的受体。膜的受体。细胞质细胞质13Tim17-22 Tim17-22 复合体复合体复合体复合体Tim17-22 Tim17-22 复合体复合体复合体复合体Tim17-22Tim17-22复合体组成通复合体组成通复合体组成通复合体组成通道，与其它蛋白依次相道，与其它蛋白依次相道，与其它蛋白依次相道，与其它蛋白依次相连：连：连：连：Tim17-22Tim17-22Tim44Tim44Hsp70Hsp

12、70MgeMge（MgeMge相当于细菌的相当于细菌的相当于细菌的相当于细菌的GrpEGrpE）Hsp70Hsp70对未折叠蛋白的对未折叠蛋白的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亲和也有利于蛋白穿过亲和也有利于蛋白穿过内膜内膜内膜内膜14护卫复合体护卫复合体护卫复合体护卫复合体（escorting complexescorting complex）15细胞质细胞质膜间空间膜间空间衬质衬质蛋白通常直接从蛋白通常直接从TOM 到达到达TIM 先导序列各部分决定蛋先导序列各部分决定蛋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白的最终定位白的最终

13、定位外膜识别信号后直接将外膜识别信号后直接将蛋白导入衬质，前导序蛋白导入衬质，前导序列在此切除；如果蛋白列在此切除；如果蛋白还有其它定位信号，可还有其它定位信号，可被重新转运。被重新转运。17酵母细胞色素酵母细胞色素C1 具有定位于线粒体的具有定位于线粒体的N 端端信号序列，和定位于内膜的信号序列。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（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。核糖体与内质网相联，使蛋白质的合成和易位同时进行。19疏水核疏水核牛生长激素的牛生长激素的牛生长激素的牛生长激素的N N N N 端的信号序列端的信

14、号序列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。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。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。体的位置由合成的蛋白质有无信号序列决定。20核糖体在自由核糖体在自由mRNAmRNA上起上起始合成蛋白

15、质；始合成蛋白质；信号识别颗粒（信号识别颗粒（信号识别颗粒（信号识别颗粒（signal signal signal signal recognition particle,recognition particle,recognition particle,recognition particle,SRPSRPSRPSRP）结合于前导序列，结合于前导序列，翻译暂停；翻译暂停；SRP SRP 与与SRP SRP 受体结合，受体结合，核糖体附着在膜上；翻核糖体附着在膜上；翻译继续；译继续；核糖体合成分泌蛋白核糖体合成分泌蛋白21前导序列进入膜；前导序列进入膜；前导序列进入膜；前导序列进入膜；蛋白穿过

16、膜，前导序列蛋白穿过膜，前导序列蛋白穿过膜，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；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；核蛋白通过膜被分泌；核蛋白通过膜被分泌；核糖体从糖体从糖体从糖体从mRNA mRNA mRNA mRNA 上释放。上释放。上释放。上释放。22SRP SRP 由蛋白质和小由蛋白质和小由蛋白质和小由蛋白质和小RNA RNA 组成；分为几个结构域组成；分为几个结构域组成；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。执行不同的功能。执行不同的功能。23蛋白通过亲水性通道蛋白通过亲水性通道穿过穿过 E

17、R膜，这一亲膜，这一亲水通道称为水通道称为易位子易位子易位子易位子（translocontranslocon）。24三、三、三、三、跨膜蛋白跨膜蛋白跨膜蛋白跨膜蛋白跨膜蛋白的分类：跨膜蛋白的分类：跨膜蛋白的分类：跨膜蛋白的分类：I I 类：类：类：类：N N 端位于外侧端位于外侧端位于外侧端位于外侧II II 类：类：类：类：C C 端位于外侧端位于外侧端位于外侧端位于外侧只有一个跨膜区域的只有一个跨膜区域的蛋白分为两类蛋白分为两类:25多跨膜区域的蛋白多跨膜区域的蛋白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，如果跨膜区域为奇数，如果跨膜区域为奇数，则则则则N N

18、 端与端与端与端与C C 端分别位端分别位端分别位端分别位于膜的两侧于膜的两侧于膜的两侧于膜的两侧如果跨膜区域为偶数，如果跨膜区域为偶数，如果跨膜区域为偶数，如果跨膜区域为偶数，则则则则N N 端与端与端与端与C C 端位于膜端位于膜端位于膜端位于膜的同侧的同侧的同侧的同侧26膜蛋白终止转移膜蛋白终止转移膜蛋白终止转移膜蛋白终止转移I 类或类或 II 类蛋白插入膜的起始过程与分泌蛋白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过膜相同；但还含有第二种信号-终止转移信终止转移信终止转移信终止转移信号（号（号（号（stop-transfer signalstop-transfer

19、signal）；终止转移序列通常形成与离子化残基相邻的疏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，阻止整个蛋白水残基簇，把蛋白锚定在膜内，阻止整个蛋白穿过膜。穿过膜。尚不清楚膜蛋白如何从亲水的蛋白尚不清楚膜蛋白如何从亲水的蛋白尚不清楚膜蛋白如何从亲水的蛋白尚不清楚膜蛋白如何从亲水的蛋白通道中转移到疏水的膜脂中通道中转移到疏水的膜脂中通道中转移到疏水的膜脂中通道中转移到疏水的膜脂中27I I 类蛋白与类蛋白与类蛋白与类蛋白与 II II 类类类类膜蛋白的定向膜蛋白的定向膜蛋白的定向膜蛋白的定向膜蛋白信号序列形膜蛋白信号序列形成发卡式环结构；成发卡式环结构；定向取决于信号

20、序定向取决于信号序列是否被切割。列是否被切割。I 类蛋白定向类蛋白定向II 类蛋白的定向类蛋白的定向28四、四、四、四、核孔的进出核孔的进出核孔的进出核孔的进出核孔的双向运输核孔的双向运输293031核孔复合体结构核孔复合体结构32蛋白进出核孔需要序列中特殊信号蛋白进出核孔需要序列中特殊信号蛋白输入细胞核一般需要一段蛋白输入细胞核一般需要一段核定位信号（核定位信号（核定位信号（核定位信号（nuclear nuclear localization signallocalization signal，NLSNLS）。从细胞核输出的蛋白一般具有从细胞核输出的蛋白一般具有核输出信号（核输出信号（核输出

21、信号（核输出信号（nuclear nuclear export signalexport signal，NESNES）。33输入蛋白（输入蛋白（输入蛋白（输入蛋白（importinimportin）：在细胞质中与底物结合，在细胞质中与底物结合，将其运进细胞核的受体。将其运进细胞核的受体。输出蛋白（输出蛋白（输出蛋白（输出蛋白（exportinexportin）：在细胞核中与底物结合，在细胞核中与底物结合，将其运到细胞质的受体。将其运到细胞质的受体。细胞质细胞质细胞核细胞核34所有经过分泌器件的蛋白都要进行糖基化。所有经过分泌器件的蛋白都要进行糖基化。糖基化的位点可以是天冬氨酰的糖基化的位点可以

22、是天冬氨酰的-NH2（N-linked glycosylation，起始于，起始于ER，终止于，终止于Golgi）；）；或者是丝氨酸、苏氨酸或羟赖氨酸的或者是丝氨酸、苏氨酸或羟赖氨酸的-OH（O-linked glycosylation，只在，只在Golgi 中发生）。中发生）。五、五、五、五、蛋白质加工转运蛋白质加工转运蛋白质加工转运蛋白质加工转运35N-linked glycosylation 按一般路线起始于按一般路线起始于ER先在长醇上形成寡糖，先在长醇上形成寡糖，然后由糖基转移酶转移然后由糖基转移酶转移到靶蛋白的天冬氨酰残到靶蛋白的天冬氨酰残基。基。长醇长醇长醇长醇糖基转移酶糖基转移

23、酶糖基转移酶糖基转移酶36寡糖在送到寡糖在送到Golgi之之前，先在前，先在ER 中进行中进行修剪。修剪。修剪按甘露糖残基修剪按甘露糖残基去向分为两类。去向分为两类。1)1)形成高甘露糖寡形成高甘露糖寡形成高甘露糖寡形成高甘露糖寡糖糖糖糖葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶甘露糖苷酶甘露糖苷酶372)2)形成复合寡糖形成复合寡糖形成复合寡糖形成复合寡糖甘露糖苷酶甘露糖苷酶 I IN-N-乙酰葡萄乙酰葡萄糖胺转移酶糖胺转移酶甘露糖苷酶甘露糖苷酶 IIII内核内核38GolgiGolgi body body 的极性结构的极性结构的极性结构的极性结构39囊泡与膜融合囊泡与膜融合质膜质膜分泌小泡分泌小泡囊泡形成囊泡形成内吞体内吞体蛋白在包被囊泡中转运蛋白在包被囊泡中转运蛋白在包被囊泡中转运蛋白在包被囊泡中转运组成胞吐组成胞吐可调胞吐可调胞吐胞吞胞吞40囊泡为蛋白所包被囊泡为蛋白所包被囊泡为蛋白所包被囊泡为蛋白所包被41网格蛋白包被的囊泡网格蛋白包被的囊泡网格蛋白包被的囊泡网格蛋白包被的囊泡clathrinclathrin-coated vesicles-coated vesicles 42