复旦基因组学课件09蛋白质组

蛋白质组1)蛋白质翻译调控2)蛋白质加工3)蛋白质折叠4)蛋白质降解翻译起始调控点1)5’帽结构;2)3’PolyA尾;3)5’非翻译区二级结构;4)内部核糖体识别序列,IRES;5)kozak顺序;6)uORF.mRNA5’发夹结构的调控机理1)发夹结构由翻译起始复合物eIF4A解除2)解除发夹结构需要能量.eIF4A蛋白可解除mRNA5’UTR二级结构翻译起始—Kozak顺序/顺式调控Kozak顺序:---ACCAUGC--.翻译起始Kozak顺序KozakconsensusorKozaksequence,isasequencewhichoccursoneukaryoticmRNAandhastheconsensus(gcc)gccRccAUGG,whereRisapurine(adenineorguanine)threebasesupstreamofthestartcodon(AUG),whichisfollowedbyanother'G'.TheKozakconsensussequenceplaysamajorroleintheinitiationofthetranslationprocess.不同生物翻译起始顺序比较IRES的位置及其功能IRES:通常位于mRNA的5’非翻译区,与翻译起始有关.mRNA内部起始翻译的IRES顺序1)IRES:internalribosomeentrysite2)IRES的发现:1988年NahumSonenberg和EckardWimmer分别报道脊椎椎灰质炎病毒(poliovirus)RNA和脑心肌炎病毒(encephalomyocarditis)RNA中存在一种可吸引真核生物核糖体起始翻译的序列,将其定名为internalribosomeentrysite,即IRES.3)IRES的结构:IRES是mRNA内部一段序列,可形成特征性的二级结构或三级结构,核糖体可识别该结构并在这一位置组装起始翻译.目前为此,尚为发现IRES的普遍性结构.IRES顺序的位置,种类及功能1)IRES的位置均在mRNA的5’端.2)IRES的作用:核糖体可以IRES直接结合起始翻译,独立于帽子结构,无需扫描起始翻译.适合无帽结构mRNA,多顺反子的内部起始翻译.3)截止2009年9月,已报导60种动物病毒和8种植物病毒以及115种mRNA含有IRES.4)例子:无加帽的细胞自身的mRNA和病毒的无加帽mRNA;SV40重叠基因的mRNA内部翻译起始.具有IRES序列的蛋白质基因引自WikipediaIRES顺序的生物学意义1)病毒的扩增与繁殖:小RNA病毒(picornavirus)进入侵染细胞后,为了抑制寄主细胞的活性,可利用自身的蛋白酶破坏eIF-4G,分子使其不能与eIF-4E互作起始翻译.但为了自身的生存病毒可利用IRES起始翻译.2)真核细胞的生长:在真核细胞有丝分裂和凋亡时,细胞利用IRES提高翻译活性.有丝分裂时,细胞可使eIF-4E去磷酸化减弱其与5’帽结构的亲和力.许多有丝分裂表达的mRNA为了适应这一环境即产生了IRES结构.3)真核细胞的程序性死亡:病毒感染真核细胞后,可破坏eIF-4G减少翻译,但细胞程序性死亡仍需要一些功能蛋白质表达,这些与细胞程序性死亡有关的mRNA即含有IRES以便在真核细胞的程序性死亡正常翻译.IRES的分子生物学功能IRES可在翻译起始复合物组装遇阻时,使核糖体直接进入mRNA内部与之结合起始翻译.专一性翻译起始调控蛋白质的加工与修饰蛋白质加工:1)引导肽或导肽的切除.2)将多肽链可变剪切产生顺序重叠功能各异蛋白质.3)切除蛋白质内部顺序,连接两侧顺序.蛋白质修饰:将蛋白质中的氨基酸进行修饰,添加不同的化学基团.细胞器导肽导肽:又称转运肽(transitpeptide)或导向序列(targetingsequence)，它是游离核糖体上合成的蛋白质的N-端信号,可介导细胞器蛋白质与细胞器外膜识别并使之进入细胞器内部。导肽是新生蛋白N-端一段大约20～80个氨基酸的肽链,通常带正电荷的碱性氨基酸(特别是精氨酸和赖氨酸)含量较为丰富,这些氨基酸对于蛋白质的定位具有重要作用。这些氨基酸分散于不带电荷的氨基酸序列之间。转运肽序列中不含有或基本不含有带负电荷的酸性氨基酸，并且有形成两性α螺旋的倾向,这种特征性结构有利于穿过线粒体的双层膜。不同的转运肽之间没有同源性，说明导肽的序列与识别的特异性有关，与二级或高级结构无太大关系.导肽运送蛋白质时具有以下特点:①需要受体;②消耗ATP;③需要分子伴侣;④需要电化学梯度驱动;⑤需要信号肽酶切除信号肽;⑥通过接触点进入;⑦非折叠形式运输。蛋白质定位---信号肽或导肽Asignalpeptideisashort(3-60aminoacidslong)peptidechainthatdirectsthetransportofaprotein.Signalpeptidesmayalsobecalledtargetingsignals,signalsequences,transitpeptides,orlocalizationsignals.Theaminoacidsequencesofsignalpeptidesdirectproteins(whicharesynthesizedinthecytosol)tocertainorganellessuchasthenucleus,mitochondrialmatrix,endoplasmireticulum,chloroplast,apoplastandperoxisome.Somesignalpeptidesarecleavedfromtheproteinbysignalpeptidaseaftertheproteinsaretransported。信号肽或导肽的类别与序列Transporttothenucleus(NLS)-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-TransporttoH2N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-theendoplasmicreticulumLeu-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys-Glu-Val-Phe-Gln--Lys-Asp-Glu-Leu-COOHTransporttothemitochondrialmatrixH2N-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-Transporttotheperoxisome(PTS1)-Ser-Lys-Leu-COOHTransporttotheperoxisome(PTS2)H2N-----Arg-Leu-X5-His-Leu-进入叶绿体或线粒体的蛋白质引导肽的切除细胞质中合成的线粒体蛋白质含有前序列(presequence),类似叶绿体蛋白质的靶向导肽,进入线粒体时被切除.线粒体蛋白质信号顺序切除内含肽(Intein)1)所谓内含肽是指翻译产生的多肽序列中被切除的内部多肽顺序.2)含有内含肽的蛋白质必需将内含肽切除将两侧的外显肽连接才能成为成熟的蛋白质.3)目前已在古细菌,真细菌和真核生物中发现130多种具内含肽的蛋白质.4)内含肽的切除机制基本相同.内切肽的切除过程内切肽有保守的顺序组成DODHomingEndonuclease:DOD归巢核酸内切酶.蛋白质剪接(内切肽切除)的分子机制蛋白质反式剪接蛋白质的折叠蛋白质在合成之后必须经历一个正确折叠的加工过程才能成为成熟的蛋白质,细胞中蛋白质折叠的场所:胞质溶胶内线粒体内叶绿体内内质网内蛋白质折叠的可逆性蛋白质折叠的过程（1）蛋白质折叠过程分子伴侣分子伴侣（2）蛋白质折叠体的功能叶绿体中蛋白质的折叠蛋白质降解1)蛋白质降解的场所及装置.2)蛋白质降解受严格的程序控制.3)蛋白质降解的标签或信号-泛素化.4)蛋白质选择性降解的过程-泛素化5)蛋白质降解是一个涉及众多生物学功能的环节.6)蛋白质降解与基因表达调控.真核细胞内蛋白质降解的场所动物细胞的溶酶体(lysosome)是蛋白质降解场所.泛素介导的蛋白质降解蛋白质降解靶标1）毁坏盒人类蛋白质IκBα和β-catenin以及HIV病毒Vpu蛋白含有-Asp-Ser-Gly-X-X-Ser-序列，细胞周期蛋白（cyclin）A、B1和B2含有识别顺序-Arg-Leu-Gly-X-X-X-Ile-Gly-，也是蛋白质磷酸化的位点（LaneyJeffreyD.andMarkHochstrasser.，1999）。2）降解子酵母中发现至少有10种不同的蛋白质降解信号氨基酸基序，它们包括：1）N端降解子（Ndegron），位于蛋白质N端的一段氨基酸顺序。3）PEST序列一段位于蛋白质内部的富含脯氨酸（P）、谷氨酸（E）、丝氨酸（S）和苏氨酸（T）的顺序。蛋白质降解靶标与蛋白质半衰期Onaverage,aprotein‘shalf-lifecorrelateswithitsN-terminalresidue.ThisiscalledtheN-endrule.蛋白质半衰期取决于N-端残基的现象称位N-端法则:Met,Ser,Ala,Thr,Val,orGly:半衰期少于20hs.Phe,Leu,Asp,Lys,orArg:半衰期为3min或少于3min.PEST:内部富含Pro(P),Glu(E),Ser(S)andThr(T)(PEST)的蛋白质的半衰期短于其它蛋白质.泛素介导的两条蛋白质降解路线多细胞生物细胞内蛋白质降解有两条主要路线:1.膜蛋白和胞外内吞的蛋白质在溶酶体中降解;2.细胞内蛋白质在蛋白酶体降解.蛋白质泛素化1)需要降解的蛋白质需要贴上一个标签—泛素多肽,这一过程称为蛋白质的泛素化.2)蛋白质泛素化系统由3个组分构成：1.一个称为泛素激活酶E1，它可利用水解ATP释放的能量以其胱氨酸残基（Cys）的巯基与泛素C-端的甘氨酸残基（Gly）形成高能硫脂键。2.连接在E1上的泛素然后被转移到另一个泛素结合蛋白E2上。3.同时被选中的靶蛋白与第三个组分即靶蛋白泛素连接酶E3结合。E2然后将与其连接的泛素转移到靶蛋白上，并与靶蛋白赖氨酸残基（Lys）ε-NH2基团形成异肽键（isopeptidebond），E2被释放。选择哪个蛋白质进行泛素化主要取决于E2和E3。泛素的结构泛素的发现Ubiquitin(originally,UbiquitousImmunopoieticPolypeptide)wasfirstidentifiedin1975asan8.5kDaproteinofunknownfunctionexpresseduniversallyinlivingcells.Thebasicfunctionsofubiquitinandthecomponentsoftheubiquitinationpathwaywereelucidatedintheearly1980singroundbreakingworkperformedbyAaronCiechanover,AvramHershkoandIrwinRoseforwhichtheNobelPrizeinChemistrywasawardedin2004.蛋白质的多泛素化Poly-ubiquitination,theprocessinwhichachainofatleastfourubiquitinpeptidesareattachedtoalysineonasubstrateprotein,mostcommonlyresultsinthedegradationofthesubstrateproteinviatheproteasome.Appa