第9章蛋白质合成分选

1、9.2 蛋白质的合成与分选核糖体与蛋白质合成核糖体与蛋白质合成内质网与蛋白质分选内质网与蛋白质分选2核糖体核糖体(ribosome)是细胞内一种是细胞内一种核糖核蛋白颗粒核糖核蛋白颗粒是是细胞内细胞内合成蛋白质的细胞器合成蛋白质的细胞器。 核糖体的主要成分是核糖体的主要成分是核糖体核糖体RNA(rRNA), 占占60%, 蛋白质蛋白质(r蛋白质蛋白质), 占占40%。u真核细胞由真核细胞由60S大亚基和大亚基和40S小亚基组成；小亚基组成；u原核细胞由原核细胞由50S大亚基和大亚基和30S小亚基组成；小亚基组成；9.2.1 核糖体和蛋白质合成核糖体和蛋白质合成3核糖体的化学组成核糖体的化学组成

2、4核糖体的装配核糖体的装配核糖体是一种自我组装的结构。核糖体是一种自我组装的结构。原核生物核糖体亚基的装配在原核生物核糖体亚基的装配在细胞质细胞质；真核；真核生物核糖体亚基的装配地点在生物核糖体亚基的装配地点在细胞核核仁部位细胞核核仁部位。rRNA和蛋白质的装配关系和蛋白质的装配关系:组成核糖体的蛋白质和组成核糖体的蛋白质和rRNA在大小亚基中在大小亚基中均有一定的均有一定的空间排布和先后顺序空间排布和先后顺序。5核糖体的合成与装配核糖体的合成与装配核仁核仁细胞核细胞核细胞质细胞质6中心法则中心法则7核糖体的功能核糖体的功能蛋白质合成蛋白质合成A位点：氨酰位点：氨酰tRNA结合位点；结合位点；

3、P位点：肽酰位点：肽酰tRNA结合位点；结合位点；E位点：脱氨酰位点：脱氨酰tRNA结合位点；结合位点；mRNA结合位点：结合位点：SD序列。序列。8多聚核糖体多聚核糖体在蛋白质合成过程中，同一条在蛋白质合成过程中，同一条mRNA分子能够同多个核糖体结合，同时合分子能够同多个核糖体结合，同时合成若干条蛋白质多肽链。成若干条蛋白质多肽链。9蛋白质的寿命和蛋白质降解蛋白质的寿命和蛋白质降解uN端规则端规则 精氨酸和赖氨酸短；缬氨酸和甲硫氨酸长精氨酸和赖氨酸短；缬氨酸和甲硫氨酸长u蛋白酶体对泛素化的蛋白质进行降解蛋白酶体对泛素化的蛋白质进行降解10RNA在胞内的其他功能在胞内的其他功能核酶：核酶：具

4、有催化活性具有催化活性的的RNA。与蛋白质酶。与蛋白质酶相比，核酶的催化效相比，核酶的催化效率较低，是一种较为率较低，是一种较为原始的催化酶。原始的催化酶。反义反义RNA：是指与：是指与mRNA互补的互补的RNA分子。分子。 可控制可控制mRNA的翻译，一种基因表达调控方式。的翻译，一种基因表达调控方式。11反义反义RNA12蛋白质的两种运输方式蛋白质的两种运输方式翻译后转运翻译后转运(post-tranlational translocation)在在游离核糖体游离核糖体上进行蛋白质合成，完成后转运到上进行蛋白质合成，完成后转运到胞质胞质溶胶、核、线粒体、叶绿体和过氧化物酶体溶胶、核、线粒体

5、、叶绿体和过氧化物酶体。共翻译转运共翻译转运(co-translational translocation)在游离核糖体开始蛋白质合成，中止并转运到内质网在游离核糖体开始蛋白质合成，中止并转运到内质网上形成上形成膜旁核糖体膜旁核糖体继续合成，最终转运至内膜系统，继续合成，最终转运至内膜系统，内质网、高尔基体、溶酶体、分泌蛋白和膜蛋白内质网、高尔基体、溶酶体、分泌蛋白和膜蛋白。9.2.2蛋白质分选和内质网蛋白质分选和内质网细胞内两套蛋白合成系统细胞内两套蛋白合成系统13膜旁核糖体膜旁核糖体(membranous ribosomes)游离核糖体游离核糖体(free ribosome)蛋白质定位细胞

6、蛋白质定位细胞器的运输方式：器的运输方式：核孔运输核孔运输跨膜运输跨膜运输小泡运输小泡运输信号序列（信号序列（signal sequence）决定蛋白质沿正确方向运输，通常为决定蛋白质沿正确方向运输，通常为15-80个氨基酸，位于新生肽的个氨基酸，位于新生肽的N端。端。信号序列指导蛋白质运输和定位，对蛋信号序列指导蛋白质运输和定位，对蛋白质没有选择性。白质没有选择性。进入不同细胞器的蛋白质具有不同的定进入不同细胞器的蛋白质具有不同的定位信号位信号 入核信号入核信号 前导肽（前导肽（leader peptide）：线粒体）：线粒体 叶绿体叶绿体 信号肽（信号肽（signal peptide）：内

7、膜系统或分泌）：内膜系统或分泌信号序列的定位作用和无选择性信号序列的定位作用和无选择性17前导肽通常长约前导肽通常长约20-80个氨基酸，通常带个氨基酸，通常带正电荷的碱性氨基酸正电荷的碱性氨基酸(特别是精氨酸和赖氨特别是精氨酸和赖氨酸酸)含量较为丰富含量较为丰富; 有形成两性有形成两性(既亲水又疏水既亲水又疏水)螺旋的倾向。螺旋的倾向。需要受体、从接触点进入、解折叠、能量、需要受体、从接触点进入、解折叠、能量、需要转运酶、需要分子伴侣。需要转运酶、需要分子伴侣。不同的前导肽没有序列同源性。不同的前导肽没有序列同源性。前前导肽介导导肽介导线粒体和叶绿体线粒体和叶绿体蛋白转运蛋白转运1819线粒

8、体基质蛋白线粒体基质蛋白转运转运（单个前导肽）（单个前导肽）20线粒体内线粒体内/ /外膜蛋白的转运外膜蛋白的转运 （单个前导肽，停止转运序列）（单个前导肽，停止转运序列）21叶绿体类囊体腔蛋白的转运叶绿体类囊体腔蛋白的转运（两个个前导肽序列）（两个个前导肽序列）糙面内质网的功能糙面内质网的功能-信号肽与蛋白质运输信号肽与蛋白质运输 信号序列信号序列(signal sequence)1960s ,George Palade 示踪技术研究培养细示踪技术研究培养细胞的胞的蛋白合成分泌过程蛋白合成分泌过程Redman和和Sabatini用分离的用分离的RER小泡（微小泡（微粒体）研究粒体）研究膜结合

9、核糖体合成的蛋白质去向膜结合核糖体合成的蛋白质去向1971年美国洛克菲勒大学的年美国洛克菲勒大学的Blobel等提出了等提出了信号序列信号序列(signal sequence)的概念。的概念。同位素示踪实验同位素示踪实验A.无微粒体无微粒体B.加微粒体加微粒体蛋白质入蛋白质入RERRER实验实验无微粒体体系合成蛋白无微粒体体系合成蛋白信号肽的信号肽的证实证实Blobel等用核糖体、微粒体无细胞蛋等用核糖体、微粒体无细胞蛋白合成体系进行离体实验证实了信白合成体系进行离体实验证实了信号肽的存在号肽的存在:RER小泡对产物的影响小泡对产物的影响蛋白水解酶实验蛋白水解酶实验多聚核糖体的离体翻译多聚核糖

10、体的离体翻译26RER小小泡泡实实验验蛋蛋白白水水解解酶酶水水解解实实验验多聚核糖体离体多聚核糖体离体翻译实验翻译实验信号肽的特性信号肽的特性序列特征序列特征 15-3515-35个氨基酸残基，个氨基酸残基，1 1个或多个个或多个带正电氨带正电氨基酸基酸，其中含有，其中含有4-124-12个个疏水残基疏水残基。信号序列无特异性信号序列无特异性: :位置位置: :N-N-端信号肽端信号肽内部信号肽内部信号肽早期早期信号假说信号假说(signal hypothesis)1975年，年，Blobel等正式提出了信号假说等正式提出了信号假说:合成始于游离核糖体合成始于游离核糖体;N端信号序列靠端信号序

11、列靠自由碰撞自由碰撞与内质网膜接触，然与内质网膜接触，然后靠后靠N端信号序列的疏水区插入内质网的膜端信号序列的疏水区插入内质网的膜;蛋白质继续合成，以袢环形式蛋白质继续合成，以袢环形式穿过穿过内质网的膜内质网的膜;蛋白的存在方式蛋白的存在方式:若是分泌蛋白，信号肽被信号肽酶切除；若是分泌蛋白，信号肽被信号肽酶切除；若是膜蛋白，停止转移信号锚定在膜上。若是膜蛋白，停止转移信号锚定在膜上。 ？信号假说的补充信号假说的补充信号识别颗粒与停靠蛋白信号识别颗粒与停靠蛋白信号识别颗粒（信号识别颗粒（signal recognition particle, SRP）SRP 核糖核蛋白复合体。核糖核蛋白复合体

12、。一条一条300bp的的7S RNA (scRNA)。六条多肽六条多肽三个功能域三个功能域: 翻译暂停结构域翻译暂停结构域信号肽识别结合位点信号肽识别结合位点SRP受体蛋白结合位点受体蛋白结合位点信号肽识别结合位点信号肽识别结合位点SRP受体蛋白结合位点受体蛋白结合位点翻译暂停结构域翻译暂停结构域停靠蛋白（停靠蛋白（Docking protein, DP） 是是SRP在内质网膜上的受体蛋白在内质网膜上的受体蛋白两个亚基两个亚基:亲水的亲水的亚基亚基, 疏水的疏水的亚基亚基蛋白质转运通道蛋白质转运通道易位子易位子( translocon)易位子是分泌蛋白质的跨膜通道，高易位子是分泌蛋白质的跨膜通

13、道，高56 nm，直径为直径为 8.5 nm, 中央孔径为中央孔径为 2 nm 哺乳动物细胞中有三种类型的哺乳动物细胞中有三种类型的Sec61, 即即、和和Sec61有有10个跨膜个跨膜螺旋螺旋1. ER蛋白质在蛋白质在游离核糖体游离核糖体起始合成；起始合成；2. 信号肽信号肽与与SRP结合，蛋白合成中止；结合，蛋白合成中止；3. SRP和停靠蛋白（和停靠蛋白（DP）介导核糖体附着到介导核糖体附着到ER上；上；4. SRP释放，蛋白质释放，蛋白质转运通道（易位子）转运通道（易位子）的打开；的打开；5. 信号肽引导蛋白质进入信号肽引导蛋白质进入ER，合成重新开始；，合成重新开始；6. 信号肽酶信号肽酶切除信号肽；切除信号肽；7. 蛋白质合成结束。蛋白质合成结束。补充的信号假说补充的信号假说信号肽酶信号肽酶核糖体核糖体信号识别颗粒信号识别颗粒信号肽信号肽停靠蛋白停靠蛋白易位子易位子体外实验证明体外实验证明SRPSRP和和DPDP的作用的作用跨膜信号与膜蛋白的定向跨膜信号与膜蛋白的定向单次跨膜蛋白单次跨膜蛋白起始转移信号起始转移信号(start transfer signal) 可切割的信号序列可切割的信号序列 (N-端端)内部信号序列内部信号序