第十五章 - 细胞的遗传活动与蛋白质生物合成

第十五章 细胞的遗传活动与蛋白质生物合成

掌握信号肽、信号斑、导肽、核定位信号的基本概念；信号假说的基本内容，糖蛋白的合成过程；真核细胞内蛋白质分选的途径及机制 真核细胞内的蛋白质合成和分选 一.信号假说

二.糖蛋白的合成过程

三.真核生物细胞内的蛋白质分选

微粒体 microsome 嘌呤酶素 puromycin 氨酰基-tRNA类似物 1975 G.Blobel & D.Sabatini 信号假说 一.信号假说 (signal hypothesis) 1.信号密码子 singnal coden 信号肽 singnal peptide

2.信号识别颗粒 singnal recognition particle,SRP

3.RER外膜上有SRP受体 ( 停泊蛋白 docking protein ) 共转移 cotranslocation

在非细胞系统中蛋白质的翻译过程与SRP、DP和微粒体的关系

实验 组别 1

含有编码 SRP DP 微粒

体信号序列 的mRNA

结 果

产生含信号肽的完整多肽

+ - - - + + - - + + + -

+

2 3

合成70～100氨基酸残基后，肽链停止延伸

产生含信号肽的完整多肽

4

+ + +

信号肽切除，多肽链进入微粒体中

* “+”和“-”分别代表反应混合物中存在（+）或不存在（-）该物质。

分子伴侣chaperone

能够识别正在合成或完成合成的蛋白质并且与其某些部位结合促使其正确折叠、装配和转运等，但并不参与最终产物的形成的一类蛋白质分子。 ①分子分子伴侣（molecular chaperone） ②伴侣蛋白（chaperonin） functions of chaperones ◆帮助蛋白质折叠和装配 ◆蛋白质的转运和定位

◆参与细胞器和细胞核结构的发生 ◆应激反应 ◆参与信号转导

糖基化 glycosylation

二.糖蛋白的合成过程 1.RER上合成蛋白质 2.加寡糖链 oligosachride

RER膜上有整合脂类分子多(长)萜醇 dolicol Asn-X-Ser Asn-X-Thr

N-键寡糖 N-乙酰葡萄糖胺 3.高尔基复合体加工修饰 O-键寡糖 N-乙酰半乳糖胺 寡糖链末端 神经氨酸(唾液酸) 4.运往溶酶体

三.真核细胞内的蛋白质分选 1.概念和意义

细胞内蛋白按某种指令决定其在细胞内的合成部位并最终转至其行使功能的部位称为细胞内的蛋白质分选。对构成高度有序的细胞结构体系及完成各种生命活动都具有决定性的作用。 2.分选途径

(蛋白质的命运或去向)

真核细胞蛋白质合成在细胞质基质中开始 细胞质基质中

粗面内质网→高尔基体

细胞质基质中完成合成的蛋白质的去向 细胞质基质 线粒体、叶绿体 细胞核

过氧化物酶体

经高尔基体加工的蛋白质的去向 内质网 细胞外 溶酶体 质膜

3.蛋白质分选定位的三种途径 ①孔门运输(gated transport)

②跨膜运输(transmembrane transport) ③膜泡运输(vesicular transport ) ★信号序列的引导作用 ◆与生俱来的三种信号序列 ●寿命信号 ●加工信号 ●定位信号 ▲核定位信号 ▲引导肽 ▲信号肽。

4. 蛋白质的分选过程 A. RER上合成的蛋白质 运输小泡—高尔基复合体 1） 运往内质网

C末端 KDEL(Lys-Asp-Glu-Leu) 酵母中 HDEL(His-Asp-Glu-Leu)

2） 溶酶体

分选信号 甘露糖-6-磷酸(M-6-Pi) N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶 N-乙酰葡萄糖胺磷酸苷酶 ◆信号斑(signal patch)

是溶酶体酶形成的一个特殊的空间结构，信号斑是由几段信号肽形成的一个三维结构的表面, 这几段信号肽聚集在一起, 形成一个斑点被磷酸转移酶识别。 3)运往质膜成为膜蛋白

穿膜停止信号(停止转移序列) ★跨膜信号与膜蛋白的定向 ◆单次跨膜蛋白

●起始转移信号(start transfer signal) ●终止转移序列(stop transfer sequence)

●可切割的信号序列(Cleavable signal sequence) (N-端)

●内部信号序列(internal signal sequence) (internal noncleavable signal sequence ) ◆单次跨膜蛋白的定向

●Cleavable signal sequence amino terminus exposed to the cytosol ●Internal signal sequence

▲Amino terminus exposed to the cytosol ▲Carboxy terminus exposed to the cytosol ◆停止转运信号与多次跨膜蛋白的定向

Proteins that span the membrane multiple times are thought to be inserted as a result of an alternating series of internal signal sequences and transmembrane stop-transfer sequences. 4)运往细胞外成为分泌蛋白

固有分泌途径(constitutive secretory pathway) 受调分泌途径(regulated secretory pathway) 细菌分泌蛋白的合成

B. 细胞质基质中完成合成的蛋白质 1）成为胞质蛋白 缺少信号肽

2）输入核成为亲核蛋白质(karyophilicproteins） 核质蛋白(nucleoplasmin)

核定位信号(nuclearlocalization signal,NLS) SV40的T抗原 Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val ３）运往线粒体、叶绿体成为线粒体和 叶绿体蛋白质 导肽(leading signal)

导肽约含有20~80个氨基酸残基。其结构有以下特征：

①含有丰富的带正电荷的碱性氨基酸，特别是精氨酸，带正电荷的氨基酸残基有助于前导肽序列进入带负电荷的基质中；

②羟基氨基酸如丝氨酸含量也较高； ③几乎不含带负电荷的酸性氨基酸；

④可形成既具有亲水性又具有疏水性的α螺旋结构，这种结构 有利于穿越线粒体的双层膜。 导肽内不仅含有识别线粒体的信息，并且有牵引蛋白质通过线粒体膜进行运送的功能。导肽可比喻为“火车头”，被牵引的蛋白质犹如“车厢”，导肽决定运送的方向，它对被运送的蛋白质并无特异性要求。

The precursor proteins(前体蛋白) were unfolded before they were carried through the membrane. And after they passed through the membrane, the leader sequence was hydrolyzed quickly by

mitochondrial processing peptidease（MPP ,线粒体导肽水解酶）and processing enhancing protein （ PEP，导肽水解激活酶）. And subsequently, they would refold and become the mature proteins.

跨膜运输的蛋白质在解折叠（unfolding）与重折叠（refolding）的过程中都需要某些被称为“分子伴侣”（molecular chaperone）的分子参与。它具有解折叠酶的（unfoldase）的功能，并能识别蛋白质解折叠后暴露出的疏水面并与之结合，防止相互作用产生凝聚后错误折叠，同时还参与蛋白质跨膜运送后分子的重折叠以及装配（assembly）过程。 分子伴侣的这种作用没有专一性，其很大一部分是属于热休克蛋白（heat shock protein，Hsp），在进化上十分保守，广泛存在与各种生物体内 。

蛋白质的转运涉及转位因子（translocator）等多种蛋白。 TOM复合体：负责通过外膜，进入膜间隙。

TIM复合体：TIM23负责将蛋白质转运到基质，或安装在内膜上；TIM22负责将某些转运器蛋白质插入内膜。

OXA复合体：负责将线粒体合成的蛋白和某些进入基质的蛋白插到内膜上。

线粒体内、外膜之间存在着接触点，信号肽牵引蛋白质前体运送时，可通过内外膜的接触点，一步进入基质。

蛋白质的输入是一个耗能过程。

在线粒体外解除与前体蛋白质结合的分子伴娘，需要通过水解ATP获得能量。

前体蛋白进入线粒体基质后，线粒体hsp70一个接一个的结合在蛋白质线性分子上，像齿轮一样将蛋白质“铰进（hand over hand）”基质，这一过程也需要消耗ATP。然后线粒体hsp70将蛋白质交给hsp60，完成折叠。 线粒体膜间间隙蛋白保护性寻靶 线粒体膜间间隙蛋白非保护性寻靶 线粒体膜间间隙蛋白寻靶新说 线粒体内膜蛋白定位的三种途径 ★外膜蛋白的定位

运送到外膜的蛋白质没有导肽, 它的氨基酸末端延伸部分就有识别受体的功能,直接插入到外膜。

４）运往过氧化物酶体成为过氧化物酶体的蛋白 C末端含有SKL（Ser-Lys-Leu）序列 后转移(post translocation) 蛋白酶体(proteasome) 思考题

何谓微粒体？如何证明蛋白质合成有穿膜过程？ 信号假说的内容有哪些？糖蛋白是如何合成的？

何谓信号密码子、信号肽、信号斑、分子伴侣、共转移、后转移、糖基化、核定位信号、导肽？

何谓真核细胞内的蛋白质分选？分选途经如何？有何意义？ 真核细胞合成的蛋白质的命运如何？（转运机制如何？）（粗面内质网途径、细胞质基质途径）