蛋白質(zhì)合成與分選-《細(xì)胞生物學(xué)》筆記

蛋白質(zhì)合成與分選-《細(xì)胞生物學(xué)》筆記

?第一節(jié)核糖體

?一.核糖體的基本類型與化學(xué)組成

?(一)定義

?核糖體(ribosome)是一種核糖核蛋白顆粒(ribonuncleoproteinparticle),幾乎存

在于一切原核與真核細(xì)胞內(nèi)(除極少數(shù)高度分化的細(xì)胞外)，是細(xì)胞內(nèi)合成蛋

白質(zhì)的沒(méi)有膜包被的細(xì)胞器，其功能是依照mRNA上攜帶的遺傳信息，高

效精確地將氨基酸合成為蛋白質(zhì)多肽鏈。

?(二)類型

?1.原核細(xì)胞核糖體(70S的核糖體)

?2.真核細(xì)胞核糖體(80S的核糖體)

?3.真核與原核核糖體成分比較

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?(三)化學(xué)組成

?1.大小

?(1)原核生物：直徑為20~25nm。

?(2)真核生物：直徑為25~30nm。

?2.特征

?(1)不規(guī)則顆粒狀結(jié)構(gòu)；

?(2)無(wú)膜包被；

?(3)由大小兩個(gè)亞基(subunit)構(gòu)成，但大小亞基常常游離于細(xì)胞質(zhì)中，

只有當(dāng)以mRNA為模板合成蛋白質(zhì)時(shí)，大小亞基才結(jié)合在一起，肽鏈合

成終止后，大小亞基解離。

?3.主要成分

?①蛋白質(zhì)(r蛋白)，存在于核糖體表面，約占40%;

?②RNA(rRNA):存三于核糖體內(nèi)部，約占60%。

?二.核糖體的結(jié)構(gòu)

?對(duì)核糖體高分辨率的X射線衍射圖譜分析表明：

?(1)每個(gè)核糖體含有4個(gè)RNA分子的結(jié)合位點(diǎn)：其中1個(gè)mRNA結(jié)合位點(diǎn)，3

個(gè)tRNA結(jié)合位點(diǎn)(A位點(diǎn)(aminoacylsite)、P位點(diǎn)(peptidylsite)和E位點(diǎn)

(exitsite))。這些位點(diǎn)橫跨核糖體大小亞基結(jié)合面。

?(2)在核糖體大小亞基結(jié)合面，特別是mRNA和tRNA結(jié)合處，無(wú)蛋白質(zhì)分布。

這也意味著在核糖體起源之初可能僅由RNA組成。

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?(3)催化肽鍵形成的活性位點(diǎn)由RNA組成。

?(4)大多數(shù)核糖體蛋白有一個(gè)球形結(jié)構(gòu)域和伸展的尾部，球形結(jié)構(gòu)域分布于核

糖體表面，而其伸展的多肽鏈尾部則伸入核糖體內(nèi)折疊的rRNA分子中。

?三.核糖體蛋白與rRNA的功能

?(一)與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的結(jié)合位點(diǎn)與催化位點(diǎn)：

?(1)與mRNA的結(jié)合位點(diǎn):原核生物,16SrRNA的3'端與mRNA的Shine-

Dalgamo序列(SD序列)結(jié)合：真核生物，識(shí)別mRNA5'端的甲基化帽子的翻

譯起始因子。

?(2)A位點(diǎn)：與新進(jìn)入的氨酰tRNA的結(jié)合位點(diǎn)-一氨?；稽c(diǎn)。

?(3)P位點(diǎn)：與延伸中的肽酰tRNA的結(jié)合位點(diǎn)——肽?；稽c(diǎn)。

?(4)E位點(diǎn)：tRNA離開(kāi)核糖體前的結(jié)合位點(diǎn)。

?(5)與肽酰tRNA從A位點(diǎn)轉(zhuǎn)移到P位點(diǎn)有關(guān)的轉(zhuǎn)移酶(即延伸因子EF-G)的

結(jié)合位點(diǎn)。

?(6)與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的其他起始因子(IF)、延伸因子(EF)和終止因子(RF)的

結(jié)合位點(diǎn)。

?(7)肽酰轉(zhuǎn)移酶的催化位點(diǎn)(核糖體中最主要的活性部位；肽酰轉(zhuǎn)移酶是核糖

體大亞基rRNA,活性位點(diǎn)位于23SrRNA結(jié)構(gòu)域V的中間環(huán))。

?①rRNA是起主要作用的結(jié)構(gòu)成分,主要功能有：

?具有肽酰轉(zhuǎn)移酶的活性：

?為tRNA提供結(jié)合位點(diǎn)(A位點(diǎn)、P位點(diǎn)和E位點(diǎn))；

?為多種蛋白質(zhì)合成因子提供結(jié)合位點(diǎn)；

?在蛋白質(zhì)合成起始時(shí)參與同mRNA選擇性地結(jié)合，以及在肽鏈的延伸

中與mRNA結(jié)合；

?核糖體大小亞單位的結(jié)合、校正閱讀(proofreading)、無(wú)意義鏈或框架

漂移的校正、以及抗菌素的作用等都與rRNA有關(guān)。

?②推測(cè)r蛋白質(zhì)的主要功能有：

?對(duì)rRNA折疊成有功能的三維結(jié)構(gòu)是十分重要的；

?在蛋白質(zhì)合成中，某些r蛋白可能對(duì)核糖體的構(gòu)象起“微調(diào)”作用；

?在核糖體的結(jié)合位點(diǎn)上甚至可能在催化作用中,核糖體蛋白與rRNA共

同行使功能。

?第二節(jié)多核糖體與蛋白質(zhì)的合成

?一.多核糖體

?1.概念

?核糖體在細(xì)胞內(nèi)并不是單個(gè)獨(dú)立地執(zhí)行功能，而是由多個(gè)甚至幾十個(gè)核糖體

串連在一條mRNA分子上高效地進(jìn)行肽鏈的合成，這種具有特殊功能與形態(tài)

結(jié)構(gòu)的核糖體與mRNA的聚合體稱為多聚核糖體(polyribosome或polysome)。

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?2.生物學(xué)意義

?細(xì)胞內(nèi)各種多肽的合成，不論其分子量的大小或是mRNA的長(zhǎng)短如何,單位時(shí)

間內(nèi)所合肽分子數(shù)目都大體相等,以多聚核糖體的形式進(jìn)行多肽合成，可大大

提高多肽合成的速度。mRNA在一定的時(shí)間和條件下將發(fā)生降解，以多聚核

糖體的形式進(jìn)行多肽合成，對(duì)mRNA的利用及對(duì)其濃度的調(diào)控更為經(jīng)濟(jì)和有

效。

?二.蛋白質(zhì)的合成

?（一）肽鏈的起始

?1.30S小亞基與mRNA的結(jié)合

?2.第一個(gè)氨酰tRNA進(jìn)入核糖體

?3.完整起始復(fù)合物的裝配

?（二）肽鏈的延伸

?1.氯酰tRNA在核糖體A位點(diǎn)的入位

?2.肽鍵的形成

?3.轉(zhuǎn)位

?4.tRNA的釋放

?（三）肽鏈的終止

?第三節(jié)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選

?一.蛋白質(zhì)分選proteinsorting

?（一）定義

?絕大多數(shù)蛋白質(zhì)都是由核基因編碼或在游離的核糖體上合成或在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

膜結(jié)合的核糖體上合成。合成完畢后，再通過(guò)不同的途徑轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞的特定

部位，并裝配成結(jié)構(gòu)與功能的復(fù)合體，參與組裝細(xì)胞結(jié)構(gòu)，發(fā)揮其生物學(xué)功

能，這一過(guò)程稱為蛋白質(zhì)靶向轉(zhuǎn)運(yùn)proteintargeting或蛋白質(zhì)分選。

?二.信號(hào)假說(shuō)與蛋白質(zhì)分選信號(hào)

?（一）信號(hào)肽假說(shuō)

?1.發(fā)現(xiàn)

?1972年，C.Milstein等發(fā)現(xiàn)在骨髓瘤細(xì)胞中提取的免疫球蛋白的N端栗

比分泌到細(xì)胞外的免疫球蛋白分子N端的氨基酸序列多出若干。

?2.內(nèi)容

?分泌性蛋白N端序列作為信號(hào)肽（signalpeptide）,指導(dǎo)分泌性蛋白到內(nèi)質(zhì)

網(wǎng)膜上合成，然后在信號(hào)肽引導(dǎo)下蛋白質(zhì)邊合成邊通過(guò)移位子蛋白復(fù)合

體進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，在蛋白合成結(jié)束之前信號(hào)肽被切除。

?（二）蛋白質(zhì)分選信號(hào)（信號(hào)肽+信號(hào)識(shí)別顆粒+受體+移位子協(xié)同完成）

?1.指導(dǎo)因子：蛋白質(zhì)N-端的信號(hào)肽（signalpeptide）

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?信號(hào)肽位于蛋白質(zhì)N端，一般含有16~26個(gè)氨基酸殘基，包括疏水核心

區(qū)、信號(hào)肽的C端和N端3部分。

?2.信號(hào)識(shí)別顆粒(signalrecognitionparticle,SRP)-----核糖核蛋白復(fù)合體

?SRP是核糖核蛋白復(fù)合體，由6種蛋白和300nt核昔酸組成，存在于細(xì)胞

質(zhì)基質(zhì)中，可與新生肽序列和核糖體大亞基結(jié)合，又可與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上

SRP受體結(jié)合。

?3.信號(hào)識(shí)別顆粒的受體(SRPreceptor,又稱停泊蛋白dockingprotein,DP)------

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)整合膜蛋白

?SPR而受體是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的整合蛋白，由a和0亞基組成。

?4.起始轉(zhuǎn)移序列startransfersequence

?蛋白質(zhì)氨基末端的信號(hào)序列除作為信號(hào)被SRP識(shí)別外，還具有起始穿膜轉(zhuǎn)

移的作用。

?5.停止轉(zhuǎn)移序列

?(1)定義：

?肽鏈中還存在某些序列與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜具有很強(qiáng)的親合力而結(jié)合在脂雙層

之中，能阻止肽鏈進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，使其成為跨膜蛋白質(zhì)，稱為停止轉(zhuǎn)移序

列。

?(2)分類

?①內(nèi)在停止轉(zhuǎn)移錨定序列(internalstop-transferanchorsequence,STA)

?②內(nèi)在信號(hào)錨定序列(internalsignalanchorsequence,SA)

?6.移位子translocon

?粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的核糖體結(jié)合蛋白是移位子，這類蛋白對(duì)核糖體有高度

親和力，可與核糖體大亞基結(jié)合。

(三)信號(hào)肽與共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)

?分泌性蛋白在信號(hào)肽引導(dǎo)下邊翻譯邊跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的過(guò)程稱為共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)

(cotranslationaltranslocation)。

?1.分泌性蛋白的共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程

?1—2.分泌蛋白合成起始，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)靶向信號(hào)序列合成，并被游離的SRP識(shí)

別；

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?3.SRP與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的受體結(jié)合，引導(dǎo)核糖體-新生肽復(fù)合物附著到內(nèi)質(zhì)

網(wǎng)膜上；

?4.核糖體/新生肽與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的移位子結(jié)合，伴隨GTP水解，SRP與相應(yīng)

受體解離，返回細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中重復(fù)使用，肽鏈又開(kāi)始延伸，通過(guò)移位子

以神環(huán)的形式進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔；

?5.新生肽鏈的信號(hào)序列被信肽酶切除；

?6.新生肽鏈繼續(xù)延伸，直至多肽鏈的合成結(jié)束；

?7—8.蛋白質(zhì)進(jìn)入腔內(nèi)并折疊。

?2.整合膜蛋白的合成

?I、II、III型均為一次跨膜a螺旋，IV型為多次跨膜蛋白。（起始轉(zhuǎn)移

序列和終止轉(zhuǎn)移序列的數(shù)目決定多肽跨膜次數(shù)）

?（1）I型蛋白

?①含有一個(gè)被切割的N端內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號(hào)序列；

?②通過(guò)STA錨定在膜上；

?③N端親水區(qū)位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔面，C端親水區(qū)位于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)面；

?④如LDL受體、流感HA、胰島素受體、生長(zhǎng)素受體。

?（2）n型蛋白

?①不含有可切割的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號(hào)序列；

?②通過(guò)SA錨定在膜上；

?③N端親水區(qū)位于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)側(cè)，C端親水區(qū)位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔面；

?④如無(wú)唾液酸糖蛋百受體、轉(zhuǎn)鐵蛋白受體、高爾基半乳糖苛轉(zhuǎn)移

酶、高爾基唾液酸轉(zhuǎn)移酶。

?（3）in型蛋白

?①不含有可切割的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號(hào)序列；

?②通過(guò)SA錨定在膜上；

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?③N端親水區(qū)位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔面，C端親水區(qū)位于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)面；含

有一個(gè)疏水的跨膜片段，鄰近N端親水區(qū)；

?④如細(xì)胞色素P450;

?(4)IV型蛋白

?①含有2個(gè)或多個(gè)跨膜妹段，又稱多次跨膜蛋白；

?②如G蛋白偶聯(lián)受體、葡糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、電壓門(mén)控Ca2+通道、ABC