游離核糖體上合成的蛋白質(zhì)的歸宿-課件

在細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)核糖體上合成的多肽，除部分貯留在細(xì)胞質(zhì)中外，多數(shù)最終要被運(yùn)送到靶細(xì)胞器中，它們在很大的程度上決定了細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)與功能。由于細(xì)胞器種類不同，相應(yīng)蛋白質(zhì)到靶細(xì)胞器的定位過程也不盡相同。但它們的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)理與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上合成的蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)基本相同，都須要有肽鏈信號序列的引導(dǎo)。五、游離核糖體上合成的蛋白質(zhì)的歸宿第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位2020/12/121胞質(zhì)中合成的一些多肽經(jīng)核孔復(fù)合體進(jìn)入細(xì)胞核要依賴于蛋白質(zhì)本身所攜帶的核輸入信號(nuclearimportsignal)，此信號是蛋白質(zhì)入核所必需的關(guān)鍵序列。（一）核定位蛋白的入核轉(zhuǎn)運(yùn)核輸入信號是由4~8個氨基酸構(gòu)成的一個短肽，富含Lys、Arg和Pro等帶正電的氨基酸。第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位它與信號肽不同的是：①可以定位在親核蛋白的不同部位，不僅僅位于N-末端；②進(jìn)入核后也不被切除（成為蛋白質(zhì)的永久構(gòu)成部分）。2020/12/122精品資料你怎么稱呼老師？如果老師最后沒有總結(jié)一節(jié)課的重點(diǎn)的難點(diǎn)，你是否會認(rèn)為老師的教學(xué)方法需要改進(jìn)？你所經(jīng)歷的課堂，是講座式還是討論式？教師的教鞭“不怕太陽曬，也不怕那風(fēng)雨狂，只怕先生罵我笨，沒有學(xué)問無顏見爹娘……”“太陽當(dāng)空照，花兒對我笑，小鳥說早早早……”核定位蛋白的核輸入機(jī)制在細(xì)胞質(zhì)中，游離輸入蛋白與運(yùn)載蛋白的NLS結(jié)合，形成運(yùn)載復(fù)合物。在FG核孔蛋白作用下，將核蛋白運(yùn)入核內(nèi)。輸入蛋白－Ran·GTP經(jīng)核孔通道返回細(xì)胞質(zhì)2020/12/125（二）線粒體蛋白質(zhì)的跨膜運(yùn)送這些蛋白質(zhì)的合成和輸入細(xì)胞器大體上要涉及到4個步驟：(1)在細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)中合成多肽前體物；(2)前體物和細(xì)胞器表面的受體結(jié)合；(3)穿過并移進(jìn)細(xì)胞器膜；(4)前體物被加工成成熟多肽。有些蛋白質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞器的跨膜運(yùn)動也是利用信號機(jī)制。第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位2020/12/126由胞質(zhì)溶質(zhì)運(yùn)送到線粒體或葉綠體的蛋白質(zhì)，輸入前是以前體蛋白的形式存在。前體蛋白在氨基端有一段信號序列(signalsequence)。各種信號序列的長短不等，約為20-80個氨基酸殘基，在線粒體蛋白質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)中起著關(guān)鍵作用。1.線粒體蛋白的跨膜運(yùn)動（1）線粒體蛋白的前導(dǎo)序列及其受體第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位2020/12/127①

含有較為豐富的帶正電荷的堿性氨基酸(特別是精氨酸)，穿插在不帶電荷的氨基酸序列之間，對牽引蛋白質(zhì)跨膜具有重要作用；②不含或基本不含帶負(fù)電荷的酸性氨基酸；③

序列中羥基氨基酸(尤其是絲氨酸)的含量較高；④

整個前導(dǎo)序列可形成既具親水性又具疏水性的兩性(amphipathic)-螺旋，這樣，可憑藉外正內(nèi)負(fù)的膜電位，使前導(dǎo)肽及其所牽引的蛋白質(zhì)得以順利過膜。線粒體前導(dǎo)序列的特點(diǎn)是：第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位2020/12/128線粒體蛋白質(zhì)特有的導(dǎo)肽序列(a)導(dǎo)肽的線性序列；(b)導(dǎo)肽的折疊后的氨基酸殘基的分布圖第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位2020/12/129內(nèi)、外膜接觸點(diǎn)線粒體外膜線粒體內(nèi)膜受體蛋白成熟線粒體蛋白線粒體蛋白質(zhì)前導(dǎo)序列跨膜運(yùn)送時，首先被其外膜上的受體蛋白識別并相互結(jié)合，在電化學(xué)梯度勢能的驅(qū)動下跨過內(nèi)、外膜的接觸點(diǎn)(membranecontactsite)，爾后靠ATP水解能進(jìn)一步進(jìn)入線粒體基質(zhì)。第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位蛋白質(zhì)輸入線粒體基質(zhì)示意圖2020/12/1210跨越線粒體雙層膜的蛋白質(zhì)還需進(jìn)一步分別定位于內(nèi)膜、外膜和膜間隙。線粒體前導(dǎo)序列的不同部位在蛋白質(zhì)的跨膜運(yùn)輸過程中發(fā)揮著不同的作用。也就是說前導(dǎo)肽不僅能引導(dǎo)其所在蛋白質(zhì)進(jìn)入線粒體，而且還含有指導(dǎo)蛋白質(zhì)到達(dá)細(xì)胞器中一些的空間結(jié)構(gòu)部位的不同導(dǎo)向信息。（2）線粒體跨膜蛋白的分揀定位第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位2020/12/1211輸入蛋白在輸入之前，首先要與伴侶蛋白Hsc70結(jié)合，而去折疊。線粒體外膜中有輸入受體蛋白(如TOM20和TOM22)，可識別基質(zhì)定位序列，并與之結(jié)合，將前體蛋白送入外膜通道(由TOM40構(gòu)成)。1、線粒體基質(zhì)蛋白的輸入定位于基質(zhì)中的蛋白質(zhì)還要再通過內(nèi)膜通道(由TIM23和TIM17)進(jìn)入基質(zhì)，在此部位外膜和內(nèi)膜緊貼在一起。transloconoftheoutermembrane,TOMtransloconoftheinnermembrane,TIMimportreceptor定位序列在基質(zhì)中被蛋白酶切除。在內(nèi)膜轉(zhuǎn)移通道處有基質(zhì)Hsc70陪伴蛋白，該蛋白與TIM44接觸水解ATP，驅(qū)動基質(zhì)前體蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)到基質(zhì)中。多肽鏈在伴侶蛋白作用下折疊和裝配成三維和四維結(jié)構(gòu)。TOM20/22線粒體內(nèi)、外膜接觸部位電鏡圖2020/12/1212①一次性穿膜蛋白②二次穿膜蛋白③多次穿膜蛋白2、線粒體內(nèi)膜蛋白的輸入①一次性穿膜蛋白如細(xì)胞色素氧化酶的CoxVa亞基，其前體蛋白的N末端含有基質(zhì)定位序列，此序列可被TOM20/22輸入受體識別，通過外膜的通用輸入孔和內(nèi)膜的TIM23/17轉(zhuǎn)移復(fù)合物輸入到基質(zhì)中。輸入過程中，基質(zhì)定位序列被切除。CoxVa含有一個疏水性停止轉(zhuǎn)移序列(stop-transfersequence)，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)穿過TIM23/17通道時，停止轉(zhuǎn)移序列阻止C-端穿過內(nèi)膜，然后肽鏈轉(zhuǎn)移到脂雙層中。②二次穿膜蛋白肽鏈含有基質(zhì)定位序列和2段內(nèi)部疏水區(qū)(Oxl1定位序列)，肽鏈進(jìn)入基質(zhì)后，基質(zhì)定位區(qū)被切除。Oxl1疏水區(qū)被內(nèi)膜中的Oxa1蛋白所識別，并將蛋白質(zhì)插入脂雙層中。③多次穿膜蛋白

這類蛋白質(zhì)N末端沒有基質(zhì)定位序列，而肽鏈內(nèi)部含有多個定位序列。如ADP/ATP對向轉(zhuǎn)運(yùn)體(antiporter)，此蛋白含有6個穿膜區(qū)為定位序列，外膜中的TOM70可識別內(nèi)部定位序列。通過外膜的通用運(yùn)輸孔穿過外膜，在膜間隙中的TIM9/10的協(xié)助下，蛋白質(zhì)被移送到內(nèi)膜中的轉(zhuǎn)移復(fù)合體(由TIM22/54組成)，負(fù)責(zé)將輸入蛋白的疏水性定位序列移入內(nèi)膜脂雙層中。2020/12/1213此類蛋白質(zhì)前體中在N末端基質(zhì)定位序列之后，接著為一段長的疏水性氨基酸片段(一個停止轉(zhuǎn)移信號)，可阻止蛋白質(zhì)進(jìn)入基質(zhì)，同時可使蛋白質(zhì)結(jié)合到外膜中，成為外膜整合蛋白。此途徑中，蛋白質(zhì)輸入后，其基質(zhì)定位序列和內(nèi)部疏水性序列均不切除。3、外膜蛋白質(zhì)的輸入2020/12/12144、膜間隙蛋白質(zhì)的輸入①主要途徑②穿外膜直接途徑②穿外膜直接途徑

輸入蛋白質(zhì)通過外膜的TOM40通用輸入孔，直接將蛋白質(zhì)釋放到膜間隙中，不涉及到內(nèi)膜，與內(nèi)膜轉(zhuǎn)移因子無關(guān)。例如細(xì)胞色素c血紅素裂合酶(負(fù)責(zé)血紅素與細(xì)胞色素c共價結(jié)合)，是一種線粒體膜間隙蛋白。①主要途徑前體物肽鏈中含有兩個不同的N末端定位序列。例如細(xì)胞色素b2，進(jìn)入基質(zhì)后，N末端第一個序列被基質(zhì)中的蛋白酶切除。第二個序列阻止肽鏈完全穿過內(nèi)膜，前體物變成內(nèi)膜TIM23/17通道中的中間物。中間物側(cè)向擴(kuò)散，離開TIM23/17通道。內(nèi)膜中的蛋白酶切除穿膜的疏水性片段，將成熟的蛋白質(zhì)以可溶性形式釋放到膜間隙中。2020/12/1215線粒體輸入蛋白定位序列的排列形式大多數(shù)線粒體蛋白含有N末端基質(zhì)定位序列，但各種蛋白質(zhì)的不相同。2020/12/1216在細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)中合成的線粒體蛋白質(zhì)并不都是通過前述途徑來運(yùn)送的。定位于線粒體外膜的蛋白質(zhì)就有時就無前導(dǎo)序列，它不以前體形式運(yùn)送插入。而細(xì)胞色素c可能是直接擴(kuò)散通過外膜而進(jìn)入線粒體，再在細(xì)胞色素c-血紅素裂合酶催化下，加上血紅素后成為成熟型并定位于內(nèi)膜外側(cè)。第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位2020/12/1217線粒體蛋白質(zhì)的跨膜運(yùn)送是一個多步驟的耗能過程，有多種蛋白質(zhì)參與。除前導(dǎo)序列可驅(qū)動蛋白質(zhì)前體跨越內(nèi)外膜并定位于各最終場所外，分子伴侶對于蛋白質(zhì)跨膜前的解折疊和跨膜后的重新折疊發(fā)揮了關(guān)鏈作用。第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位2020/12/1218葉綠體蛋白質(zhì)的跨膜運(yùn)送也與線粒體蛋白類似。二者都是翻譯后轉(zhuǎn)移，跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)過程都需要能量驅(qū)動，都具有兩性氨基末端的前導(dǎo)序列，而且在蛋白質(zhì)進(jìn)入目的地的過程中被分次切除。葉綠體蛋白質(zhì)跨膜運(yùn)送的特點(diǎn)：第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位（三）葉綠體蛋白質(zhì)的跨膜運(yùn)送2020/12/1219葉綠體間質(zhì)(stroma)中與卡爾文循環(huán)有關(guān)的酶，除了核酮糖1,5二磷酸羧化酶(rubisco)的大亞基是由葉綠體DNA編碼、間質(zhì)核糖體合成外，其小亞基和所有參與卡爾文循環(huán)的酶均由核基因編碼、在細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)中合成，然后輸入進(jìn)葉綠體間質(zhì)中。1、葉綠體間質(zhì)蛋白的輸入2020/12/1220這些蛋白質(zhì)都含有間質(zhì)輸入序列(stromal-importsequence)，此序列富含絲氨酸、蘇氨酸和疏水性殘基，少谷氨酸和天冬氨酸。核酮糖1,5二磷酸羧化酶小(S)亞基去折疊后進(jìn)入間質(zhì)腔，與間質(zhì)Hsc70分子伴侶暫時結(jié)合，N末端輸入序列被切除。2020/12/1221質(zhì)體藍(lán)素和其他一些類囊體腔蛋白質(zhì)，肽鏈中含有兩個連續(xù)的攝?。ㄎ恍蛄?uptake-targetingsequence)。第1個是N末端間質(zhì)輸入序列，引導(dǎo)蛋白質(zhì)前體進(jìn)入間質(zhì)。第2個是類囊體定位序列(thylakoid-targetingsequence)，引導(dǎo)蛋白質(zhì)進(jìn)入類囊體腔。2、類囊體腔蛋白的輸入2020/12/1222類囊體腔蛋白的輸入途徑有4條：②利用與細(xì)菌SecA相關(guān)蛋白質(zhì)的途徑①SRP依賴途徑③依賴于與線粒體Oxa1相關(guān)蛋白質(zhì)的途徑④ΔpH途徑這4條途徑均與細(xì)菌中的蛋白輸入途徑類似2020/12/1223蛋白質(zhì)前體進(jìn)入間質(zhì)后，輸入序列被切除，在葉綠體信號識別顆粒(SRP)結(jié)合，類囊體膜上有SRP受體，SRP與SRP受體結(jié)合，經(jīng)Sec轉(zhuǎn)運(yùn)體(Sectranslocon)進(jìn)入類囊體腔，類囊體定位序列在腔內(nèi)被切除.①SRP依賴途徑：Sec轉(zhuǎn)運(yùn)體2020/12/1224②類囊體腔蛋白質(zhì)輸入的第2條途徑是利用與細(xì)菌SecA相關(guān)的蛋白質(zhì)，其機(jī)制與革氏陽性菌蛋白質(zhì)穿過內(nèi)膜的類似。革氏陽性菌蛋白質(zhì)翻譯后的穿內(nèi)膜轉(zhuǎn)移細(xì)菌內(nèi)膜上有由3個亞基組成的轉(zhuǎn)移體通道.

2020/12/1225蛋白質(zhì)定位于類囊體膜，此途徑依賴于與線粒體Oxa

1相關(guān)的蛋白質(zhì)。③第三條途徑：2020/12/1226結(jié)合金屬的類囊體腔蛋白質(zhì)的輸入途徑。這些去折疊的蛋白質(zhì)前體物首先進(jìn)入間質(zhì)，在間質(zhì)中N末端的間質(zhì)輸入序列被切除，隨之蛋白質(zhì)發(fā)生折疊，結(jié)合上輔因子。一套類囊體膜蛋白和結(jié)合的輔因子將折疊蛋白質(zhì)輸入到腔內(nèi)，這一轉(zhuǎn)移的驅(qū)動力來自于pH梯度。④ΔpH途徑：2020/12/1227過氧化物酶體中，無論是膜上還是腔中的蛋白質(zhì)都是在細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)中合成后輸入的。絕大多數(shù)過氧化物酶體基質(zhì)蛋白的C末端含有SKL(Ser-Lys-Leu)序列，此序列稱為過氧化物酶體定位序列(peroxisomal-targetingsequence,PTS1)。當(dāng)把這一短的信號序列連接到細(xì)胞質(zhì)中的任何蛋白質(zhì)上，都可使該蛋白質(zhì)被輸入過氧化物酶體中。(四)過氧化物酶體中的蛋白質(zhì)輸入第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位2020/12/1228第六節(jié)蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位在細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)中，PTS1與可溶性和膜結(jié)合的受體蛋白Pex14結(jié)合，在功能上與SRP和SRP受體使定位于ER腔的蛋白質(zhì)輸入機(jī)制類似。輸入蛋白結(jié)合著Pex5通過多體轉(zhuǎn)移通道。在進(jìn)入基質(zhì)過程中或進(jìn)入基質(zhì)之后，Pex5與過氧化物酶體蛋白質(zhì)解離，返回細(xì)胞質(zhì)。但PTS1序列不切除。蛋白質(zhì)輸入過程需要水解ATP。2020/12/1229過氧化物酶體基質(zhì)蛋白由PTS1定位序列引導(dǎo)輸入第1步：過氧化氫酶和其他大多數(shù)基質(zhì)蛋白C末端均含有PTS1攝?。ㄎ恍蛄?，此序列與細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)受體Pex5結(jié)合。第2步：結(jié)合了基質(zhì)蛋白的Pex5與過氧化物酶體膜上的Pex14相互作用。第3步:基質(zhì)蛋白-Pex5復(fù)合物被轉(zhuǎn)移到一組膜蛋白(Pex10/Pex12/Pex2)上，基質(zhì)蛋白被輸入到過氧化物酶體基質(zhì)中。第4步：在基質(zhì)蛋白轉(zhuǎn)移過程中或在腔內(nèi)，Pex5與基質(zhì)蛋白解離，返回細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)中，返回過程中還要涉及到Pex10/Pex12/Pex2復(fù)合物和另外一些膜蛋白