cau10ProteinProcessingandTranslocation

第十章蛋白质翻译后的加工与转运Chapter10ThePost-translationProcessingandTranslocation本章的主要内容:1.蛋白质翻译后的加工方式;2.蛋白质翻译后的转运与定位。什么是蛋白质？第一节蛋白质翻译后的加工由一定数量和种类的氨基酸，按照特定的排列顺序，通过羧基与氨基缩合形成的肽键连接在一起，形成多肽链。由一条或几条多肽链经进一步折叠、盘曲、缠绕而形成的具有一定空间结构和生物功能的生物大分子。蛋白质的结构层次：一级二级三级四级结构超二级结构结构域3DStructure蛋白质一级结构是指多肽链中的氨基酸的排列顺序。一级结构是蛋白质结构层次体系的基础，它是决定更高层次结构的主要因素，也就是一级结构决定高级结构。这是蛋白质结构组织的基本原理。蛋白质结构组织的基本原理：体外蛋白质变性：天然态（折叠态）变性态（伸展态）体外蛋白质的复性:UIN变性因素快慢一、蛋白质的折叠（一）体外蛋白质折叠的机制体外蛋白质的折叠可能是始于疏水坍塌（hydrophobiccollapse），或始于转角（turn），或始于共价键相互作用（如二硫键的形成）。在折叠早期，可能这三种方式联合起作用。之后，可能沿着有限的多途径形成中间态（熔球态）。这个过程是快速的。最后再由中间态进入天然态，此过程比较慢，是折叠反应的限速步骤。溶剂中的水分子对蛋白质空间结构的作用：1）结合在蛋白质分子表面的水分子，具有稳定表面侧链的构象和表面二级结构片段的作用；2）结合在蛋白质分子内部的少量水分子，不仅有助于局部结构的稳定，还可直接参与蛋白质的功能作用；3）环境中的水有助于蛋白质的折叠和三维结构的形成。（二）体内蛋白质的折叠体内环境复杂；需要助折叠蛋白（foldinghelper）的参与，从而降低了折叠的错误，提高了效率(95%)；在翻译结束之前即开始（邹氏学说）。助折叠蛋白：1.酶：蛋白质二硫键异构酶；肽酰脯氨酰顺反异构酶。与新生肽链的折叠密切相关，加速蛋白质折叠过程。2.分子伴侣：细胞内帮助新生肽链正确组装，成为成熟蛋白质，而本身却不是最终功能蛋白质分子的组成成分的分子，都称为分子伴侣（molecularchaperone）。Figure8.5Chaperonefamilieshaveeukaryoticandbacterialcounterparts(namedinparentheses)胁迫-70（stress-70）家族：分子伴侣蛋白：胁迫‐70（stress‐70）家族；分子伴侣（chaperonin）家族。广泛存在于原核和真核生物细胞中。Figure8.6DnaJassiststhebindingofDnaK(Hsp70),whichassiststhefoldingofnascentproteins.ATPhydrolysisdrivesconformationalchange.GrpEdisplacestheADP;thiscausesthechaperonestobereleased.Multiplecyclesofassociationanddissociationmayoccurduringthefoldingofasubstrateprotein。分子伴侣（chaperonin）家族：Figure8.8GroELformsanoligomeroftworings,eachcomprisingahollowcylindermadeof7subunits.Figure8.9TworingsofGroELassociatebacktobacktoformahollowcylinder.GroESformsadomethatcoversthecentralcavityononeside.Proteinsubstratesbindtothecavityinthedistalring.二、蛋白质的修饰（一）末端氨基的脱甲酰化和N端蛋氨酸的切除对起始氨基酸的修饰。（二）多肽链的水解断裂:胰岛素的修饰过程。Prepro-insulinPro-insulininsulinPre-peptide(24AA)C-peptide图5.人胰岛素原的分子结构模式图Fig.5SketchoftheStructureofHumanProinsulin图6.由胰岛素原转变为胰岛素的产物Fig.6ProinsulinChangingintoInsulin胰蛋白酶原的激活（三）氨基酸侧链的修饰二硫键的形成；羟化作用；氨基酸残基的交联；羧化作用；甲基化等。详细内容参见下表。（四）糖基化生成糖蛋白，膜蛋白和分泌蛋白多为糖蛋白。（五）脂类对蛋白质的共价修饰(1)在翻译中，连接肉豆寇酸于N-端甘氨酸；(2)在翻译后，以脂酰-CoA为供体,脂肪酸与半胱氨酸、丝氨酸或苏氨酸侧链酯化；(3)在翻译后，通过乙醇胺将糖基-磷脂酰基肌醇（GPI）连接于多肽前体的接近C端的氨基酸残基上，生成与膜结合的GPI-锚定蛋白（GPI-anchoredprotein）。表.蛋白质生物合成中氨基酸残基的修饰氨基酸修饰方式精氨酸ADP‐核糖基化；氨基未端甲基化天冬酰胺ADP‐核糖基化；糖基化；氨基未端甲基化；β‐羟化作用天冬氨酸在GPI‐锚锭蛋白中以酰胺连接于乙醇胺；β‐羟化作用半胱氨酸二硫键形成；脂肪酰化作用谷氨酸Υ‐羟基化作用；甲基化作用谷氨酰胺赖氨酸氨基交联；氨基末端甲基化；内部环化成氨基末端焦谷氨酸甘氨酸转变成羟基未端酰胺；氨基未端的肉豆寇酰化组氨酸形成白喉酰胺（dipbthamide），ADP‐核糖基化；氨基末端甲基化赖氨酸羟化作用后5‐羟赖氨酸糖基化；交联形成；乙酰化作用甲硫氨酸氨基未端甲酰基团脱甲酰化作用；氨基未端甲基化苯丙氨酸氨基未端甲基化脯氨酸羟化作用形成3‐或4‐羟脯氨酸；氨基未端甲基化丝氨酸磷酸化；糖基化；脂肪酰化；在tRNA水平上硒代半胱氨酸的形成苏氨酸磷酸化；糖基化；脂肪酰化作用酪氨酸磷酸化；哺乳动物α‐微管蛋白中羟基未端残基的交换（六）ADP‐核糖基化：细胞核内组蛋白。（七）乙酰化乙酰化普遍存在于原核和真核生物中。有二种:(1)由结合于核糖体的乙酰基转移酶催化，将乙酰‐CoA的乙酰基转移至正在合成的多肽链上；（2）翻译后由细胞质的酶催化发生乙酰化。（八）磷酸化酶、受体、介质及调节因子等蛋白质的普遍修饰方式。在细胞生长和代谢调节中有重要功能。发生在翻译后，由各种蛋白激酶催化进行。（九）C端酰胺基的引入（十）酪氨基的硫酸化真核生物蛋白质的酪氨酸硫酸化。▲Proteintranslocationdescribesthemovementofaproteinacrossamembrane.Thisoccursacrossthemembranesoforganellesineukaryotes,oracrosstheplasmamembraneinbacteria.Eachmembraneacrosswhichproteinsaretranslocatedhasachannelspecializedforthepurpose.▲TwotypesofRibosomeincells：Freeribosomeandmembrannousribosome.▲TheleaderofaproteinisashortN-terminalsequenceresponsibleforinitiatingpassageintoorthroughamembrane.▲SignalsequencesaremostoftenleadersthatarelocatedattheN-terminus.N-terminalsignalsequencesareusuallycleavedofftheproteinduringtheinsertionprocess.第二节蛋白质的跨膜运输与定位Figure8.1Proteinsthatarelocalizedpost-translationallyarereleasedintothecytosolaftersynthesisonfreeribosomes.ProteinsthatarelocalizedcotranslationallyassociatewiththeERmembraneduringsynthesis.一、蛋白质转位的途径1.共翻译转位（co-translationaltranslocation）ProteinsthatarelocalizedcotranslationallyassociatewiththeERmembraneduringsynthesis,sotheirribosomesaremembrane-bound.Theproteinspassintotheendoplasmicreticulum,alongtotheGolgi,andthenthroughtheplasmamembrane,unlesstheyhavesignalsthatcauseretentionatoneofthestepsonthepathway.Theymayalsobedirectedtootherorganelles,suchasendosomesorlysosomes.2.翻译后转位（post-translationaltranslocation）Proteinsthatarelocalizedpost-translationallyarereleasedintothecytosolaftersynthesisonfreeribosomes.Somehavesignalsfortargetingtoorganellessuchasthenucleusormitochondria.Figure8.3Membrane-boundribosomeshaveproteinswithN-terminalsequencesthatentertheERduringsynthesis.Theproteinsmayflowthroughtotheplasmamembraneormaybedivertedtootherdestinationsbyspecificsignals.（一）Co-translationaltranslocation1.进入内质网▲Thesignalrecognitionparticle(SRP)isaribonucleo-proteincomplexthatrecognizesandbindstosignalsequencesduringtranslationandguidestheribosometothetranslocationchannel.SRPsfromdifferentorganismsmayhavedifferentcompositions,butallcontainrelatedproteinsandRNAs.Function:Itcanbindtothesignalsequenceofanascentsecretoryprotein.Anditcanbindtoaprotein(theSRPreceptor)locatedinthemembrane.Signal-SRPbindingcausesproteinsynthesistopause.ButproteinsynthesisresumeswhentheSRPbindstotheSRPreceptorinthemembrane.▲▲SignalpeptidaseisanenzymewithinthemembraneoftheERthatspecificallyremovesthesignalsequencesfromproteinsastheyaretranslocated.Analogousactivitiesarepresentinbacteria,archae-bacteria,andineachorganelleinaeukaryoticce