第9章蛋白質(zhì)合成分選

1、9.2 蛋白質(zhì)的合成與分選核糖體與蛋白質(zhì)合成核糖體與蛋白質(zhì)合成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與蛋白質(zhì)分選內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與蛋白質(zhì)分選2核糖體核糖體(ribosome)是細(xì)胞內(nèi)一種是細(xì)胞內(nèi)一種核糖核蛋白顆粒核糖核蛋白顆粒是是細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)合成蛋白質(zhì)的細(xì)胞器合成蛋白質(zhì)的細(xì)胞器。 核糖體的主要成分是核糖體的主要成分是核糖體核糖體RNA(rRNA), 占占60%, 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)(r蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)), 占占40%。u真核細(xì)胞由真核細(xì)胞由60S大亞基和大亞基和40S小亞基組成；小亞基組成；u原核細(xì)胞由原核細(xì)胞由50S大亞基和大亞基和30S小亞基組成；小亞基組成；9.2.1 核糖體和蛋白質(zhì)合成核糖體和蛋白質(zhì)合成3核糖體的化學(xué)組成核糖體的化學(xué)組成

2、4核糖體的裝配核糖體的裝配核糖體是一種自我組裝的結(jié)構(gòu)。核糖體是一種自我組裝的結(jié)構(gòu)。原核生物核糖體亞基的裝配在原核生物核糖體亞基的裝配在細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)；真核；真核生物核糖體亞基的裝配地點(diǎn)在生物核糖體亞基的裝配地點(diǎn)在細(xì)胞核核仁部位細(xì)胞核核仁部位。rRNA和蛋白質(zhì)的裝配關(guān)系和蛋白質(zhì)的裝配關(guān)系:組成核糖體的蛋白質(zhì)和組成核糖體的蛋白質(zhì)和rRNA在大小亞基中在大小亞基中均有一定的均有一定的空間排布和先后順序空間排布和先后順序。5核糖體的合成與裝配核糖體的合成與裝配核仁核仁細(xì)胞核細(xì)胞核細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)6中心法則中心法則7核糖體的功能核糖體的功能蛋白質(zhì)合成蛋白質(zhì)合成A位點(diǎn)：氨酰位點(diǎn)：氨酰tRNA結(jié)合位點(diǎn)；結(jié)合位點(diǎn)；

3、P位點(diǎn)：肽酰位點(diǎn)：肽酰tRNA結(jié)合位點(diǎn)；結(jié)合位點(diǎn)；E位點(diǎn)：脫氨酰位點(diǎn)：脫氨酰tRNA結(jié)合位點(diǎn)；結(jié)合位點(diǎn)；mRNA結(jié)合位點(diǎn)：結(jié)合位點(diǎn)：SD序列。序列。8多聚核糖體多聚核糖體在蛋白質(zhì)合成過(guò)程中，同一條在蛋白質(zhì)合成過(guò)程中，同一條mRNA分子能夠同多個(gè)核糖體結(jié)合，同時(shí)合分子能夠同多個(gè)核糖體結(jié)合，同時(shí)合成若干條蛋白質(zhì)多肽鏈。成若干條蛋白質(zhì)多肽鏈。9蛋白質(zhì)的壽命和蛋白質(zhì)降解蛋白質(zhì)的壽命和蛋白質(zhì)降解uN端規(guī)則端規(guī)則 精氨酸和賴氨酸短；纈氨酸和甲硫氨酸長(zhǎng)精氨酸和賴氨酸短；纈氨酸和甲硫氨酸長(zhǎng)u蛋白酶體對(duì)泛素化的蛋白質(zhì)進(jìn)行降解蛋白酶體對(duì)泛素化的蛋白質(zhì)進(jìn)行降解10RNA在胞內(nèi)的其他功能在胞內(nèi)的其他功能核酶：核酶：具

4、有催化活性具有催化活性的的RNA。與蛋白質(zhì)酶。與蛋白質(zhì)酶相比，核酶的催化效相比，核酶的催化效率較低，是一種較為率較低，是一種較為原始的催化酶。原始的催化酶。反義反義RNA：是指與：是指與mRNA互補(bǔ)的互補(bǔ)的RNA分子。分子。 可控制可控制mRNA的翻譯，一種基因表達(dá)調(diào)控方式。的翻譯，一種基因表達(dá)調(diào)控方式。11反義反義RNA12蛋白質(zhì)的兩種運(yùn)輸方式蛋白質(zhì)的兩種運(yùn)輸方式翻譯后轉(zhuǎn)運(yùn)翻譯后轉(zhuǎn)運(yùn)(post-tranlational translocation)在在游離核糖體游離核糖體上進(jìn)行蛋白質(zhì)合成，完成后轉(zhuǎn)運(yùn)到上進(jìn)行蛋白質(zhì)合成，完成后轉(zhuǎn)運(yùn)到胞質(zhì)胞質(zhì)溶膠、核、線粒體、葉綠體和過(guò)氧化物酶體溶膠、核、線粒體

5、、葉綠體和過(guò)氧化物酶體。共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)(co-translational translocation)在游離核糖體開(kāi)始蛋白質(zhì)合成，中止并轉(zhuǎn)運(yùn)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在游離核糖體開(kāi)始蛋白質(zhì)合成，中止并轉(zhuǎn)運(yùn)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上形成上形成膜旁核糖體膜旁核糖體繼續(xù)合成，最終轉(zhuǎn)運(yùn)至內(nèi)膜系統(tǒng)，繼續(xù)合成，最終轉(zhuǎn)運(yùn)至內(nèi)膜系統(tǒng)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體、分泌蛋白和膜蛋白內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體、分泌蛋白和膜蛋白。9.2.2蛋白質(zhì)分選和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)分選和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)細(xì)胞內(nèi)兩套蛋白合成系統(tǒng)細(xì)胞內(nèi)兩套蛋白合成系統(tǒng)13膜旁核糖體膜旁核糖體(membranous ribosomes)游離核糖體游離核糖體(free ribosome)蛋白質(zhì)定位細(xì)胞

6、蛋白質(zhì)定位細(xì)胞器的運(yùn)輸方式：器的運(yùn)輸方式：核孔運(yùn)輸核孔運(yùn)輸跨膜運(yùn)輸跨膜運(yùn)輸小泡運(yùn)輸小泡運(yùn)輸信號(hào)序列（信號(hào)序列（signal sequence）決定蛋白質(zhì)沿正確方向運(yùn)輸，通常為決定蛋白質(zhì)沿正確方向運(yùn)輸，通常為15-80個(gè)氨基酸，位于新生肽的個(gè)氨基酸，位于新生肽的N端。端。信號(hào)序列指導(dǎo)蛋白質(zhì)運(yùn)輸和定位，對(duì)蛋信號(hào)序列指導(dǎo)蛋白質(zhì)運(yùn)輸和定位，對(duì)蛋白質(zhì)沒(méi)有選擇性。白質(zhì)沒(méi)有選擇性。進(jìn)入不同細(xì)胞器的蛋白質(zhì)具有不同的定進(jìn)入不同細(xì)胞器的蛋白質(zhì)具有不同的定位信號(hào)位信號(hào) 入核信號(hào)入核信號(hào) 前導(dǎo)肽（前導(dǎo)肽（leader peptide）：線粒體）：線粒體 葉綠體葉綠體 信號(hào)肽（信號(hào)肽（signal peptide）：內(nèi)

7、膜系統(tǒng)或分泌）：內(nèi)膜系統(tǒng)或分泌信號(hào)序列的定位作用和無(wú)選擇性信號(hào)序列的定位作用和無(wú)選擇性17前導(dǎo)肽通常長(zhǎng)約前導(dǎo)肽通常長(zhǎng)約20-80個(gè)氨基酸，通常帶個(gè)氨基酸，通常帶正電荷的堿性氨基酸正電荷的堿性氨基酸(特別是精氨酸和賴氨特別是精氨酸和賴氨酸酸)含量較為豐富含量較為豐富; 有形成兩性有形成兩性(既親水又疏水既親水又疏水)螺旋的傾向。螺旋的傾向。需要受體、從接觸點(diǎn)進(jìn)入、解折疊、能量、需要受體、從接觸點(diǎn)進(jìn)入、解折疊、能量、需要轉(zhuǎn)運(yùn)酶、需要分子伴侶。需要轉(zhuǎn)運(yùn)酶、需要分子伴侶。不同的前導(dǎo)肽沒(méi)有序列同源性。不同的前導(dǎo)肽沒(méi)有序列同源性。前前導(dǎo)肽介導(dǎo)導(dǎo)肽介導(dǎo)線粒體和葉綠體線粒體和葉綠體蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)1819線粒

8、體基質(zhì)蛋白線粒體基質(zhì)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)（單個(gè)前導(dǎo)肽）（單個(gè)前導(dǎo)肽）20線粒體內(nèi)線粒體內(nèi)/ /外膜蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)外膜蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn) （單個(gè)前導(dǎo)肽，停止轉(zhuǎn)運(yùn)序列）（單個(gè)前導(dǎo)肽，停止轉(zhuǎn)運(yùn)序列）21葉綠體類囊體腔蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)葉綠體類囊體腔蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)（兩個(gè)個(gè)前導(dǎo)肽序列）（兩個(gè)個(gè)前導(dǎo)肽序列）糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能-信號(hào)肽與蛋白質(zhì)運(yùn)輸信號(hào)肽與蛋白質(zhì)運(yùn)輸 信號(hào)序列信號(hào)序列(signal sequence)1960s ,George Palade 示蹤技術(shù)研究培養(yǎng)細(xì)示蹤技術(shù)研究培養(yǎng)細(xì)胞的胞的蛋白合成分泌過(guò)程蛋白合成分泌過(guò)程Redman和和Sabatini用分離的用分離的RER小泡（微小泡（微粒體）研究粒體）研究膜結(jié)合

9、核糖體合成的蛋白質(zhì)去向膜結(jié)合核糖體合成的蛋白質(zhì)去向1971年美國(guó)洛克菲勒大學(xué)的年美國(guó)洛克菲勒大學(xué)的Blobel等提出了等提出了信號(hào)序列信號(hào)序列(signal sequence)的概念。的概念。同位素示蹤實(shí)驗(yàn)同位素示蹤實(shí)驗(yàn)A.無(wú)微粒體無(wú)微粒體B.加微粒體加微粒體蛋白質(zhì)入蛋白質(zhì)入RERRER實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)無(wú)微粒體體系合成蛋白無(wú)微粒體體系合成蛋白信號(hào)肽的信號(hào)肽的證實(shí)證實(shí)Blobel等用核糖體、微粒體無(wú)細(xì)胞蛋等用核糖體、微粒體無(wú)細(xì)胞蛋白合成體系進(jìn)行離體實(shí)驗(yàn)證實(shí)了信白合成體系進(jìn)行離體實(shí)驗(yàn)證實(shí)了信號(hào)肽的存在號(hào)肽的存在:RER小泡對(duì)產(chǎn)物的影響小泡對(duì)產(chǎn)物的影響蛋白水解酶實(shí)驗(yàn)蛋白水解酶實(shí)驗(yàn)多聚核糖體的離體翻譯多聚核糖

10、體的離體翻譯26RER小小泡泡實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)蛋蛋白白水水解解酶酶水水解解實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)多聚核糖體離體多聚核糖體離體翻譯實(shí)驗(yàn)翻譯實(shí)驗(yàn)信號(hào)肽的特性信號(hào)肽的特性序列特征序列特征 15-3515-35個(gè)氨基酸殘基，個(gè)氨基酸殘基，1 1個(gè)或多個(gè)個(gè)或多個(gè)帶正電氨帶正電氨基酸基酸，其中含有，其中含有4-124-12個(gè)個(gè)疏水殘基疏水殘基。信號(hào)序列無(wú)特異性信號(hào)序列無(wú)特異性: :位置位置: :N-N-端信號(hào)肽端信號(hào)肽內(nèi)部信號(hào)肽內(nèi)部信號(hào)肽早期早期信號(hào)假說(shuō)信號(hào)假說(shuō)(signal hypothesis)1975年，年，Blobel等正式提出了信號(hào)假說(shuō)等正式提出了信號(hào)假說(shuō):合成始于游離核糖體合成始于游離核糖體;N端信號(hào)序列靠端信號(hào)序

11、列靠自由碰撞自由碰撞與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜接觸，然與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜接觸，然后靠后靠N端信號(hào)序列的疏水區(qū)插入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜端信號(hào)序列的疏水區(qū)插入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜;蛋白質(zhì)繼續(xù)合成，以袢環(huán)形式蛋白質(zhì)繼續(xù)合成，以袢環(huán)形式穿過(guò)穿過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜;蛋白的存在方式蛋白的存在方式:若是分泌蛋白，信號(hào)肽被信號(hào)肽酶切除；若是分泌蛋白，信號(hào)肽被信號(hào)肽酶切除；若是膜蛋白，停止轉(zhuǎn)移信號(hào)錨定在膜上。若是膜蛋白，停止轉(zhuǎn)移信號(hào)錨定在膜上。 ？信號(hào)假說(shuō)的補(bǔ)充信號(hào)假說(shuō)的補(bǔ)充信號(hào)識(shí)別顆粒與停靠蛋白信號(hào)識(shí)別顆粒與?？康鞍仔盘?hào)識(shí)別顆粒（信號(hào)識(shí)別顆粒（signal recognition particle, SRP）SRP 核糖核蛋白復(fù)合體。核糖核蛋白復(fù)合體

12、。一條一條300bp的的7S RNA (scRNA)。六條多肽六條多肽三個(gè)功能域三個(gè)功能域: 翻譯暫停結(jié)構(gòu)域翻譯暫停結(jié)構(gòu)域信號(hào)肽識(shí)別結(jié)合位點(diǎn)信號(hào)肽識(shí)別結(jié)合位點(diǎn)SRP受體蛋白結(jié)合位點(diǎn)受體蛋白結(jié)合位點(diǎn)信號(hào)肽識(shí)別結(jié)合位點(diǎn)信號(hào)肽識(shí)別結(jié)合位點(diǎn)SRP受體蛋白結(jié)合位點(diǎn)受體蛋白結(jié)合位點(diǎn)翻譯暫停結(jié)構(gòu)域翻譯暫停結(jié)構(gòu)域?？康鞍祝ㄍ？康鞍祝―ocking protein, DP） 是是SRP在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的受體蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的受體蛋白兩個(gè)亞基兩個(gè)亞基:親水的親水的亞基亞基, 疏水的疏水的亞基亞基蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)通道蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)通道易位子易位子( translocon)易位子是分泌蛋白質(zhì)的跨膜通道，高易位子是分泌蛋白質(zhì)的跨膜通

13、道，高56 nm，直徑為直徑為 8.5 nm, 中央孔徑為中央孔徑為 2 nm 哺乳動(dòng)物細(xì)胞中有三種類型的哺乳動(dòng)物細(xì)胞中有三種類型的Sec61, 即即、和和Sec61有有10個(gè)跨膜個(gè)跨膜螺旋螺旋1. ER蛋白質(zhì)在蛋白質(zhì)在游離核糖體游離核糖體起始合成；起始合成；2. 信號(hào)肽信號(hào)肽與與SRP結(jié)合，蛋白合成中止；結(jié)合，蛋白合成中止；3. SRP和?？康鞍祝ê屯？康鞍祝―P）介導(dǎo)核糖體附著到介導(dǎo)核糖體附著到ER上；上；4. SRP釋放，蛋白質(zhì)釋放，蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)通道（易位子）轉(zhuǎn)運(yùn)通道（易位子）的打開(kāi)；的打開(kāi)；5. 信號(hào)肽引導(dǎo)蛋白質(zhì)進(jìn)入信號(hào)肽引導(dǎo)蛋白質(zhì)進(jìn)入ER，合成重新開(kāi)始；，合成重新開(kāi)始；6. 信號(hào)肽酶信號(hào)肽酶切除信號(hào)肽；切除信號(hào)肽；7. 蛋白質(zhì)合成結(jié)束。蛋白質(zhì)合成結(jié)束。補(bǔ)充的信號(hào)假說(shuō)補(bǔ)充的信號(hào)假說(shuō)信號(hào)肽酶信號(hào)肽酶核糖體核糖體信號(hào)識(shí)別顆粒信號(hào)識(shí)別顆粒信號(hào)肽信號(hào)肽?？康鞍淄？康鞍滓孜蛔右孜蛔芋w外實(shí)驗(yàn)證明體外實(shí)驗(yàn)證明SRPSRP和和DPDP的作用的作用跨膜信號(hào)與膜蛋白的定向跨膜信號(hào)與膜蛋白的定向單次跨膜蛋白單次跨膜蛋白起始轉(zhuǎn)移信號(hào)起始轉(zhuǎn)移信號(hào)(start transfer signal) 可切割的信號(hào)序列可切割的信號(hào)序列 (N-端端)內(nèi)部信號(hào)序列內(nèi)部信號(hào)序