蛋白质越膜运输PPT课件

1、 留在胞液中 翻译后转运(游离核糖体) 核 依靠导肽 线粒体 蛋白质转运 越 膜 叶绿体 其它细胞器 共翻译转运 依靠信号肽 (膜结合核糖体) 越 膜 图 15-28 蛋白质合成后的转运，定位及分泌ER 糖基化修饰 分拣 高尔基体 溶酶体 留在 ER 中 留在高尔基体分泌到胞外 质膜 包被在泡囊 质膜中 嵌在膜上 第1页/共39页第2页/共39页三导肽的结构和功能 导肽通常是疏水的，20aa 由非电负性氨基酸构成，中间夹有碱性氨基酸，而没有酸性氨基酸，羟基氨基酸含量高 易形成双亲螺旋轮（amphiphilic helix）; 不同的前导顺序缺乏同源性，意味什么？ 这意味着和识别有关的信号不是一

2、极结构的序列，而是氨基酸的性质。第3页/共39页四导肽在线粒体叶绿体中决定蛋白位 (一) 线粒体的蛋白转运 基质导向信号（matrix-targeting signal） 膜导向信号（membrane-targeting sigmal） (二) 叶绿体蛋白的转运 基质（stroma） 类囊膜（thylakoid membrane） 腔（lumen） (三)核蛋白的转运 输入和输出第4页/共39页 + 起始 疏水氨基酸 极性氨基酸 碱性氨基酸 剪切 + + + + + Met leu Ser leu Arg Gln Ser Ile Arg Phe Phe Lys Pro Ala Thr Arg

3、Thr Leu Cys Ser Ser Arg Tyr Leu Leu 图 1531 酵母细胞色素 C 氧化酶亚基的导肽含有 25 个中性和碱性的氨基酸,前面的 12个氨基酸可有效地将任何 附加的多肽转移到线粒体中。第5页/共39页第6页/共39页第7页/共39页 Signal for Outer membrane Outer membrane Intermembrane space M Matrix (lumen) Inner membrane Signal for Intermembrane space 图 15- 蛋白质在细胞器中的定位第8页/共39页 蛋 白 定 位 + + + + +

4、 + 细胞色素 C1 膜间隔 M F S N L S K R W A Q R T L S K S F Y S T A T G A A S K S G K L + - - T G K L V T A G V A A A G I T A S T L L Y A D S L T A E A M T A + + + + + 乙醇脱氢酶 基质 M L R I S S L F I R R V Q P S L F S R N I L R L Q S T + + + + + 细胞色素 C 氧 内膜 M L S L R Q I R F F K P A T R T L C S S R T L L 化酶亚单 + +

5、 + 70k 蛋白 外膜 M K S F I T R N K T A T L A T V A A T G T A I G A Y Y Y Y N Q L Q + + + Q Q Q Q R G K K + 图例： 疏水氨基酸； 极性氨基酸； 碱性氨基酸； 副电荷氨基酸； 基质靶信号； 水解部位； 膜靶信号 图 15-34 导肽的氨基酸顺序及不同的功能区 第9页/共39页第10页/共39页第11页/共39页 First signal Outer membrane Intermembrane space Second signal Stroma Inner membrane Thylakoid m

6、embrane 图 15- 叶绿体中蛋白质的定位 (基质)（类囊体）第12页/共39页 Met Ile 1 Lys+ 8 12 Thr 15 5 Arg+ Leu 4 16 Arg+ Phe11 9 Arg+ Leu 18 2 Leu Ser 7 13 Pro Ala14 6 Gln 3 17 Ser 10 The Phe 图 15- 酵母细胞色素氧化酶 C 亚基 IV 的导肽形成两亲螺旋结构 第13页/共39页五信号肽的结构和功能 (一)信号假设的建立 1972年Milstein等发现IgG 轻链前体比成熟的Ig N-端多20 aa 美国Bloble完成三项实验支持了以上推测：（1）将IgG

7、的mRNA在无细胞系统中，以游离核糖体在体外合成的是IgG前体；若在无细胞系统中加入狗胰细胞的RER，就能产生IgG成熟蛋白。成熟的IgG轻链蛋白和前体蛋白相差疏水性20aa，说明什么？第14页/共39页 起始位点 + M M A A G P R T S L L L A F A L L C L P W T Q V V G A L P V C 极性 疏水核心 剪切位点 氨基酸 成熟蛋白 图 15-37 信号肽的结构(仿 B.Lewin:GENES,1997, Fig .10.14)第15页/共39页第16页/共39页（2）加入蛋白水解酶不能使正在合成的IgG水解，而同时加入去垢剂就可以使其水解。

8、此表明什么?（3）用去垢处理骨髓瘤后所获得的多核糖体与膜分离，然后在离体的条件下继续进行新生肽的合成。经短时温育得到的是成熟的IgG，而长时温育得到的是前体IgG，此表明什么?第17页/共39页 5 3第18页/共39页 Inner face of ER Cytoosolic face SRP recepter Leader SRP Recepter of ribosom Ribosome initiatesProtein synthesis on“free” mRNASRP attaches toleader sequence;traslation haltsSRP is bound byS

9、RP recepter;ribosome attachesto membrane;translation resumes第19页/共39页 Signal peptidaseLeader sequenceenters membraneProtein passesthrough memrane;leader is cleaved;translation continuesProtein is secretedthrough membrane ;ribosome subunitsare released frommRNA 图 15- 信号假说模型第20页/共39页第21页/共39页 SRP 7S R

10、NA的两个功能域第22页/共39页 形状 长 2324 nm,宽 56nm,11S RNP 复合体，240Kda SRP 7SRNA,305b,100Kda,作为 SRP 的骨架 组成 P 9/14 二聚体，阻止肽的延伸 (干扰进入的 aa-tRNA 和肽酰转移酶) 蛋白，6 种 P 68/72 二聚体，识别 SRP 受体，越膜转运，位于 RNA 的中心区 单个无活性 P 54 单体 ，识别信号肽，不直接和 RNA 结合，而和 P19 结合 P 19 单体 ，和 RNA 的两个末端结合，和 P54 结合 亚基 大亚基，72KD SRP 受体 亚基 小亚基，30Kda,识别 7SRNA 信号肽酶

11、 6 种蛋白组成 图 15-40 与 转 运 有 关 的 结 构 和 功 能 Alu 结构域 S 结构预 5100nt 345nt345nt N 端：12K，嵌在膜内疏水部分 C 端：60K，暴露于胞液的亲水部分，带有很多正电荷氨基酸 其中一种蛋白具有酶的活性 其它 5 种蛋白起修饰作用和构成一定的结构第23页/共39页 N C N C N 图 15- 信号-锚顺序的功能和 C 端在膜外的形成机制第24页/共39页 起始 疏水核心 M N P N Q K I I T I G S I C M V V G I I S L I L Q I G N I I S I W I S H 胞质区 跨膜区 露在

12、膜外 图 15-44 唾液酸苷酶(neuraminidase)的信号锚顺序位于近 N 端，且有一个疏水核心 (仿 B.Lewin:GENES,1997, Fig .10.24)第25页/共39页第26页/共39页 类型类型 途径途径 目标目标 蛋白种类蛋白种类 结构和功能结构和功能 触动因子 分子伴侶 GroEL：细菌的热休克蛋白，可稳定蛋白构型，是折叠调节器 SecB：16Kda，和前体结合阻止折叠，和 SecA 结合将前体转运到膜 外围膜蛋白 SecA 107Kda,和 SecY 亲和，有 ATP 酶活性 共翻译转运 普遍性途径 越过内膜 SecE：有 3 个跨膜区 膜本体 复合体，有转运

13、功能，是一种转运器 蛋白 SecY：有 10 个跨膜区 细菌的 导肽酶：切除导肽 分泌 SRP 同源蛋白：4.5S RNA + 48Kda 蛋白。和新生肽的导肽结合，保持其构象 分泌蛋白：HlyA ,107KDa,C 端信号供 HlyB 和 HlyD 识别，有拓扑顺序 翻译后转运 孔经途径 越过内外膜 内膜蛋白：HlyB, 77KDa,C 端保守有 ATP 结合位点 跨膜蛋白：HlyD ,54KDa, 在 E.coli 膜粘连区形成孔道 跨膜蛋白：TolC,在外膜形成孔道 图 15-45 细菌分泌的不同途径 第27页/共39页细菌中蛋白质的越膜转运 导肽酶 导肽酶 导肽酶 Sec Sec E

14、Y SecA SecA 新生肽 SecB SecB 与新生肽结合 蛋白转移到SecA 上 SecB 再循环 图15- 细菌中蛋白质的转运 第28页/共39页 TolC TolC Outer Membrane Periplasm HlyD HlyD C C Inner membrane N NN N C C HlyB HlyB ATP ATP HlyAs HlyA 图 15- 溶血素分泌途径的孔经模型 第29页/共39页 核蛋白的转运 入境： Histones Nonhistones Ribosomal proteis (核蛋白体蛋白) 出境： Ribosomal subunit mRNA 第3

15、0页/共39页出入核的出入核的多种途径多种途径1.自由途自由途径径2.渗透途渗透途径径3.信号途信号途径径核定位信号帽接合复合体帽接合复合体核输出信号核输出信号具有输出和输入信号的蛋白载体载体第31页/共39页载体蛋白载体蛋白和底物和底物结合，带底物穿结合，带底物穿过核孔，然后过核孔，然后返回核中，循环返回核中，循环使用。使用。第32页/共39页 核定位信号多形瘤 T 抗原核定位信号（核定位信号（NLS）具有碱性的残基）具有碱性的残基卵卵核质蛋白核质蛋白第33页/共39页NLS的特点： 1.无保守序列； 2.有一段短的碱性氨基酸序列； Pro,可抑制碱性氨基酸的上游形 成螺旋； NLS有两个分开的短的簇 NLS序列都可被“入境”系统所识别。第34页/共39页“入境入境”分二分二步：步： 停泊，移位停泊，移位转位的成分核蛋白核孔胞质成分入境蛋白核相关蛋白-GTP核孔停泊入境蛋白-结合核蛋白入境蛋白-结合底物移位核孔第35页/共39页GTP和和Ran的结合的结合状态控制核状态