第五节蛋白质合成后的加工及转运

一、蛋白质合成后的细胞定位：1、蛋白质是在细胞中游离的核糖体上或者是在糙面内质网上的核糖体上合成的。2、蛋白质合成后需要运转到特定的位点起作用：（1）、内质网驻留蛋白、高尔基体驻留蛋白质、溶酶体蛋白质、分泌蛋白质、膜蛋白等这些蛋白是由位于糙面内质网上的核糖体合成的。然后进入内质网腔或内质网膜。当前1页，总共73页。进入内质网腔中蛋白质经过高尔基体，然后成为溶酶体蛋白或成为分泌蛋白。进入到内质网膜的蛋白质经过膜泡运输而成为各种内膜蛋白和细胞膜蛋白。当前2页，总共73页。（2）、对于线粒体、叶绿体来说虽然可以合成一些蛋白质，但大部分蛋白质是由核基因编码的，并且是由位于胞质中的游离核糖体合成的。（3）、对于细胞核中的蛋白质来说，它们也是由游离核糖体合成，然后输入到细胞核中的。这些蛋白质合成后的定位机制是什么？当前3页，总共73页。3、蛋白质细胞分选的机制－信号假说：（1）、假说的发现：

C.Milstein（1972）发现从骨髓瘤细胞提取的免疫球蛋白分子N端要比分泌到细胞外的N端多出一段。G.Blobel和D.Sabatini等根据进一步的实验，提出了信号假说（Signalhypothesis）：认为蛋白质上存在信号肽，指导蛋白质转至内质网上。Blobel因此项发现获1999年诺贝尔生理医学奖。当前4页，总共73页。（2）、蛋白质定位的信号：A、信号序列（signalsequence）：存在于蛋白质一级结构上的线性序列，通常15-60个氨基酸残基，可以指导新合成的蛋白质发生定向转移。有些信号序列在完成蛋白质的定向转移后被信号肽酶（signalpeptidase）切除.信号序列当前5页，总共73页。B、信号斑（signalpatch）：存在于完成折叠的蛋白质中，构成信号斑的信号序列之间可以不相邻，折叠在一起构成蛋白质分选的信号。信号斑当前6页，总共73页。功能信号序列输入细胞核-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-输出细胞核-Leu-Ala-Leu-Lys-Leu-Ala-Gly-Leu-Asp-Ile-输入线粒体+H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu-输入过氧化物酶体-Ser-Lys-Leu-COO-（3）、一些典型的定位信号

输入内质网+H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys-Glu-Val-Phe-Gln-返回内质网Lys-Asp-Glu-Leu-COO-（KDEL）当前7页，总共73页。二、蛋白质合成后的转运：（一）、转运的方式；（二）、进入到内质网中的蛋白质的运转；（三）、进入叶绿体中、线粒体、细胞核中的蛋白质的运转；（四）、进入到高尔基体、溶酶体、及细胞外蛋白质的运转－膜泡运输。当前8页，总共73页。（一）、蛋白质运输的途径

蛋白质的分选运输途径主要有三类：1、门控运输（gatedtransport）：如核孔可以选择性的主动运输大分子物质和RNP复合体。2、跨膜运输（transmembranetransport）：蛋白质通过跨膜通道进入目的地。如细胞质中合成的蛋白质在信号序列的引导下，通过线粒体上的转位因子进入线粒体或叶绿体中。当前9页，总共73页。3、膜泡运输（vesiculartransport）：蛋白质被选择性地包装成运输小泡，定向转运到靶细胞器。如内质网向高尔基体的物质运输、高尔基体分泌形成溶酶体、细胞摄入某些营养物质或激素，都属于这种运输方式。这几种运输机制都涉及信号序列的引导和靶细胞器上受体蛋白的识别。当前10页，总共73页。（二）、进入到内质网中的蛋白质的运转：1、进入到内质网中的蛋白质的分子基础；2、蛋白质进入到内质网腔的过程；3、蛋白质进入到内质网膜的过程。当前11页，总共73页。1、分子基础

①信号肽（signalpeptide），是引导新合成肽链转移到内质网上的一段多肽，位于新合成肽链的N端，一般16~30个氨基酸残基。由于信号肽是引导肽链进入内质网腔的一段序列，又称开始转移序列（starttransfersequence）。蛋白质信号序列PreproalbuminMet-Lys-Trp-Val-Thr-Phe-Leu-Leu-Leu-Leu-Phe-Ile-Ser-Gly-Ser-Ala-Phe-Ser↓Arg．．．Pre-IgGlightchainMet-Asp-Met-Arg-Ala-Pro-Ala-Gln-Ile-Phe-Gly-Phe-Leu-Leu-Leu-Leu-Phe-Pro-Gly-Thr-Arg-Cys↓Asp．．．PrelysozymeMet-Arg-Ser-Leu-Leu-Ile-Leu-Val-Leu-Cys-Phe-Leu-Pro-Leu-Ala-Ala-Leu-Gly↓Lys．．．蛋白质信号序列PreproalbuminMet-Lys-Trp-Val-Thr-Phe-Leu-Leu-Leu-Leu-Phe-Ile-Ser-Gly-Ser-Ala-Phe-Ser↓Arg．．．Pre-IgGlightchainMet-Asp-Met-Arg-Ala-Pro-Ala-Gln-Ile-Phe-Gly-Phe-Leu-Leu-Leu-Leu-Phe-Pro-Gly-Thr-Arg-Cys↓Asp．．．PrelysozymeMet-Arg-Ser-Leu-Leu-Ile-Leu-Val-Leu-Cys-Phe-Leu-Pro-Leu-Ala-Ala-Leu-Gly↓Lys．．．蛋白质信号序列PreproalbuminMet-Lys-Trp-Val-Thr-Phe-Leu-Leu-Leu-Leu-Phe-Ile-Ser-Gly-Ser-Ala-Phe-Ser↓Arg．．．Pre-IgGlightchainMet-Asp-Met-Arg-Ala-Pro-Ala-Gln-Ile-Phe-Gly-Phe-Leu-Leu-Leu-Leu-Phe-Pro-Gly-Thr-Arg-Cys↓Asp．．．PrelysozymeMet-Arg-Ser-Leu-Leu-Ile-Leu-Val-Leu-Cys-Phe-Leu-Pro-Leu-Ala-Ala-Leu-Gly↓Lys．．．当前12页，总共73页。②信号识别颗粒（signalrecognitionparticle，SRP），由几种结构不同的多肽组成，结合一个7SRNA，属于一种核糖核蛋白(ribonucleoprotein)。SRP与信号序列结合，导致蛋白质合成暂停。Thesignal-recognitionparticle(SRP)当前13页，总共73页。

③转移通道：存在与内质网膜上的跨膜通道。④

SRP受体（SPRreceptor），是膜的整合蛋白，为异二聚体蛋白，存在于内质网上，可与SRP特异结合。⑤停止转移序列（stoptransfersequence），肽链上的一段特殊序列，与转移通道蛋白亲合力很高，能阻止肽链继续进入内质网腔。蛋白质转移通道当前14页，总共73页。2、内质网上蛋白质进入ER腔的过程a、游离核糖体先与mRNA分子结合，翻译信号肽序列。b.信号肽与SRP结合形成SRP核糖体复合物。导致翻译的暂停。c.SRP核糖体复合物与内质网的SRP受体结合，并促进核糖体大亚基与内质网上的核糖体受体相结合。d.SRP与核糖体分离，循环使用。当前15页，总共73页。当前16页，总共73页。e、转移通道的开启与关闭膜上存在一个直径1.5nm的孔道，平时由Bip蛋白封闭。当新生肽链达70个氨基酸左右的长度时，转移通道开启，信号肽结合在通道上。合成蛋白通过内质网膜人腔，一旦合成结束，Bip蛋白又将孔道封闭转移通道的开启当前17页，总共73页。f、蛋白质进入ER腔信号肽的切除；信号肽移到脂双层中，最终被降解；当前18页，总共73页。3、内质网膜整合蛋白的定位机制(1)、对于单一跨膜片段的跨膜蛋白：肽链中存在第二个疏水片段－停止转移序列；当前19页，总共73页。(2)、对于两个跨膜片段的膜蛋白：起始转移序列存在于肽链的内部，同时还存在着另一段停止转移序列；当前20页，总共73页。(3)、对于具有多次跨膜片段的膜蛋白：存在多对起始转移序列和停止转移序列。当前21页，总共73页。（三）、线粒体蛋白质的转运（1）、转位因子（translocator）：位于线粒体内膜上或者是外膜上，由两部分构成，受体和蛋白质通过的孔道。

受体蛋白：TOM复合体，TIM复合体，OXA复合体；

孔道：GIP孔道。1、转移的分子基础主要包括转位因子、信号肽。当前22页，总共73页。（1）、TOM复合体

负责通过外膜，进入膜间隙。在酵母中TOM70负责转运内部具有信号序列的蛋白，TOM20负责转运N端具有信号序列的蛋白，TOM复合体的通道被称为GIP（generalimportpore）当前23页，总共73页。（2）、TIM复合体TIM23负责将进入膜间隙的蛋白质转运到基质，也可将某些蛋白质安插在内膜；TIM22负责将细胞质合成的线粒体蛋白（主要是与线粒体代谢物转运有关的蛋白质），如ADP／ATP和磷酸的转运蛋白插入内膜；当前24页，总共73页。（3）、OXA复合体负责将线粒体自身合成的蛋白质插到内膜上，同样也可使经由TOM／TIM复合体进入基质的蛋白质插入内膜。当前25页，总共73页。2、前体蛋白信号序列

①多位于肽链的N端，由大约20个氨基酸构成；此外有些信号序列位于蛋白质内部，完成转运后不被切除，还有些信号序列位于前体蛋白C端。②信号肽经常形成alpha螺旋，其中没有带负电荷的氨基酸，带正电荷的氨基酸残基和不带电荷的疏水氨基酸残基分别位于螺旋的两侧，认为这个螺旋与转位因子的识别有关；③对所牵引的蛋白质没有特异性要求，非线粒体蛋白连接上此类信号序列，也会被转运到线粒体。（1）、特点：当前26页，总共73页。前体蛋白信号序列特点当前27页，总共73页。3、蛋白质输入线粒体的过程（1）、进入外膜的蛋白：具有N端信号序列，其后还有疏水性序列作为停止转移序列，然后蛋白质被TOM复合体安装到外膜上，如线粒体的各类孔蛋白。当前28页，总共73页。（2）、进入线粒体基质蛋白质：可以先通过TOM复合体进入膜间隙，然后通过TIM复合体进入基质。也可以通过线粒体内、外膜间的接触点，一步进入基质，在接触点上TOM与TIM协同作用完成蛋白质向基质的输入。当前29页，总共73页。（3）、进入线粒体内膜和膜间隙的蛋白：①蛋白N端具有两个信序列，首先被运送到基质，然后N端信号肽被切除，暴露出导向内膜的信号序列，在OXA的帮助下插入内膜。如果第二段信号序列被内膜外表面的异二聚体内膜蛋白酶切除，则成为膜间隙蛋白。当前30页，总共73页。②N端信号序列的后面有停止转移序列，能与TIM23复合体结合，当进入基质的信号序列被切除后，脱离转位因子复合体而进入内膜，如果插入膜中的部分又被酶切除，侧成为定位于膜间隙的蛋白。当前31页，总共73页。③线粒体内膜上的多次跨膜蛋白，内部包含多对开始转移序列和停止转移序列，可被TIM复合体插到内膜上。当前32页，总共73页。（四）、叶绿体的蛋白质转运

叶绿体蛋白的转运机理与线粒体的相似。但转位因子复合体是不同的。叶绿体外膜的转位因子被称为TOC复合体，内膜的转位因子被称为TIC复合体。叶绿体前体蛋白的N端信号序列长度为20－150个氨基酸残基。分为3个部分：N端缺乏带正电荷的氨基酸，以及甘氨酸和脯氨酸；C端形成β折叠；中间富含羟基化的氨基酸，如丝氨酸和苏氨酸。当前33页，总共73页。（四）、叶绿体的蛋白质转运

转运到基质的前体蛋白具有典型的N端序列。转运到叶绿体内膜和类囊体膜的前体蛋白含有两个N端信号序列，第一个被切除后，暴露出第二个信号序列，将蛋白导向内膜或类囊体膜。叶绿体的蛋白质定向转运当前34页，总共73页。（五）、进入到细胞核的蛋白质的运转：1、核孔的结构及作用；2、核质蛋白上的入核信号；3、核质蛋白入核的辅助蛋白；4、核质蛋白输入细胞核过程；当前35页，总共73页。1、核孔的结构及作用（1）、结构：核孔由至少50种不同的蛋白质构成，称为核孔复合体（nuclearporecomplex，NPC）。一般哺乳动物细胞平均有3000个核孔。细胞核活动旺盛的细胞中核孔数目较多，反之较少。当前36页，总共73页。核孔是呈圆形或八角形。主要包括以下几个部分：①胞质环（cytoplasmicring），位于核孔复合体胞质一侧，环上有8条纤维伸向胞质；②核质环（nuclearring），位于核孔复合体核质一侧，上面伸出8条纤维，纤维端部与端环相连，构成笼子状的结构；③转运器（transporter），核孔中央的一个栓状的中央颗粒；④辐（Spoke）：核孔边缘伸向核孔中央的突出物。

当前37页，总共73页。

1982年R.Laskey发现核质蛋白的C端有一个信号序列，可引导蛋白质进入细胞核，称作核定位信号（nuclearlocalizationsignal，NLS）。NLS由4-8个氨基酸组成，含有Pro、Lys和Arg。对其连接的蛋白质无特殊要求，并且完成核输入后不被切除。2、核质蛋白上的入核信号：当前38页，总共73页。3、核质蛋白入核的辅助蛋白（1）、Karyopherin：是一类与核孔选择性运输有关的蛋白家族，相当于受体蛋白。其中imporin负责将蛋白从细胞质运进细胞核，exportin负责相反方向的运输。（2）、Ran蛋白：调节货物受体复合体的组装和解体，在细胞核内Ran-GTP的含量远高于细胞质。当前39页，总共73页。4、核质蛋白输入细胞核过程①蛋白与NLS受体，即imporinα/β二聚体结合；②货物与受体的复合物与NPC胞质环上的纤维结合；③纤维向核弯曲，转运器构象发生改变，货物通过；④货物受体复合体与Ran-GTP结合，复合体解散，释放出货物；⑤与Ran-GTP结合的imporinβ，输出细胞核，在细胞质中Ran结合的GTP水解，Ran-GDP返回细胞核重新转换为Ran-GTP；⑥imporinα在核内exportin的帮助下运回细胞质。当前40页，总共73页。核质蛋白输入细胞核过程当前41页，总共73页。（六）、溶酶体蛋白质、分泌蛋白质及膜蛋白的转运－膜泡运输1、膜泡运输的特点；2、衣被类型；3、衣被的形成；4、衣被的解体；5、膜泡运输的过程；当前42页，总共73页。（1）、膜泡运输是一种高度有组织的定向运输;因为细胞器的胞质面具有特殊的膜标志蛋白。决定细胞器识别的膜泡的特异性。1、膜泡运输的特点：当前43页，总共73页。（2）、大多数运输小泡是在内质网膜（或高尔基体膜）的特定区域以出芽的方式产生的。其表面具有一个笼子状的由蛋白质构成的衣被（coat）。这种衣被在运输小泡与靶细胞器的膜融合之前解体。衣被具有两个主要作用：①选择性的将特定蛋白聚集在一起，形成运输小泡；②决定运输小泡的外部特征，如：形状和体积等。当前44页，总共73页。（3）、胞内膜泡运输沿微管或微丝运行；动力来自马达蛋白（motorproteins）；与膜泡运输有关的马达蛋白有3类：动力蛋白（dynein），可向微管负端移动；驱动蛋白（kinesin），可牵引物质向微管的正端移动；肌球蛋白（myosin）,可向微丝的正极运动。

当前45页，总共73页。2、衣被类型已知三类具有代表性的衣被蛋白，即：笼形蛋白（clathrin）、COPI和COPII，每个介导不同的运输途径当前46页，总共73页。（1）、笼形蛋白衣被小泡A、笼形蛋白衣被小泡是最早发现的衣被小泡，介导高尔基体到溶酶体，高尔基体到植物液泡的运输；笼形蛋白衣被小泡的形态当前47页，总共73页。B、笼形蛋白的结构

笼形蛋白分子形成一个具有3个曲臂的形状（triskelion）。许多笼形蛋白的曲臂部分交织在一起，形成一个笼子。笼形蛋白的结构，A电镜照片，B分子模型，C衣被模型当前48页，总共73页。C、衔接蛋白（adaptin）衔接蛋白（adaptin）介于笼形蛋白与配体受体复合物之间，起连接作用。笼形衣被小泡的组成当前49页，总共73页。D、动力素（dynamin）动力素（dynamin）聚集成一圈围绕在芽的颈部，从而导致膜融合，掐断衣被小泡。Clathrin衣被小泡的掐断过程当前50页，总共73页。（2）COPI衣被小泡

负责转运内质网逃逸到高尔基体的蛋白返回内质网。这种衣被蛋白复合体包含多达7种肽链。COPI衣被小泡还可以介导高尔基体不同区域间的蛋白质运输。COPI衣被小泡的形态A、作用：当前51页，总共73页。B、回收原理

内质网的正常驻留蛋白，在C端含有一段回收信号序列（KDEL）高尔基体cis面的膜上受体蛋白可以识别并结合逃逸蛋白，形成COPI衣被小泡将它们返回内质网。KDEL序列当前52页，总共73页。（3）、COPⅡ衣被小泡

介导从内质网到高尔基体的物质运输A、作用：当前53页，总共73页。B、COPⅡ衣被的形成过程（a)、衣被召集GTP酶也叫G蛋白，起分子开关的作用，结合GDP的形式没有活性，位于细胞质中，结合GTP而活化，转位至膜上，能与衣被蛋白结合，促进组装。a、衣被召集GTP酶当前54页，总共73页。（b)、衣被召集GTP酶

COPII衣被小泡的衣被召集GTP酶为Sar1蛋白，负责召集COPII衣被的形成。当前55页，总共73页。鸟苷酸交换因子（GEF）：GEF的作用是使衣被召集GTP酶释放GDP，结合GTP而激活。GTP酶激活蛋白（GTPaseactivatingprotein,GAP）。GAP的作用是激活衣被召集GTP酶的水解活性，使GTP水解，G蛋白失活。（c）、衣被召集GTP酶的调节蛋白当前56页，总共73页。B、Sar1的工作过程

失活状态：Sar1大量存在于细胞质中，与GDP结合的处于失活状态。激活状态：Sar1释放GDP，结合GTP而激活。激活的Sar1暴露出一条脂肪酸的尾巴，插入内质网膜，然后开始召集COPII衣被蛋白，以衣被蛋白为模型形成运输小泡。COPII衣被小泡的组装当前57页，总共73页。C、COPII衣被的解体多数衣被召集GTP酶在GAP作用下水解GTP为GDP时，它催化衣被的解体。当前58页，总共73页。3、膜泡运输的过程：

衣被小泡沿着细胞内的微管运输到靶细胞器，马达蛋白水解ATP提供运输的动力。各类运输小泡准确地和靶细胞器膜融合：是因为运输小泡表面的标志蛋白能被靶细胞器膜上的受体识别；识别过程的两类关键性的蛋白质是：SNAREs（solubleNSFattachmentproteinreceptor）：其介导运输小泡特异性停泊和融合到特定的细胞器上；Rabs（targetingGTPase）：调节运输小泡靠近靶细胞器膜。当前59页，总共73页。（1）、SNAREs

SNAREs的作用是保证识别的特异性和介导运输小泡与目标膜的融合，

SNAREs有两类：位于运输小泡上的叫作v-SNAREs，位于靶膜上的叫作t-SNAREs。t-和v-SNARE当前60页，总共73页。A、v-SNAREs和t-SNAREs识别机理

二者能相互缠绕形成SNAREs复合体（trans-SNAREscomplexes）。当前61页，总共73页。B、小泡的膜与靶膜的融合过程

通过跨SNAREs复合体将运输小泡的膜与靶膜拉在一起，实现运输小泡特异性停泊和融合。当前62页，总共73页。C、SNAREs的分离

NSF（N-ethylmaleimide-sensitivefusionprotein,NSF，N-乙基顺丁烯二酰亚胺—敏感融合蛋白）催化SNAREs复合体的分离，它是一种ATP酶，能够利用ATP作为能量将SNAREs复合体的螺旋缠绕分开。SNARE复合体的解离当前63页，总共73页。（2）、Rabs

Rab属于单体GTP酶，已知30余种。不同膜上具有不同的Rab；结合GDP失活，位于细胞质中，结合GTP激活，位于细胞膜、内膜和运输小泡膜上;调节SNAREs复合体的形成，从而调节运输小泡的停泊和融合。Rab的作用当前64页，总共73页。总结：蛋白质的蛋白质的细胞定位及定向输送

多肽或蛋白质合成后要送往细胞的各个部分，以行使各自的生物功能。

真核细胞质核糖体合成的蛋白质

胞浆内质网线粒体细胞核细胞膜高尔基体溶酶体分泌到胞外当前65页，总共73页。三、蛋白质合成后的折叠及加工修饰：（一）、蛋白质合成后的折叠；（二）、蛋白质合成后的加工修饰；当前66页，总共73页。（