南师大-分子生物学课件

第一章氨基酸序列中的功能性密码第一节氨基酸序列的合成第二节氨基酸序列与蛋白质分选第三节氨基酸序列与信号肽第四节氨基酸序列与导肽第五节氨基酸序列与蛋白质折叠第六节氨基酸序列与酶的活性第七节氨基酸序列与细胞凋亡蛋白质中的结构基础多肽的转运与定位蛋白质的折叠蛋白质的分泌与分选蛋白质的降解以及细胞的的信号转导氨基酸序列的作用1.色氨酸Tryptophan（Trp）11.丙氨酸Alanine（Ala）2.异亮氨酸Isoleucine（Ile）12.精氨酸Arginine（Arg）3.酪氨酸Tyrosine（Tyr）12.半胱氨酸Cysteine（Cys）4.苯丙氨酸Phenylalanine（Phe）14.谷氨酸Glutamicacid（Glu）5.脯氨酸Proline（Pro）15.天门冬氨酸Asparticacid（Asp）6.亮氨酸Leucine（Leu）16.苏氨酸Threonine（Thr）7.缬氨酸Valine（Val）17.丝氨酸Serine（Ser）8.赖氨酸Lysine（Lys）18.甘氨酸Glycine（Gly）9.组氨酸Histidine（His）19.天门冬酰胺Asparagine（Asn）10.甲硫氨酸Methionine（Met）20.谷氨酰胺Glutamine（Gln）氨基酸以及缩写符号第一节氨基酸序列的合成氨基酸彼此在核糖体上缩合成多肽链，是通过核糖体循环而实现的。此循环可分为肽链合成的起始(intiation)，肽链的延伸(elongation)和肽链合成的终止(termination)三个主要过程。1肽链合成的起始肽链合成的30S起始复合物三元复合物(trimercomplex)，又称IF3-30S亚基-mRNA三元复合物。在起始因子2(IF2)的作用下，甲酰甲硫氨酸-起始型tRNA(fMet-tRNA)，依靠密码子与反密码子相互反应，与mRNA分子中的起始密码子(AUG或GUG)相结合。同时IF3从三元复合物脱落，形成30S前起始复合物(30Spre-initiationcomplex)，即IF2-30S亚基-mRNA-fMet-tRNA复合物。此步需要GTP和Mg2+参与。肽链合成的70S起始复合物50S亚基与上述的30S前起始复合物结合，同时IF2脱落，形成70S起始复合物，即30S亚基-mRNA-50S亚基-fMet-tRNA复合物。此时fMet-tRNA占据着50S亚基的肽酰位（peptidylsite，简称为P位或给位），而50S的氨基酰位（aminoacylsite，简称为A位或受位）暂为空位。2肽链的延伸这一过程包括进位、肽键形成、脱落和移位等四个步骤。肽链合成的延长需两种延长因子(Elongationfactor，简写为EF)，分别称为EF-T和EF-G。此外尚需GTP供能以加速翻译过程。进位：即新的氨基酰-tRNA进入50S大亚基A位，并与mRNA分子上相应的密码子结合。此步需GTP、EF-T及Mg2+的参与。肽键形成：在大亚基上肽酰转移酶的催化下，将P位点上的tRNA所携带的甲酰甲硫氨酰(或肽酰基)转移给A位上新进入的氨基酰-tRNA的氨基酸上，即由P位上的氨基酸(或肽的羧基端氨基酸)提供α-COOH基，与A位上的氨基酸的α-NH2基形成肽链。此步需Mg2+及K+的存在。脱落：即50S亚基P位上无氨基酸负载的tRNA脱落。移位：指在EF-G和GTP的作用下，核糖体沿mRNA链(5'→3')作相对移动。每次移动相当于一个密码子的距离，使得下一个密码子能准确的定位于A位点处。3肽链合成的终止肽链合成的终止，需终止因子或释放因子(releasingfactor，简写为RF)参与。RF具有识别mRNA链上终止密码子使肽链释放，核糖体解聚的作用。第二节氨基酸序列与蛋白质分选细胞内合成的蛋白质之所以能够定向的转运到特定的细胞器，取决于两个方面：其一是蛋白质中包含特殊的信号序列（signalsequenceortargetingsequence），其二是细胞器上具特定的信号识别装置（分选受体，sortingreceptor）。两类蛋白质分选信号：①信号序列（signalsequence）：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，有些信号序列在完成蛋白质的定向转移后被信号肽酶（signalpeptidase）切除。②信号斑（signalpatch）：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。哺乳动物细胞大约含有10,000种蛋白质，酵母约含5,000种除了少量的蛋白质由线粒体和叶绿体DNA编码外，其余蛋白质都是由细胞核DNA编码，在细胞质（cytosol）游离核糖体（freeribosomes）上合成细胞要发挥正常功能，必须使每一个蛋白质都要在膜（细胞膜，细胞器膜）或水相腔室（细胞质，细胞器基质或内膜腔）中正确定位。如：1、受体蛋白、离子通道蛋白和转运蛋白需要嵌在质膜内；2、DNA、RNA聚合酶需送到核（nucleus）；3、蛋白酶（proteolyticenzymes）和过氧化氢酶（catalase）应分别转运至溶酶体（lysosome）和过氧化物酶体（peroxisome）；4、其他如细胞外间质（ECM）和激素则需要分泌到细胞外。蛋白质的转运一、信号序列（斑块）、跨膜疏水区和分拣信号二、伴侣蛋白（chaperone）三、翻译同步转运和翻译后转运一、信号序列（斑块）、跨膜疏水区和分拣信号1.信号序列（斑块）2.跨膜疏水区3.分拣信号1.信号序列（斑块）（signalsequece/patch）内质网（endoplasmicreticulum,ER）信号序列：存在于所有分泌蛋白质的前体中。一般位于肽链N-terminus，引导新生肽从细胞质进入内质网。基质（matrix）信号序列：引导新合成的蛋白质经过跨膜转运从细胞质进入细胞器基质。内膜腔（intermembranespace）信号序列：新合成的蛋白质进入基质后，基质信号序列被切除，然后由内膜腔信号序列引导蛋白质进入内膜腔（即内、外膜间隙）。信号斑块：蛋白质分子中由于肽链折叠而使互不连续的肽段相互靠拢，而构成的局部立体结构，其功能与信号序列相似。信号斑块：蛋白质分子中由于肽链折叠而使互不连续的肽段相互靠近构成的局部立体结构，其功能与信号序列相似。2.跨膜疏水区信号-锚定序列（signal-anchorsequence）：引导新生肽链从细胞质进入内质网并锚定在内质网膜中。停止转运-锚定序列（stoptransfer-anchorsequence）：停止新生肽链的转运并锚定在内质网膜中。信号-停止转运-锚定序列（signal-stoptransferanchorsequence）：兼有上述二者功能。3.分拣信号（sortingsignal）存在于已合成的蛋白质中，能被特异的受体所识别，从而引导蛋白质到达合适的地点。如溶酶体分拣信号M6P、内质网分拣信号KDEL等（赖天谷亮）各种蛋白质含有一种或多种信号序列或跨膜疏水区，从而决定了它们在细胞内的精确定位。两类分选信号一些典型的分选信号功能信号序列输入细胞核-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-输出细胞核-Leu-Ala-Leu-Lys-Leu-Ala-Gly-Leu-Asp-Ile-输入线粒体+H3N-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-输入质体+H3N-Met-Val-Ala-Met-Ala-Met-Ala-Ser-Leu-Gln-Ser-Ser-Met-Ser-Ser-Leu-Ser-Leu-Ser-Ser-Asn-Ser-Phe-LeuGly-Gln-Pro-Leu-Ser-Pro-Ile-Thr-Leu-Ser-Pro-Phe-Leu-Gln-Gly-输入过氧化物酶体-Ser-Lys-Leu-COO-输入内质网+H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys-Glu-Val-Phe-Gln返回内质网-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-（KDEL）二、伴侣蛋白（chaperone）细胞内95%以上的蛋白质处于天然构象状态，所以蛋白质的折叠效率很高。有些蛋白质由于自身内部发生的相互作用而进行自我组装（selfassembly），但更多蛋白质的折叠需要伴侣蛋白参与。伴侣蛋白广泛地存在于所有生物细胞内，他们与靶蛋白的活性表面结合，阻止这些活性表面与蛋白质其他部分发生作用，从而防止蛋白质形成错误构象。伴侣蛋白有ATP酶（ATPase）活性，它们结合并稳定靶蛋白的过程需要ATP水解。伴侣蛋白的功能伴侣蛋白与正在合成中的肽链结合，介导各功能域乃至整个蛋白质分子的正确折叠。与胞液中合成的线粒体及叶绿体蛋白质结合，使肽链保持伸展状态而被跨膜转运。应激状态下，与非天然构象的蛋白质结合，稳定其结构，防止蛋白质变性后内部疏水基团暴露而发生不可逆的凝集。另外，伴侣蛋白还介导新复制的DNA和组蛋白装配成染色质，蛋白质的降解，类固醇激素信号传递中类固醇受体的变构，某些酪氨酸蛋白激酶的活化等多种生理生化过程。伴侣蛋白可分为两类1.molecularchaperone：与未折叠或部分折叠的蛋白质结合，防止蛋白质降解。2.Chaperonin：陪伴蛋白。多个分子伴侣蛋白形成的复合体，能直接推动蛋白质的折叠。1.molecularchaperoneHsp70（heatshockprotein）分子伴侣家族。包括Hsp70（细胞质、线粒体基质），Bip（immunoglobulinheavy-chain–bindingprotein,内质网），DnaK（细菌）。Hsp70的作用机制：Hsp70与ATP结合后，呈开放形式，其疏水“口袋”暴露出来，与靶蛋白的疏水区结合。然后ATP水解，hsp70变成关闭形式，释放蛋白质。2.chaperonin少数蛋白质（如细胞骨架中的肌动蛋白、微管蛋白）的正确折叠需要chaperonin辅助.真核chaperonin:如TCIP(tubularcellinteractionproducts)，大的桶形多聚体复合物，由8个Hsp60亚基组成。细菌chaperonin：GroEL（大肠杆菌Hsp60），14个相同的亚基组成，形成两个七聚体的环。每个亚基结合一个ATP。两个环上下堆叠在一起，中间形成一个通道。GroES（大肠杆菌陪伴蛋白之一）是一个七聚体复合物，与GroEL结合，帮助GroEL完成蛋白质折叠，因此称为co-chaperonin三、翻译同步转运和翻译后转运真核生物细胞中所有蛋白质的起始合成都是在游离核糖体1.翻译同步转运（co-translationaltranslocation）2.翻译后转运（post-translationaltranslocation）1.翻译同步转运（co-translationaltranslocation）蛋白质在游离核糖体中先合成N-terminus信号序列（即内质网信号序列），信号序列介导核糖体与内质网膜结合，使新生肽链边合成边进入内质网腔（ERlumen）或插入内质网膜。进入内质网腔或膜的蛋白质，除了一部分留在内质网外，其他的形成转运小泡（transportvisicle）被运输到各个细胞器或分泌到细胞外（分泌途径）。分泌途径（secretorypathway）是指通过翻译同步转运、小泡介导的方式把蛋白质分泌到细胞外。蛋白质分泌有两种形式：组成型分泌（constitutivesecretion