游离核糖体上合成的蛋白质的归宿专家讲座

在细胞质溶质核糖体上合成多肽，除部分贮留在细胞质中外，多数最终要被运输到靶细胞器中，它们在很大程度上决定了细胞器结构与功效。因为细胞器种类不一样，对应蛋白质到靶细胞器定位过程也不尽相同。但它们转运机理与内质网膜上合成蛋白质转运基本相同，都须要有肽链信号序列引导。五、游离核糖体上合成蛋白质归宿第六节蛋白质细胞定位游离核糖体上合成的蛋白质的归宿专家讲座第1页胞质中合成一些多肽经核孔复合体进入细胞核要依赖于蛋白质本身所携带核输入信号(nuclearimportsignal)，此信号是蛋白质入核所必需关键序列。（一）核定位蛋白入核转运核输入信号是由4~8个氨基酸组成一个短肽，富含Lys、Arg和Pro等带正电氨基酸。第六节蛋白质细胞定位它与信号肽不一样是：①能够定位在亲核蛋白不一样部位，不但仅位于N-末端；②进入核后也不被切除（成为蛋白质永久组成部分）。游离核糖体上合成的蛋白质的归宿专家讲座第2页核定位蛋白核输入机制在细胞质中，游离输入蛋白与运载蛋白NLS结合，形成运载复合物。在FG核孔蛋白作用下，将核蛋白运入核内。输入蛋白－Ran·GTP经核孔通道返回细胞质游离核糖体上合成的蛋白质的归宿专家讲座第3页（二）线粒体蛋白质跨膜运输这些蛋白质合成和输入细胞器大致上要包括到4个步骤：(1)在细胞质溶质中合成多肽前体物；(2)前体物和细胞器表面受体结合；(3)穿过并移进细胞器膜；(4)前体物被加工成成熟多肽。有些蛋白质进入细胞器跨膜运动也是利用信号机制。第六节蛋白质细胞定位游离核糖体上合成的蛋白质的归宿专家讲座第4页由胞质溶质运输到线粒体或叶绿体蛋白质，输入前是以前体蛋白形式存在。前体蛋白在氨基端有一段信号序列(signalsequence)。各种信号序列长短不等，约为20-80个氨基酸残基，在线粒体蛋白质跨膜转运中起着关键作用。1.线粒体蛋白跨膜运动（1）线粒体蛋白前导序列及其受体第六节蛋白质细胞定位游离核糖体上合成的蛋白质的归宿专家讲座第5页①

含有较为丰富带正电荷碱性氨基酸(尤其是精氨酸)，穿插在不带电荷氨基酸序列之间，对牵引蛋白质跨膜含有主要作用；②不含或基本不含带负电荷酸性氨基酸；③

序列中羟基氨基酸(尤其是丝氨酸)含量较高；④

整个前导序列可形成既具亲水性又具疏水性两性(amphipathic)-螺旋，这么，可凭藉外正内负膜电位，使前导肽及其所牵引蛋白质得以顺利过膜。线粒体前导序列特点是：第六节蛋白质细胞定位游离核糖体上合成的蛋白质的归宿专家讲座第6页线粒体蛋白质特有导肽序列(a)导肽线性序列；(b)导肽折叠后氨基酸残基分布图第六节蛋白质细胞定位游离核糖体上合成的蛋白质的归宿专家讲座第7页内、外膜接触点线粒体外膜线粒体内膜受体蛋白成熟线粒体蛋白线粒体蛋白质前导序列跨膜运输时，首先被其外膜上受体蛋白识别并相互结合，在电化学梯度势能驱动下跨过内、外膜接触点(membranecontactsite)，尔后靠ATP水解能深入进入线粒体基质。第六节蛋白质细胞定位蛋白质输入线粒体基质示意图游离核糖体上合成的蛋白质的归宿专家讲座第8页跨越线粒体双层膜蛋白质还需深入分别定位于内膜、外膜和膜间隙。线粒体前导序列不一样部位在蛋白质跨膜运输过程中发挥着不一样作用。也就是说前导肽不但能引导其所在蛋白质进入线粒体，而且还含有指导蛋白质抵达细胞器中一些空间结构部位不一样导向信息。（2）线粒体跨膜蛋白分拣定位第六节蛋白质细胞定位游离核糖体上合成的蛋白质的归宿专家讲座第9页输入蛋白在输入之前，首先要与伴侣蛋白Hsc70结合，而去折叠。线粒体外膜中有输入受体蛋白(如TOM20和TOM22)，可识别基质定位序列，并与之结合，将前体蛋白送入外膜通道(由TOM40组成)。1、线粒体基质蛋白输入定位于基质中蛋白质还要再经过内膜通道(由TIM23和TIM17)进入基质，在此部位外膜和内膜紧贴在一起。transloconoftheoutermembrane,TOMtransloconoftheinnermembrane,TIMimportreceptor定位序列在基质中被蛋白酶切除。在内膜转移通道处有基质Hsc70陪同蛋白，该蛋白与TIM44接触水解ATP，驱动基质前体蛋白转运到基质中。多肽链在伴侣蛋白作用下折叠和装配成三维和四维结构。TOM20/22线粒体内、外膜接触部位电镜图游离核糖体上合成的蛋白质的归宿专家讲座第10页①一次性穿膜蛋白②二次穿膜蛋白③屡次穿膜蛋白2、线粒体内膜蛋白输入①一次性穿膜蛋白如细胞色素氧化酶CoxVa亚基，其前体蛋白N末端含有基质定位序列，此序列可被TOM20/22输入受体识别，经过外膜通用输入孔和内膜TIM23/17转移复合物输入到基质中。输入过程中，基质定位序列被切除。CoxVa含有一个疏水性停顿转移序列(stop-transfersequence)，当蛋白质穿过TIM23/17通道时，停顿转移序列阻止C-端穿过内膜，然后肽链转移到脂双层中。②二次穿膜蛋白肽链含有基质定位序列和2段内部疏水区(Oxl1定位序列)，肽链进入基质后，基质定位区被切除。Oxl1疏水区被内膜中Oxa1蛋白所识别，并将蛋白质插入脂双层中。③屡次穿膜蛋白

这类蛋白质N末端没有基质定位序列，而肽链内部含有多个定位序列。如ADP/ATP对向转运体(antiporter)，此蛋白含有6个穿膜区为定位序列，外膜中TOM70可识别内部定位序列。经过外膜通用运输孔穿过外膜，在膜间隙中TIM9/10帮助下，蛋白质被移交到内膜中转移复合体(由TIM22/54组成)，负责将输入蛋白疏水性定位序列移入内膜脂双层中。游离核糖体上合成的蛋白质的归宿专家讲座第11页这类蛋白质前体中在N末端基质定位序列之后，接着为一段长疏水性氨基酸片段(一个停顿转移信号)，可阻止蛋白质进入基质，同时可使蛋白质结合到外膜中，成为外膜整合蛋白。此路径中，蛋白质输入后，其基质定位序列和内部疏水性序列均不切除。3、外膜蛋白质输入游离核糖体上合成的蛋白质的归宿专家讲座第12页4、膜间隙蛋白质输入①主要路径②穿外膜直接路径②穿外膜直接路径

输入蛋白质经过外膜TOM40通用输入孔，直接将蛋白质释放到膜间隙中，不包括到内膜，与内膜转移因子无关。比如细胞色素c血红素裂合酶(负责血红素与细胞色素c共价结合)，是一个线粒体膜间隙蛋白。①主要路径前体物肽链中含有两个不一样N末端定位序列。比如细胞色素b2，进入基质后，N末端第一个序列被基质中蛋白酶切除。第二个序列阻止肽链完全穿过内膜，前体物变成内膜TIM23/17通道中中间物。中间物侧向扩散，离开TIM23/17通道。内膜中蛋白酶切除穿膜疏水性片段，将成熟蛋白质以可溶性形式释放到膜间隙中。游离核糖体上合成的蛋白质的归宿专家讲座第13页线粒体输入蛋白定位序列排列形式大多数线粒体蛋白含有N末端基质定位序列，但各种蛋白质不相同。游离核糖体上合成的蛋白质的归宿专家讲座第14页在细胞质溶质中合成线粒体蛋白质并不都是经过前述路径来运输。定位于线粒体外膜蛋白质就有时就无前导序列，它不以前体形式运输插入。而细胞色素c可能是直接扩散经过外膜而进入线粒体，再在细胞色素c-血红素裂合酶催化下，加上血红素后成为成熟型并定位于内膜外侧。第六节蛋白质细胞定位游离核糖体上合成的蛋白质的归宿专家讲座第15页线粒体蛋白质跨膜运输是一个多步骤耗能过程，有各种蛋白质参加。除前导序列可驱动蛋白质前体跨越内外膜并定位于各最终场所外，分子伴侣对于蛋白质跨膜前解折叠和跨膜后重新折叠发挥了关链作用。第六节蛋白质细胞定位游离核糖体上合成的蛋白质的归宿专家讲座第16页叶绿体蛋白质跨膜运输也与线粒体蛋白类似。二者都是翻译后转移，跨膜转运过程都需要能量驱动，都含有两性氨基末端前导序列，而且在蛋白质进入目标地过程中被分次切除。叶绿体蛋白质跨膜运输特点：第六节蛋白质细胞定位（三）叶绿体蛋白质跨膜运输游离核糖体上合成的蛋白质的归宿专家讲座第17页叶绿体间质(stroma)中与卡尔文循环相关酶，除了核酮糖1,5二磷酸羧化酶(rubisco)大亚基是由叶绿体DNA编码、间质核糖体合成外，其小亚基和全部参加卡尔文循环酶均由核基因编码、在细胞质溶质中合成，然后输入进叶绿体间质中。1、叶绿体间质蛋白输入游离核糖体上合成的蛋白质的归宿专家讲座第18页这些蛋白质都含有间质输入序列(stromal-importsequence)，此序列富含丝氨酸、苏氨酸和疏水性残基，少谷氨酸和天冬氨酸。核酮糖1,5二磷酸羧化酶小(S)亚基去折叠后进入间质腔，与间质Hsc70分子伴侣暂时结合，N末端输入序列被切除。游离核糖体上合成的蛋白质的归宿专家讲座第19页质体蓝素和其它一些类囊体腔蛋白质，肽链中含有两个连续摄取－定位序列(uptake-targetingsequence)。第1个是N末端间质输入序列，引导蛋白质前体进入间质。第2个是类囊体定位序列(thylakoid-targetingsequence)，引导蛋白质进入类囊体腔。2、类囊体腔蛋白输入游离核糖体上合成的蛋白质的归宿专家讲座第20页类囊体腔蛋白输入路径有4条：②利用与细菌SecA相关蛋白质路径①SRP依赖路径③依赖于与线粒体Oxa1相关蛋白质路径④ΔpH路径这4条路径均与细菌中蛋白输入路径类似游离核糖体上合成的蛋白质的归宿专家讲座第21页蛋白质前体进入间质后，输入序列被切除，在叶绿体信号识别颗粒(SRP)结合，类囊体膜上有SRP受体，SRP与SRP受体结合，经Sec转运体(Sectranslocon)进入类囊体腔，类囊体定位序列在腔内被切除.①SRP依赖路径：Sec转运体游离核糖体上合成的蛋白质的归宿专家讲座第22页②类囊体腔蛋白质输入第2条路径是利用与细菌SecA相关蛋白质，其机制与革氏阳性菌蛋白质穿过内膜类似。革氏阳性菌蛋白质翻译后穿内膜转移细菌内膜上有由3个亚基组成转移体通道.

游离核糖体上合成的蛋白质的归宿专家讲座第23页蛋白质定位于类囊体膜，此路径依赖于与线粒体Oxa

1相关蛋白质。③第三条路径：游离核糖体上合成的蛋白质的归宿专家讲座第24页结合金属类囊体腔蛋白质输入路径。这些去折叠蛋白质前体物首先进入间质，在间质中N末端间质输入序列被切除，随之蛋白质发生折叠，结合上辅因子。一套类囊体膜蛋白和结合辅因子将折叠蛋白质输入到腔内，这一转移驱动力来自于pH梯度。④ΔpH路径：游离核糖体上合成的蛋白质的归宿专家讲座第25页过氧化物酶体中，不论是膜上还是腔中蛋白质都是在细胞质溶质中合成后输入。绝大多数过氧化物酶体基质蛋白C末端含有SKL(Ser-Lys-Leu)序列，此序列称为过氧化物酶体定位序列(peroxisomal-targetingsequence,PTS1)。当把这一短信号序列连接到细胞质中任何蛋白质上，都可使该蛋白质被输入过氧化物酶体中。(四)过氧化物酶体中蛋白质输入第六节蛋白质细胞定位游离核糖体上合成的蛋白质的归宿专家讲座第26页第六节蛋白质细胞定位在细胞质溶质中，PTS1与可溶性和膜结合受体蛋白Pex14结合，在功效上与SRP和SRP受体使定位于ER腔蛋白质输入机制类似。输入蛋白结合着Pex5经过多体转移通道。在进入基质过程中或进入基质之后，Pex5与过氧化物酶体蛋白质解离，返回细胞质。但PTS1序列不切除。蛋白质输入过程需要水解ATP。游离核糖体上合成的蛋白质的归宿专家讲座第27页过氧化物酶体基质蛋白由PTS1定位序列引导输入第1步：过氧化氢酶和其它大多数基质蛋白C末端均含有PTS1摄取－定位序列，此序列与细胞质溶质受体Pex5结合。第2步：结合了基质蛋白Pex5与过氧化物酶体膜上Pex14相互作用。第3步:基质蛋白-Pex5复合物被转移到一组膜蛋白(Pex10/Pex12/Pex2)上，基质蛋白被输入到过氧化物酶体基质中。第4步：在基质蛋白转移过程中或在腔内，Pex5与基质蛋白解离，返回细胞质溶质中，返回过程中还要包括到Pex10/Pex12/Pex2复合物和另外一些膜蛋白及细胞质溶质蛋白质。输入蛋白质能够折叠状态进入过氧化物酶体