基因组学第9章

1、1) 蛋白质翻译蛋白质翻译2) 蛋白质加工蛋白质加工3) 蛋白质修饰蛋白质修饰4) 蛋白质折叠蛋白质折叠5) 蛋白质降解蛋白质降解两种调控水平:1) 整体调控: 主要集中在翻译起始2) 专一性调控: 针对不同的蛋白质合成Kozak顺序顺序: -ACCAUGC-.在许多方面，古细菌翻译更多地类似真核生物而非细菌在许多方面，古细菌翻译更多地类似真核生物而非细菌,不同之处是，古细菌的不同之处是，古细菌的70S核糖体、核糖体、23S、16S和和5S rRNA 与真细菌类似。古细菌的翻译方式十分奇特，其与真细菌类似。古细菌的翻译方式十分奇特，其rRNA的的碱基配对二级结构与真细菌显著不同，也有别于真核生

2、碱基配对二级结构与真细菌显著不同，也有别于真核生物物rRNA，但古细菌与，但古细菌与rRNA结合的蛋白质却类似真核生结合的蛋白质却类似真核生物。物。古细菌古细菌mRNA的的5-端加帽，端加帽，3-端具多聚腺苷酸端具多聚腺苷酸，翻，翻译起始与真核生物类似，译起始与真核生物类似，涉及扫描过程涉及扫描过程。古细菌的。古细菌的tRNA有些独特的个性，如三叶草的有些独特的个性，如三叶草的TC臂中缺少胸腺嘧啶，臂中缺少胸腺嘧啶，并在不同的位置有些核苷酸发生在真细菌与真核生物中并在不同的位置有些核苷酸发生在真细菌与真核生物中未见过的修饰。古细菌由未见过的修饰。古细菌由翻译起始翻译起始tRNA携带的甲硫氨酸携

3、带的甲硫氨酸并非并非N-甲基甲硫氨酸甲基甲硫氨酸，但翻译和延伸因子与真核生物类，但翻译和延伸因子与真核生物类似。似。 1) 发夹结构由翻译起始复合物eIF4A解除2) 解除发夹结构需要能量.1) IRES: internal ribosome entry site2) IRES的作用: 核糖体可以IRES直接结合起始翻译, 无需扫描. 适合无帽结构mRNA, 多顺反子的内部起始翻译.3) 例子: 无加帽的细胞自身的mRNA和病毒的无加帽mRNA; SV40重叠基因的mRNA内部翻译起始.蛋白质加工蛋白质加工:1) 引导肽或导肽的切除引导肽或导肽的切除.2) 将多肽链可变剪切产生顺序重叠功能各异

4、将多肽链可变剪切产生顺序重叠功能各异 蛋白质蛋白质.3) 切除蛋白质内部顺序切除蛋白质内部顺序, 连接两侧顺序连接两侧顺序.蛋白质修饰蛋白质修饰: 将蛋白质中的氨基酸进行修饰将蛋白质中的氨基酸进行修饰, 添加不同的添加不同的化学基团化学基团.细胞质中合成的线粒体蛋白质含有前序列细胞质中合成的线粒体蛋白质含有前序列(presequence),类似叶绿体蛋白质的靶向导肽类似叶绿体蛋白质的靶向导肽, 进入线粒体时被切除进入线粒体时被切除.1) 所谓内切肽是指翻译产生的多肽序列中所谓内切肽是指翻译产生的多肽序列中被切除的内部多肽顺序被切除的内部多肽顺序.2) 含有内切肽的蛋白质必需将内切肽切除含有内切

5、肽的蛋白质必需将内切肽切除才能成为成熟的蛋白质才能成为成熟的蛋白质.3) 目前已在古细菌目前已在古细菌,真细菌和真核生物中发真细菌和真核生物中发现现130多种具内切肽的蛋白质多种具内切肽的蛋白质.4) 内切肽的切除机制基本相同内切肽的切除机制基本相同. 添加的基团添加的基团 修饰的残基修饰的残基(s) 可逆性可逆性 Phosphoryl tyr, ser,thr, his yes Methyl lys yes Acetyl lys, N-terinus yes(lys) Hydroxyl pro, lys no Carboxyl glu no Sugars ser, thr, hydroxyp

6、ro,asn no Myristyl cys, his no Glycoophospholipid C-terminus no Prenyl cys no ADP-ribose ? yes 泛素化泛素化 lys no -1) 真核生物细胞质中真核生物细胞质中80%的蛋白质均被乙酰基化的蛋白质均被乙酰基化.2) 细菌中绝大多数蛋白质起始氨基酸甲硫氨酸被细菌中绝大多数蛋白质起始氨基酸甲硫氨酸被 甲基化甲基化, 即甲硫甲酰氨酸即甲硫甲酰氨酸.3) 焦谷氨酸焦谷氨酸(pyroglutamate )为蛋白质为蛋白质N-端的谷氨端的谷氨 酸或谷氨酰胺形成的环酰胺酸或谷氨酰胺形成的环酰胺(cyclic am

7、ide).4) 豆蔻酰化豆蔻酰化(myristoylation) 为信号传导蛋白为信号传导蛋白N-端端 甘氨酸在翻译时发生的脂化分子甘氨酸在翻译时发生的脂化分子1) 蛋白质降解的场所及装置.2) 蛋白质降解受严格的程序控制.3) 蛋白质降解的标签或信号-泛素.4) 蛋白质选择性降解的过程-泛素化5) 蛋白质降解是一个涉及众多生物学功能的环节.6) 蛋白质降解与基因表达调控.动物细胞的溶酶体动物细胞的溶酶体(lysosome)是蛋白质降解场所是蛋白质降解场所.1）毁坏盒毁坏盒 人类蛋白质人类蛋白质IB和和-catenin以及以及HIV病病 毒毒Vpu蛋白含有蛋白含有-Asp-Ser-Gly-X-

8、X-Ser-序列，细胞周序列，细胞周 期蛋白（期蛋白（cyclin）A、B1和和B2含有识别顺序含有识别顺序-Arg- Leu-Gly-X-X-X-Ile-Gly-，也是蛋白质磷酸化的位点，也是蛋白质磷酸化的位点 （Laney Jeffrey D. and Mark Hochstrasser.，1999）。）。2）降解子降解子 酵母中发现至少有酵母中发现至少有10种不同的蛋白质降解种不同的蛋白质降解 信号氨基酸基序，它们包括：信号氨基酸基序，它们包括：1）N端降解子端降解子 （N degron），位于蛋白质），位于蛋白质N端的一段氨基酸顺序。端的一段氨基酸顺序。3）PEST序列序列 一段位于蛋

9、白质内部的富含脯氨酸一段位于蛋白质内部的富含脯氨酸 （P）、谷氨酸（）、谷氨酸（E）、丝氨酸（）、丝氨酸（S）和苏氨酸（）和苏氨酸（T） 的顺序。的顺序。lOn average, a proteins half-life correlates with its N-terminal residue. This is called the N-end rule. 蛋白质半衰期取决于蛋白质半衰期取决于N-端残基的现象称位端残基的现象称位N-端端规法则规法则: Met, Ser, Ala, Thr, Val, or Gly: 半衰期少于半衰期少于20 hs. Phe, Leu, Asp, Lys,

10、or Arg : 半衰期为半衰期为3 min或少于或少于 3min. l内部富含内部富含Pro (P), Glu (E), Ser (S) and Thr (T) (PEST) 的蛋白质的半衰期短于其它蛋白质的蛋白质的半衰期短于其它蛋白质.多细胞生多细胞生物细胞内物细胞内蛋白质降蛋白质降解有两条解有两条主要路主要路线线:1.膜膜蛋白和胞蛋白和胞外内吞的外内吞的蛋白质在蛋白质在溶酶体中溶酶体中降解降解;2.细细胞内蛋白胞内蛋白质在蛋白质在蛋白酶体降解酶体降解.1) 需要降解的蛋白质需要贴上一个标签需要降解的蛋白质需要贴上一个标签泛素多肽泛素多肽,这一这一过程称为蛋白质的过程称为蛋白质的泛素化泛素

11、化.2) 蛋白质蛋白质泛素化系统泛素化系统由由3个组分个组分构成：构成： 1. 一个称为一个称为泛素激活酶泛素激活酶E1，它可利用水解，它可利用水解ATP释放的释放的能量以其胱氨酸残基（能量以其胱氨酸残基（Cys）的巯基与泛素）的巯基与泛素C-端的甘氨端的甘氨 酸残基（酸残基（Gly）形成高能硫脂键。）形成高能硫脂键。 2. 连接在连接在E1上的泛素然后被转移到另一个上的泛素然后被转移到另一个泛素结合蛋泛素结合蛋白白E2上。上。 3.同时被选中的靶蛋白与第三个组分即靶蛋白同时被选中的靶蛋白与第三个组分即靶蛋白泛素连泛素连接酶接酶E3结合。结合。E2然后将与其连接的泛素转移到靶蛋白然后将与其连接

12、的泛素转移到靶蛋白 上，并与靶蛋白赖氨酸残基（上，并与靶蛋白赖氨酸残基（Lys）-NH2基团形成基团形成 异肽键（异肽键（isopeptidebond），），E2被释放。选择哪个蛋被释放。选择哪个蛋 白质进行泛素化主要取决于白质进行泛素化主要取决于E2和和E3 。Ubiquitin (originally, Ubiquitous Immunopoietic Polypeptide) was first identified in 1975 as an 8.5 kDa protein of unknown function expressed universally in living cell

13、s. The basic functions of ubiquitin and the components of the ubiquitination pathway were elucidated in the early 1980s in ground breaking work performed by Aaron Ciechanover, Avram Hershko and Irwin Rose for which the Nobel Prize in Chemistry was awarded in 2004. Poly-ubiquitination, the process in

14、 which a chain of at least four ubiquitin peptides are attached to a lysine on a substrate protein, most commonly results in the degradation of the substrate protein via the proteasome. Apparently, at least four ubiquitins are required on a substrate protein in order for the proteasome to bind and t

15、herefore degrade the substrate (though there are examples of non-ubiquitinated proteins being targeted to the proteasome). Mono-ubiquitination, the process in which a single ubiquitin peptide is bound to a substrate, initiates cell signaling by allowing other proteins that contain ubiquitin binding

16、domains to interact with the mono-ubiquitinated substrate. Mono-ubiquitination has been associated with targeting of membrane proteins to the lysosome, for example. 19S调节复合物含调节复合物含ATP酶酶,可将蛋白质去折叠送入蛋白酶体内腔可将蛋白质去折叠送入蛋白酶体内腔, 被降被降解生成的多肽链从蛋白酶体另一侧解生成的多肽链从蛋白酶体另一侧11S复合物的孔道离开蛋白酶体复合物的孔道离开蛋白酶体.免疫应激反应借助磷酸化促使转录抑制蛋

17、白降解免疫应激反应借助磷酸化促使转录抑制蛋白降解, 启动相关启动相关基因的表达基因的表达.人类乳头状瘤病毒人类乳头状瘤病毒（papillomavirus， HPV）可引起男女可引起男女性器官癌症，其致性器官癌症，其致病机制是破坏人体病机制是破坏人体细胞内阻止异常分细胞内阻止异常分裂的系统，清除肿裂的系统，清除肿瘤抑制蛋白瘤抑制蛋白p53p53。HPVHPV生产一种特别生产一种特别的蛋白质的蛋白质E6E6与与p53p53和和E3E3结合，使结合，使p53p53泛素化然后降解。泛素化然后降解。 人类的爱滋病由人类的爱滋病由HIVHIV（Human immunodeficiency Human im

18、munodeficiency virus, virus, 人类免疫缺陷病毒）病毒引起，它可人类免疫缺陷病毒）病毒引起，它可攻击淋巴系统攻击淋巴系统T-T-细胞最终使免疫系统瘫痪。细胞最终使免疫系统瘫痪。HIVHIV病毒通过其外壳蛋白病毒通过其外壳蛋白gp169gp169与与T-T-细胞表面蛋细胞表面蛋白白CD4CD4结合侵入寄主细胞。当结合侵入寄主细胞。当HIVHIV病毒复制时，病毒复制时，CD4CD4蛋白可与蛋白可与gp169gp169互作抑制病毒扩增。为了解互作抑制病毒扩增。为了解除寄主主细胞的阻抑效应，除寄主主细胞的阻抑效应，HIVHIV编码了一个称编码了一个称为为VpuVpu的蛋白，后者可专一性地同时与的蛋白，后者可专一性地同时与CD4CD4和和E3E3复合物结合，使复合物结合