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1、第五节 蛋白质合成后的加工及转运,本节内容： 一、蛋白质合成后的细胞定位；二、蛋白质合成后的转运；三、蛋白质合成后的加工及修饰；,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。,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。,（2）、对于线粒体、叶绿体来说虽
2、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？,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（Signal hypothesis）：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。,（2）
3、、蛋白质定位的信号： A、信号序列（signal sequence）：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（signal peptidase）切除.,信号序列,B、信号斑（signal patch）：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,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
4、质的运转膜泡运输。,（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（gated transport）：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（transmembrane transport）：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。,3、膜泡运输（vesicular transport）：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
5、引导和靶细胞器上受体蛋白的识别。,（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。,1、分子基础,信号肽（signal peptide），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1630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（start transfer sequence）。,信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP），由几种结构不同的多肽组成，结合一个7S RNA，属于一种核糖核蛋白(ribonu
6、cleoprotein)。 SRP与信号序列结合，导致蛋白质合成暂停。,The signal-recognition particle (SRP),转移通道：存在与内质网膜上的跨膜通道。 SRP受体（SPR receptor），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。停止转移序列（stop transfer sequence），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,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
7、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。,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,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；,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；,(2)、对于两个跨膜片段的膜蛋白：起始转移序列存
8、在于肽链的内部，同时还存在着另一段停止转移序列；,(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。,（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。,（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（general import p
9、ore）,（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ADPATP和磷酸的转运蛋白插入内膜；,（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TOMTIM复合体进入基质的蛋白质插入内膜。,2、前体蛋白信号序列,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。 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
10、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； 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：,前体蛋白信号序列特点,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。,（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。,（3）、进入线粒体内膜和膜间隙的蛋白： 蛋白N端
11、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。,N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。,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。,（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
12、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20150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 端形成折叠；中间富含羟基化的氨基酸，如丝氨酸和苏氨酸。,（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,（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；,1、核孔的结构及作用,（1）、
13、结构：核孔由至少50种不同的蛋白质构成，称为核孔复合体（nuclear pore complex，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。,核孔是呈圆形或八角形。主要包括以下几个部分： 胞质环（cytoplasmic ring），位于核孔复合体胞质一侧，环上有8条纤维伸向胞质； 核质环（nuclear ring），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； 转运器（transporter），核孔中央的一个栓状的中央颗粒； 辐（Spoke）：核孔边缘伸向核孔中央的突出物。,1982年R. Laskey发现
14、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（nuclear localization signal，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：,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。,4、核质蛋白输入细胞核过程
15、,蛋白与NLS受体，即imporin /二聚体结合； 货物与受体的复合物与NPC胞质环上的纤维结合； 纤维向核弯曲，转运器构象发生改变，货物通过； 货物受体复合体与Ran-GTP结合，复合体解散，释放出货物； 与Ran-GTP结合的imporin ，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； imporin 在核内exportin的帮助下运回细胞质。,核质蛋白输入细胞核过程,（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；,（1）、膜泡运输
16、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：,（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：选择性的将特定蛋白聚集在一起，形成运输小泡；决定运输小泡的外部特征，如：形状和体积等。,（3）、胞内膜泡运输沿微管或微丝运行； 动力来自马达蛋白（motor proteins）； 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。,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,（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；,
