多肽链折叠与翻译

分子生物学玉林师范学院生命科学与技术学院林谦2013.9.第10章 多肽链折叠与翻译后加工不论是原核生物还是真核生物，在细胞中直接翻译出来的产物通常是没有功能的，必须经历适当的后加工才能最终成为有特定三维结构的功能分子。此外，不同的蛋白质在细胞中最后的定位也不相同，需要通过共翻译或翻译后定向(targeting)与分拣(sorting)才能各就各位、各司其职。10.1.1

多肽链的剪切和修剪大多数蛋白质必须经过特定的修剪或剪切反应，去除一些氨基酸序列后才能成为有功能的分子。对多肽链的切割由特定的蛋白酶催化，如在于分泌蛋白N-端信号序列的切除由专门的信号肽酶催化，N-端氨基酸的切除由专门的甲硫氨酸-氨肽酶催化。10.1

翻译后加工胰岛素前体为单一肽链——前胰岛素原，需要经

历两次剪切反应，分别切去N-端信号序列和内部的连接

肽后，最终才能成为由A链和B链组成的有活性的胰岛素。脑垂体前叶分泌的促肾上腺皮质激素(ACTH)来自一种多聚蛋白质前体——促阿黑皮素原(POMC)，通过不同形式的剪切可产生ACTH、促黑激素(MSH)、促脂解素以及阿片肽等几种产物。图10-1

前胰岛素原的后加工图10-2

POMC的剪切多肽链的切割可能有三个原因。引进多样性。一种蛋白质的半衰期在很大程度上与其N-端氨基酸残基有关，切割可以改变蛋白质的半衰期。水解切割可以作为控制一种蛋白质生物活性的重要手段。剪切参与蛋白质的定向和分拣过程。10.1.2 N-端添加氨基酸某些翻译好的蛋白质在特定条件下，可在N-端添加额外的氨基酸残基，但添加氨基酸的场所并非核糖体。N-端添加氨基酸可以改变蛋白质的稳定性。图10-4

红海束毛藻的RIR基因的表达图10-5

集胞藻的DNA聚合酶α亚基前体的反式拼接10.1.4

个别氨基酸残基的修饰氨基酸残基的修饰主要发生在各种氨基酸残基侧链上，有时也发生在N-端的氨基或C-端的羧基上。修饰方式包括泛素化、磷酸化(如核糖体蛋白质)、糖基化

(如各种糖蛋白)、甲基化(如组蛋白、肌肉蛋白质)、乙基化(如组蛋白)、羟基化(如胶原蛋白)和羧基化等，是生物体内最普通发生修饰作用的氨基酸残基及其修饰产物。糖蛋白主要是通过蛋白质侧链上的天冬氨酸、丝氨酸、苏氨酸残基加上糖基形成的，胶原蛋白上的脯氨酸和赖氨酸多数是羟基化的。图10-7

蛋白质的磷酸化10.1.5

形成二硫键许多胞外蛋白质含有二硫键，这种连接只有在蛋白质折叠成正确的构象后才建立。mRNA中没有胱氨酸的密码子，而不少蛋白质都含有二硫键，这是蛋白质合成后通过两个半胱氨酸的氧化作用生成的。反应由蛋白质二硫键异构酶催化。10.1.6

添加辅助因子许多蛋白质或酶在合成后必须与相应的辅助因子结合才有生物活性。如绝大多数羧化酶要与生物素结合，血红素蛋白要与血红素畏基结合，金属蛋白要与金属离子结合，黄素蛋白要与FAD或FMN结合。图10-8

二硫键的形成10.1.7

多肽链的折叠任何蛋白质的功能与其正确的三维构象是分不开的。蛋白质的一级结构决定其高级结构，即一种多肽链正确折叠的信息包含在其一级结构中。蛋白质在体内的折叠需要一些辅助因子的帮助，即分子

伴侣(molecular

chaperon)

。分子伴侣是一类在序列上没有相关性但有共同功能的蛋白质，它们在细胞内帮助其他含多肽的结构完成正确的组装，而且在组装完毕后与之分离，不构成这些蛋白质结构执行功能时的组份。图10-9

蛋白质折叠的三条途径10.1.8

四级结构的形成四级结构的形成是一种自组装过程，通常需要分子伴侣的帮助。分子伴侣所起的作用是暂时与亚基结合，保护亚基的疏水表面，防止它们聚集，直至各亚基有机会接触。在生物体内，蛋白质的合成位点与功能位点常常被一层或多层细胞膜所隔开，这样就产生了蛋白质运转的问题。由于细胞各部分都有特定的蛋白质组分，因此合成的蛋白质必须准确无误地定向运送才能保证生命活动的正常进行，否则会影响到细胞的正常功能，甚至导致死亡。目前主要用信号学说来解释蛋白质的定向和分拣。各种蛋白质在细胞中的最终定位由多肽链本身所具有的特定氨基酸序列决定，即信号序列。如果缺乏信号序列，蛋白质则会留在细胞液中。10.2

蛋白质翻译后的定向与分拣图10-15

蛋白质的不同分拣路径目前已发现至少有两类指导蛋白质分拣的信号：(1)信号肽被运入内质网内腔的蛋白质均含有一段或几段特殊的氨基酸序列，该序列常常位于蛋白质的氨基末端，可用于引导蛋白质进入细胞的特定部位，称为信号肽。信号肽一般带有10~15个疏水氨基酸，进入内质网膜后被信号肽酶水解。在靠近信号肽N-端外常常有1个或数个带正电荷的氨基酸；在其C-末端靠近蛋白酶切割位点处常常带有数个极性氨基酸，离切割位点最近的那个氨基酸往往带有很短的侧链(丙氨酸或甘氨酸)。信号肽没有严格的专一性；可能是一种环状结构通过内质网双层膜：N端先与脂膜相结合，随后疏水的残基与脂双层以疏水作用逐渐插入形成环状的跨膜结构。(2)信号斑存在于已折叠的蛋白质中，是蛋白质完成折叠后，在其表面形成的由来自不同区域的氨基酸序列组合在一起的三维分拣信号。例如，引导蛋白质定向运输到溶酶体的就是信号斑，它是溶酶体酸性水解酶被高尔基体选择性糖基化的标识。图10-16

信号肽和信号斑10.2.1

共翻译途径通过此条途径进行定向、分拣的蛋白质有内质网蛋白、高尔基体蛋白、溶酶体蛋白、细胞膜蛋白和分泌蛋白。这些蛋白质都是在与内质网结合的核糖体上合成的，含有的信号序列主要是内质网信号序列。由于内质网信号序列位于N-端，所以总是先翻译。当翻译达到约80个氨基酸残基时，信号序列便从离开通道时伸出，突出在核糖体表面，被细胞中的一种特殊成分——信号识别颗粒(SRP)识别和结合，由此启动共翻译分拣途径。信号肽在合成后便与内质网膜上特定受体相互作用，产生通道，允许这段多肽在延长的同时穿过内质网膜，即：边翻译边跨膜运转。signal

recognition

particle,SRP：信号肽识别颗粒SRP

receptor/docking

protein:SRP受体，锚定蛋白，也叫船坞蛋白图