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1、,第六节 蛋白质的加工和运输,1,由核糖体释放的新生肽链并不是一个完整的、有生物学功能的蛋白质分子，必需要经过处理和加工后，才具有生物学活性。包括形成高级结构、与其他亚基缔合及一些修饰。 此外，无论是原核细胞还是真核细胞，蛋白质除游离于胞质内发挥作用外，还有一部分要分泌到细胞外和定位于膜系统中起作用。这就涉及到运输的问题。,2,3,一些蛋白可自发形成成熟的构象。可通过变性-复性来检验蛋白的这一能力。可自发复性的能力称为自组装。能自组装的蛋白可从其它构象通过折叠或再折叠转变为活性构象。 其它蛋白不能自发折叠，而是通过分子伴侣（chaperone）的帮助获得正确的结构。 分子伴侣是介导靶蛋白只形成
2、可能构象之一，以使其正确折叠的一种蛋白。作用通过防止形成错误构象，而不是促进生成正确构象。,一、 蛋白质折叠,4,热激蛋白（heat shock protein）70 系统：作用于新合成的、跨膜转运的和受胁迫变性的蛋白。 伴侣蛋白（chaperonin）系统：由一大的寡聚体装配组成。装配形成一未折叠蛋白插入的结构。,5,Hsp40（DnaJ）首先结合在新生蛋白上，辅助Hsp70（DnaK）折叠新生蛋白； Hsp70水解ATP，驱动构象转变； GrpE取代ADP，使分子伴侣从蛋白上释放。,6,Hsp60( GroEL)由14 个亚基形成两个7 聚体环，以相反方向垛叠在一起。,7,近端,远端,空心
3、环（圆桶结构）与Hsp10（E.coli中为GroES）连接； 单个GroES在七聚体上形成一“屋顶”盖在空穴外。,8,底物和ATP结合在同一环； GroES盖住该环，近端环的中央空腔增大； GroEL的疏水残基参与与GroES的结合； 底物残基暴露在亲水环境，构象随之改变。,9,蛋白插入或穿过膜的过程称为蛋白易位（protein translocation）。 1.翻译后易位（post-translational translocation）：线粒体和叶绿体的大部分蛋白是在胞质中合成后再过膜转移进去的，这种蛋白质过膜方式称为翻译后易位。 2.共翻译易位（co-translational tr
4、anslocation）：与内质网结合的核糖体所合成的蛋白质前体，因在其N 端含有一个信号序列（信号肽）,可边翻译边进行转移。 两种易位的共同特征是N 端序列在移位过程中被切除； N 端序列组成：成熟蛋白质没有前导序列（leader） ，含有前导序列的蛋白称为前体蛋白（preprotein）。,二、 蛋白质易位,10,（一）翻译后易位,这类蛋白常有一段前导序列（leader），负责细胞器外膜的原初识别； 前导序列起始细胞器膜与前体蛋白的作用； 蛋白过膜后，先导序列被切除。,11,前导序列必须折叠成细胞器被膜受体所需的结构。 前导序列包含所有细胞器蛋白定位的信息。 如果把前导序列加到胞质蛋白中，
5、则胞质蛋白可出现到细胞器中。 被转蛋白序列虽然与目标无关，但需要柔韧性以解除折叠。,前导序列的结构特征,12,TOM 聚合体的一般模型,翻译后易位的受体 TOM：位于细胞器外膜的受体； TIM：位于细胞器内膜的受体。,细胞质,13,Tim17-22 复合体,Tim17-22 复合体 Tim17-22复合体组成通道，与其它蛋白依次相连： Tim17-22Tim44Hsp70Mge （Mge相当于细菌的GrpE） Hsp70对未折叠蛋白的亲和也有利于蛋白穿过内膜,14,护卫复合体 （escorting complex）,15,细胞质,膜间空间,衬质,蛋白通常直接从TOM 到达TIM,先导序列各部分
6、决定蛋白的最终定位 外膜识别信号后直接将蛋白导入衬质，前导序列在此切除；如果蛋白还有其它定位信号，可被重新转运。,17,酵母细胞色素C1 具有定位于线粒体的N 端信号序列，和定位于内膜的信号序列。,18,（二）共翻译易位,核糖体与内质网相联，使蛋白质的合成和易位同时进行。,19,疏水核,牛生长激素的N 端的信号序列,共翻译插入由一段信号序列指导。 对以任何膜为目标的肽链，这段信号序列都是必需而且充分的。,胞质核糖体和内质网核糖体没有内在区别，核糖体的位置由合成的蛋白质有无信号序列决定。,20,核糖体在自由mRNA上起始合成蛋白质；,信号识别颗粒（signal recognition parti
7、cle, SRP） 结合于前导序列，翻译暂停；,SRP 与SRP 受体结合，核糖体附着在膜上；翻译继续；,核糖体合成分泌蛋白,21,前导序列进入膜；,蛋白穿过膜，前导序列被切除；翻译继续；,蛋白通过膜被分泌；核糖体从mRNA 上释放。,22,SRP 由蛋白质和小RNA 组成；分为几个结构域执行不同的功能。,23,蛋白通过亲水性通道穿过 ER膜，这一亲水通道称为易位子（translocon）。,24,三、 跨膜蛋白,跨膜蛋白的分类：,I 类：N 端位于外侧,II 类：C 端位于外侧,只有一个跨膜区域的蛋白分为两类:,25,多跨膜区域的蛋白,如果跨膜区域为奇数，则N 端与C 端分别位于膜的两侧 如
8、果跨膜区域为偶数，则N 端与C 端位于膜的同侧,26,膜蛋白终止转移 I 类或 II 类蛋白插入膜的起始过程与分泌蛋白过膜相同；但还含有第二种信号-终止转移信号（stop-transfer signal）； 终止转移序列通常形成与离子化残基相邻的疏水残基簇，把蛋白锚定在膜内，阻止整个蛋白穿过膜。,尚不清楚膜蛋白如何从亲水的蛋白通道中转移到疏水的膜脂中,27,I 类蛋白与 II 类膜蛋白的定向,膜蛋白信号序列形成发卡式环结构； 定向取决于信号序列是否被切割。,I 类蛋白定向,II 类蛋白的定向,28,四、 核孔的进出,核孔的双向运输,29,30,31,核孔复合体结构,32,蛋白进出核孔需要序列中
9、特殊信号 蛋白输入细胞核一般需要一段核定位信号（nuclear localization signal，NLS）。 从细胞核输出的蛋白一般具有核输出信号（nuclear export signal，NES）。,33,输入蛋白（importin）：在细胞质中与底物结合，将其运进细胞核的受体。 输出蛋白（exportin）：在细胞核中与底物结合，将其运到细胞质的受体。,细胞质,细胞核,34,所有经过分泌器件的蛋白都要进行糖基化。 糖基化的位点可以是天冬氨酰的-NH2（N-linked glycosylation，起始于ER，终止于Golgi）； 或者是丝氨酸、苏氨酸或羟赖氨酸的-OH（O-link
10、ed glycosylation，只在Golgi 中发生）。,五、 蛋白质加工转运,35,N-linked glycosylation 按一般路线起始于ER 先在长醇上形成寡糖，然后由糖基转移酶转移到靶蛋白的天冬氨酰残基。,长醇,糖基转移酶,36,寡糖在送到Golgi之前，先在ER 中进行修剪。,修剪按甘露糖残基去向分为两类。,1) 形成高甘露糖寡糖,葡萄糖苷酶,甘露糖苷酶,37,2) 形成复合寡糖,甘露糖苷酶 I,N-乙酰葡萄糖胺转移酶,甘露糖苷酶 II,内核,38,Golgi body 的极性结构,39,囊泡与膜融合,质膜,分泌小泡,囊泡形成,内吞体,蛋白在包被囊泡中转运,组成胞吐,可调胞吐,胞吞,40,囊泡为蛋白所包被,41,网格蛋白包被的囊泡 clathrin-coated vesicles,42,
