蛋白质合成,加工与运输

第四章

蛋白生物合成、

加工成熟及输运蛋白质合成,加工与运输共35页，您现在浏览的是第1页!节蛋白生物合成概述复制(replication);转录(transcription);反转录(reversetranscription);蛋白质翻译(translation)中心法则：复制转录RNA蛋白质翻译RNA复制反转录

DNA

加工成熟运输蛋白质合成,加工与运输共35页，您现在浏览的是第2页!一遗传密码：

1.三联体密码：3个核苷酸对应一个氨基酸，共64个2.密码的基本特性：

5’-P,3’-OH密码没有重叠密码无标点

密码具有简并性密码具有摆动性密码的通用性二mRNA及转录:ATP,UTP,GTP,CTP,DNA模板RNA聚合酶mRNA+PPi真核mRNA前体hnRNAmRNA(5’-帽子，polyA尾巴）多顺反子:在原核生物中，一个mRNA可编码多个蛋白单顺反子:在真核生物中，一个mRNA只编码一个蛋白蛋白质合成,加工与运输共35页，您现在浏览的是第3页!三tRNA及反密码子:二级结构为三叶草;三级结构为”倒L”形tRNA的两个活性部位：氨基酸臂和反密码环tRNA的搬运和接头功能蛋白质合成,加工与运输共35页，您现在浏览的是第4页!五蛋白生物合成:

1氨基酸活化（氨酰tRNA合成）:aa-COOH+tRNA-3’OH氨酰tRNA合成酶

aa-tRNA每一种aa至少有一种氨酰tRNA2蛋白合成启动:起始氨酰tRNA进入(Met-tRNAi;fMet-tRNA)

蛋白质合成,加工与运输共35页，您现在浏览的是第5页!3肽链延伸:在延伸因子Ts-Tu帮助下沿NC端合成肽链。催化肽建合成的是位于大亚基上的肽酰移位酶。每延伸一次消耗2分子GTP（入位、移位）蛋白质合成,加工与运输共35页，您现在浏览的是第6页!第二节蛋白前体加工及成熟一加工类型:

1N-末端和C-末端的修饰：在甲酰化酶和氨肽酶的作用下切除起始Met或fMet，有的还被进一步乙酰化；C-末端残基有时也被修饰。2-S-S-键的形成：在生物体内是由专一酶(PDI)所催化3aa的修饰：①甲基化：对Arg、His、Lys、Glu等进行甲基化修饰②磷酸化：Ser,Thr,Tyr的单酯；如牛奶酪蛋白Arg,His,Lys等的磷酰亚胺等，③羟化：ProHyp等；

④

Pro顺反异构化(PPI所催化)蛋白质合成,加工与运输共35页，您现在浏览的是第7页!二激素与激素原:1概念：如胰岛素原(81aa)类胰蛋白酶切除C肽(30aa)类羧肽酶B成熟胰岛素(51aa)原肽(propeptide):其两侧含有成对碱性aa。含原肽的蛋白叫原蛋白2原肽的功能:①维持肽链具有一定长度或连续性②被切除的原肽具有其他生物学功能③正确定位-s-s-④可形成多聚蛋白:

前脑啡肽:6×Met脑啡肽+1×Leu脑啡肽Arg32Arg31Arg60Lys59COOHH２ＮＳＳＳＳA肽B肽C肽S-S蛋白质合成,加工与运输共35页，您现在浏览的是第8页!2、胰凝乳酶原激活：酶原含有245aa，经历两次加工成为活性凝乳蛋白酶步：酶原-凝乳酶（胰蛋白酶催化）第二步：-凝乳酶相互催化，去除两个二肽成为含三个肽段的活性蛋白酶NC1245-凝乳酶相互作用Ser14-Arg15Thr147-Asn148SSSSS-SS-SS-S胰蛋白酶SSSSS-SS-SS-SArg15NC124515SSSSS-SS-SS-S-凝乳酶NC12451316146149-凝乳酶蛋白质合成,加工与运输共35页，您现在浏览的是第9页!3、胃蛋白酶原激活：由胃壁腺细胞分泌酶原中活性中心已存在，在中性条件下被封闭酶原前体片断(44aa,碱性)：6×Lys+1×Arg结构蛋白(酸性):酸性侧链盐键

PH<5时羧基质子化盐键断裂构象重排

活性中心暴露自我催化胃蛋白酶+前体片段◎前胰岛素原（N-信号肽+胰岛素原-C）信号肽酶

跨膜分泌信号肽（24aa）+胰岛素原胰岛素+C肽（30aa）蛋白质合成,加工与运输共35页，您现在浏览的是第10页!细胞内蛋白质运输存在两类不同的运输机制：翻译后运送，如蛋白跨越细胞器

细胞内运输机制边翻译边运送，如蛋白跨越内质网二信号肽引导的蛋白跨内质网运输：1信号肽及结构:粗糙内质网核糖体合成三类主要蛋白：①溶酶体蛋白②分泌到胞外的蛋白③构成脂膜骨架的蛋白某些分泌蛋白、分泌途径的膜蛋白N末端有一段延伸的肽段，可引导蛋白质跨内质网膜，称为信号肽。信号肽跨膜之后一般被信号肽酶水解去除。胰细胞蛋白质合成,加工与运输共35页，您现在浏览的是第11页!2.信号肽引导的蛋白跨内质网膜过程：属于边翻译边运输过程：识别停泊跨膜水解（1）识别:当蛋白质合成50-70个aa时，蛋白N-端从核糖体中冒出头，信号识别蛋白（SRP）识别并结合到信号肽中部疏水部分，肽合成终止。随后在SRP引导下，SPR-核糖体-信号肽三元复合体趋向内质网表面。信号识别蛋白SRP（singalrecognitionparticle）：Mr=32500，由一个7SRNA+6×Pr组成功能域：①识别信号肽②干扰进入核糖体的氨酰-tRNA与肽酰移位酶作用，中止肽合成蛋白质合成,加工与运输共35页，您现在浏览的是第12页!蛋白质跨内质网过程：蛋白质合成,加工与运输共35页，您现在浏览的是第13页!3.膜蛋白跨膜过程：膜蛋白将整合到膜上，而不是跨膜膜蛋白跨膜过程：蛋白肽链接近C-端处，一般有一由11~25个疏水aa和一些紧随其后碱性aa构成的序列，称为终止转移序列（stoptransfersequence）。终止转移序列可被PCC识别，后打开磷脂双分子层内部的横向通道，使蛋白沿磷脂双分子层向其内部整合。转移完毕后，PCC两通道同时关闭。目前可能参与PCC构建的多种蛋白质已经得到分离蛋白质合成,加工与运输共35页，您现在浏览的是第14页!2.导肽的功能：

(1)识别特征细胞器:导肽与受体蛋白结合有相对专一性(2)导肽的不同片断含有不同的信息。例如：线粒体Cytc1，它的导肽（61aa）经历两次水解，段信息引导蛋白进入线粒体基质；第二段信息引导进入内外膜间隙。(3)导肽对被牵引蛋白无特异性要求，Cytc1导肽可以牵引小鼠二氢叶酸还原酶到线粒体相应部位。3.导肽与基质蛋白跨膜过程：

胞质前体ATP

解折叠(接近线性)导肽

与膜受体结合

Hsp70

牵引

ATP

在内外膜接触点上一次跨双层膜信号肽水解

跨膜或先跨外膜，水解段导肽后再跨内膜

Hsp60结合蛋白重折叠成熟蛋白蛋白质合成,加工与运输共35页，您现在浏览的是第15页!跨膜后被切除，含疏水性的停止转移序列，蛋白被安插到内膜。内膜TOMTIM23结构类似于N端信号序列，但位于蛋白质内部。内膜TOMTIM23为线粒体代谢物的转运蛋白，如腺苷转位酶，具有多个内部信号序列和停止转移序列，形成多次跨膜蛋白。内膜TOMTIM22蛋白质合成,加工与运输共35页，您现在浏览的是第16页!示例：类囊体膜蛋白Lhcb1①前体Lhcb1(在胞质中)转运肽，cpRSP54跨叶绿体内外膜

Hsp70，GTP②蛋白N-端进入基质，转运肽即被水解③个滞留片段（-Glu-X-X-His-X-Arg-）使Lhcb1停留在类囊体膜上。其中的His和Glu/Arg对与叶绿素和叶黄素结合，并启动Lhcb1折叠。若无足够叶绿素，Lhcb1将会退回到细胞质中，被水解掉。④第二个滞留片段（-Glu-X-X-Gln-X-Arg-）使Lhcb1的C-端停留在类囊体膜上。其中的Gln和Glu/Arg对与两个叶绿素结合，否则Lhcb1将会被运到基质中被水解掉。⑤Lhcb1与叶绿素及其它色素结合，并完成构象调整。Lhcb1的跨膜是成熟、装配、折叠同步进行，受多因素调控

基质叶绿体基质类囊体外膜内膜进入液泡蛋白质合成,加工与运输共35页，您现在浏览的是第17页!2核内蛋白运输机制：核孔复合体(NPCs，nuclearporeplexes)核膜表面的核孔中间结合着的一个圆筒形的亲水通道。长约15nmφ=9nm，是一个大而复杂的细胞器。

蛋白质合成,加工与运输共35页，您现在浏览的是第18页!

注:①NLS只是帮助蛋白和-亚基结合,在NPC纤毛作用下跨膜②转运过程不需要将肽链打开和重折叠。③NLS帮助识别转运蛋白,但不识别核孔复合物

④NPC本身不和核膜脂双层相互作用，所以不能帮助蛋白整合到核膜上。

小结:边翻译边运送机制：蛋白跨内质网蛋白质跨膜运送

翻译后运送机制：蛋白跨多种细胞器，包括线粒体、叶绿体、细胞核以及溶酶体等等蛋白质合成,加工与运输共35页，您现在浏览的是第19页!四核糖体:大亚基功能位点：A位点:结合氨酰tRNAP位点:肽酰基位点E位点:空载tRNA位点小亚基功能位点：结合mRNA核糖体亚基PrRNA原核70S30S50S21个34个16S5s和23S真核80S40S60S30个50个18S5S和28S(5.8S)蛋白质合成,加工与运输共35页，您现在浏览的是第20页!iiiiii蛋白质合成,加工与运输共35页，您现在浏览的是第21页!4蛋白合成终止及释放:蛋白质合成,加工与运输共35页，您现在浏览的是第22页!4异戊二烯基团等的附加：某些真核蛋白需要被异戊二烯化，异戊二烯来自胆固醇合成，以硫醚键与Cys连接。如：ras肿瘤基因产物、G蛋白等5糖侧链连接：某些糖蛋白在合成时或合成后，被共价连接上单糖、寡糖或多糖侧链。连接方式为与Asn形成氮连寡糖链（内质网腔）；或与羟基aa形成氧连寡糖链（高尔基体）6辅基的附加：一般是在多肽离开核糖体后才加入的，如Cytc的血红素辅基；乙酰辅酶A羧化酶的生物素辅基等。7多余肽段的切除：前体蛋白需切除部分肽段后，才显示生物活性，肽段种类不同，对蛋白成熟具有不同的意义。蛋白质合成,加工与运输共35页，您现在浏览的是第23页!三酶与酶原:酶原（zymogen，proenzyme）：无活性的酶蛋白前体酶原激活：无活性酶原活性酶分子，是酶活性中心形成或暴露的过程。1、胰蛋白酶原的激活：胰蛋白酶原由胰脏细胞分泌，在小肠中被激活激活在肠激酶或已经激活的胰蛋白酶作用下从N-端水解去除六肽胰蛋白酶原的激活是酶活性中心形成的过程

SSN-IleS-SX-Ser195His57Asp102S-SSSX-Ser195N-Val-(Asp)4-Lys-Ile-Val-Gly-His57肠激酶六肽蛋白质合成,加工与运输共35页，您现在浏览的是第24页!凝乳蛋白酶酶原激活过程中蛋白构象变化：

胰酶切断Arg15-Ile16之后，Ile16内转并以其氨基与酶分子内部的Asp194-COOH发生静电作用，形成盐键，稳定初步激活形式。

Met192从分子内部移动至表面Gly187和Gly193更加伸展最终在分子表面形成一个允许芳香族及较大侧链非极性基团进入的底物专一性部位——一个“大口袋”蛋白质合成,加工与运输共35页，您现在浏览的是第25页!第三节信号肽与

细胞内蛋白跨膜运输定位一信号假说（signalhypothesis）：由Blobel1971年提出信号肽理论70年代末发现并破译个信号序列80年代初发现两个功能蛋白:信号识别蛋白(SRP),停泊蛋白(DP)90年代在内质网上找到了神秘的蛋白通道1999年，Blobel因信号理论获得Nobel生理/医学奖蛋白质合成,加工与运输共35页，您现在浏览的是第26页!信号肽广泛存在于真核及原核中，结构上没有专一性，进化上也没有高度保守性信号肽的结构特点:1.信号肽一般由10-30aa残基组成，平均15个左右2.N-端至少有一个带正电荷的碱性aa，一般4-5个.3.中间部分有12-14个aa的疏水区，易于形成-helix，这些疏水aa若有一个被替换，信号肽即丧失功能4.C-端与结构蛋白相连部位为富含Ala的片段，易于形成-sheet，是信号肽酶的识别和切割位点。5.信号肽不一定位于蛋白的N-末端。如卵清蛋白的信号肽位于中部。6.某些膜蛋白的信号肽在跨膜之后不被水解掉。CytP4507.某些复杂膜蛋白可含有不只一个信号肽，如视蛋白Opsin蛋白质合成,加工与运输共35页，您现在浏览的是第27页!（2）停泊(入坞)：三元复合体在SPR引导下与内质网上的停泊蛋白（DP）结合。DP与SPR相互作用，肽合成继续，SRP释放停泊蛋白DP:dockingprotein：DP为二聚体：亚基（69000）+β亚基（30000）（3）跨膜：DP引起内质网上核糖体受体蛋白聚集，后者在膜上有形成孔道的能力——蛋白质传导通道（PCC，protein-conductingchannel）PCC内径只有约2nm，传导通道+信号肽(配体)边翻译边运送

肽进入内质网（4）水解：跨膜后蛋白经信号肽酶水解去除信号肽后成熟，成熟蛋白在内质网腔中加工、折叠，而PCC关闭。蛋白质合成,加工与运输共35页，您现在浏览的是第28页!

糖蛋白核心寡糖链的合成蛋白质合成,加工与运输共35页，您现在浏览的是第29页!三蛋白跨细胞器运送：属于翻译后运输机制

(一)线粒体蛋白的跨膜运输：导肽(Leaderpeptide)：线粒体蛋白N末端一段延伸的肽段可识别线粒体，引导蛋白跨膜，对蛋白进行定位。

1导肽结构特征：①导肽是由20-80个aa残基构成的片断②富含带正电荷的碱性aa，特别是Arg，通常分散在不带电荷aa之间。不可被不带电荷的aa取代。③几乎不含带负电的酸性aa④羟基aa特别是丝氨酸的含量较高⑤导肽有形成两亲-helix的倾向

蛋白质合成,加工与运输共35页，您现在浏览的是第30页!4不同线粒体蛋白的导肽及运输定位导肽序列定位转运复合物导肽的位置位于N端，富含带正电荷和疏水的氨基酸，形成两性-螺旋，转运后被切除基质TOMTIM23不被切除，含疏水性的停止转移序列，被安插到外膜。外膜TOM含两个信号序列，先转运到基质，个信号序列被切除，第二个信号序列引导蛋白进入内膜或膜间隙膜间隙TOMTIM23负责将蛋白运过