游離核糖體上合成的蛋白質的歸宿-課件

在細胞質溶質核糖體上合成的多肽，除部分貯留在細胞質中外，多數最終要被運送到靶細胞器中，它們在很大的程度上決定了細胞器的結構與功能。由于細胞器種類不同，相應蛋白質到靶細胞器的定位過程也不盡相同。但它們的轉運機理與內質網膜上合成的蛋白質的轉運基本相同，都須要有肽鏈信號序列的引導。五、游離核糖體上合成的蛋白質的歸宿第六節(jié)蛋白質的細胞定位2020/12/121胞質中合成的一些多肽經核孔復合體進入細胞核要依賴于蛋白質本身所攜帶的核輸入信號(nuclearimportsignal)，此信號是蛋白質入核所必需的關鍵序列。（一）核定位蛋白的入核轉運核輸入信號是由4~8個氨基酸構成的一個短肽，富含Lys、Arg和Pro等帶正電的氨基酸。第六節(jié)蛋白質的細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進入核后也不被切除（成為蛋白質的永久構成部分）。2020/12/122精品資料你怎么稱呼老師？如果老師最后沒有總結一節(jié)課的重點的難點，你是否會認為老師的教學方法需要改進？你所經歷的課堂，是講座式還是討論式？教師的教鞭“不怕太陽曬，也不怕那風雨狂，只怕先生罵我笨，沒有學問無顏見爹娘……”“太陽當空照，花兒對我笑，小鳥說早早早……”核定位蛋白的核輸入機制在細胞質中，游離輸入蛋白與運載蛋白的NLS結合，形成運載復合物。在FG核孔蛋白作用下，將核蛋白運入核內。輸入蛋白－Ran·GTP經核孔通道返回細胞質2020/12/125（二）線粒體蛋白質的跨膜運送這些蛋白質的合成和輸入細胞器大體上要涉及到4個步驟：(1)在細胞質溶質中合成多肽前體物；(2)前體物和細胞器表面的受體結合；(3)穿過并移進細胞器膜；(4)前體物被加工成成熟多肽。有些蛋白質進入細胞器的跨膜運動也是利用信號機制。第六節(jié)蛋白質的細胞定位2020/12/126由胞質溶質運送到線粒體或葉綠體的蛋白質，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，在線粒體蛋白質的跨膜轉運中起著關鍵作用。1.線粒體蛋白的跨膜運動（1）線粒體蛋白的前導序列及其受體第六節(jié)蛋白質的細胞定位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，對牽引蛋白質跨膜具有重要作用；②不含或基本不含帶負電荷的酸性氨基酸；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，可憑藉外正內負的膜電位，使前導肽及其所牽引的蛋白質得以順利過膜。線粒體前導序列的特點是：第六節(jié)蛋白質的細胞定位2020/12/128線粒體蛋白質特有的導肽序列(a)導肽的線性序列；(b)導肽的折疊后的氨基酸殘基的分布圖第六節(jié)蛋白質的細胞定位2020/12/129內、外膜接觸點線粒體外膜線粒體內膜受體蛋白成熟線粒體蛋白線粒體蛋白質前導序列跨膜運送時，首先被其外膜上的受體蛋白識別并相互結合，在電化學梯度勢能的驅動下跨過內、外膜的接觸點(membranecontactsite)，爾后靠ATP水解能進一步進入線粒體基質。第六節(jié)蛋白質的細胞定位蛋白質輸入線粒體基質示意圖2020/12/1210跨越線粒體雙層膜的蛋白質還需進一步分別定位于內膜、外膜和膜間隙。線粒體前導序列的不同部位在蛋白質的跨膜運輸過程中發(fā)揮著不同的作用。也就是說前導肽不僅能引導其所在蛋白質進入線粒體，而且還含有指導蛋白質到達細胞器中一些的空間結構部位的不同導向信息。（2）線粒體跨膜蛋白的分揀定位第六節(jié)蛋白質的細胞定位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)，可識別基質定位序列，并與之結合，將前體蛋白送入外膜通道(由TOM40構成)。1、線粒體基質蛋白的輸入定位于基質中的蛋白質還要再通過內膜通道(由TIM23和TIM17)進入基質，在此部位外膜和內膜緊貼在一起。transloconoftheoutermembrane,TOMtransloconoftheinnermembrane,TIMimportreceptor定位序列在基質中被蛋白酶切除。在內膜轉移通道處有基質Hsc70陪伴蛋白，該蛋白與TIM44接觸水解ATP，驅動基質前體蛋白轉運到基質中。多肽鏈在伴侶蛋白作用下折疊和裝配成三維和四維結構。TOM20/22線粒體內、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、線粒體內膜蛋白的輸入①一次性穿膜蛋白如細胞色素氧化酶的CoxVa亞基，其前體蛋白的N末端含有基質定位序列，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膜的TIM23/17轉移復合物輸入到基質中。輸入過程中，基質定位序列被切除。CoxVa含有一個疏水性停止轉移序列(stop-transfersequence)，當蛋白質穿過TIM23/17通道時，停止轉移序列阻止C-端穿過內膜，然后肽鏈轉移到脂雙層中。②二次穿膜蛋白肽鏈含有基質定位序列和2段內部疏水區(qū)(Oxl1定位序列)，肽鏈進入基質后，基質定位區(qū)被切除。Oxl1疏水區(qū)被內膜中的Oxa1蛋白所識別，并將蛋白質插入脂雙層中。③多次穿膜蛋白

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

輸入蛋白質通過外膜的TOM40通用輸入孔，直接將蛋白質釋放到膜間隙中，不涉及到內膜，與內膜轉移因子無關。例如細胞色素c血紅素裂合酶(負責血紅素與細胞色素c共價結合)，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。例如細胞色素b2，進入基質后，N末端第一個序列被基質中的蛋白酶切除。第二個序列阻止肽鏈完全穿過內膜，前體物變成內膜TIM23/17通道中的中間物。中間物側向擴散，離開TIM23/17通道。內膜中的蛋白酶切除穿膜的疏水性片段，將成熟的蛋白質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線粒體蛋白含有N末端基質定位序列，但各種蛋白質的不相同。2020/12/1216在細胞質溶質中合成的線粒體蛋白質并不都是通過前述途徑來運送的。定位于線粒體外膜的蛋白質就有時就無前導序列，它不以前體形式運送插入。而細胞色素c可能是直接擴散通過外膜而進入線粒體，再在細胞色素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膜外側。第六節(jié)蛋白質的細胞定位2020/12/1217線粒體蛋白質的跨膜運送是一個多步驟的耗能過程，有多種蛋白質參與。除前導序列可驅動蛋白質前體跨越內外膜并定位于各最終場所外，分子伴侶對于蛋白質跨膜前的解折疊和跨膜后的重新折疊發(fā)揮了關鏈作用。第六節(jié)蛋白質的細胞定位2020/12/1218葉綠體蛋白質的跨膜運送也與線粒體蛋白類似。二者都是翻譯后轉移，跨膜轉運過程都需要能量驅動，都具有兩性氨基末端的前導序列，而且在蛋白質進入目的地的過程中被分次切除。葉綠體蛋白質跨膜運送的特點：第六節(jié)蛋白質的細胞定位（三）葉綠體蛋白質的跨膜運送2020/12/1219葉綠體間質(stroma)中與卡爾文循環(huán)有關的酶，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、在細胞質溶質中合成，然后輸入進葉綠體間質中。1、葉綠體間質蛋白的輸入2020/12/1220這些蛋白質都含有間質輸入序列(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)亞基去折疊后進入間質腔，與間質Hsc70分子伴侶暫時結合，N末端輸入序列被切除。2020/12/1221質體藍素和其他一些類囊體腔蛋白質，肽鏈中含有兩個連續(xù)的攝?。ㄎ恍蛄?uptake-targetingsequence)。第1個是N末端間質輸入序列，引導蛋白質前體進入間質。第2個是類囊體定位序列(thylakoid-targetingsequence)，引導蛋白質進入類囊體腔。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利用與細菌SecA相關蛋白質的途徑①SRP依賴途徑③依賴于與線粒體Oxa1相關蛋白質的途徑④ΔpH途徑這4條途徑均與細菌中的蛋白輸入途徑類似2020/12/1223蛋白質前體進入間質后，輸入序列被切除，在葉綠體信號識別顆粒(SRP)結合，類囊體膜上有SRP受體，SRP與SRP受體結合，經Sec轉運體(Sectranslocon)進入類囊體腔，類囊體定位序列在腔內被切除.①SRP依賴途徑：Sec轉運體2020/12/1224②類囊體腔蛋白質輸入的第2條途徑是利用與細菌SecA相關的蛋白質，其機制與革氏陽性菌蛋白質穿過內膜的類似。革氏陽性菌蛋白質翻譯后的穿內膜轉移細菌內膜上有由3個亞基組成的轉移體通道.

2020/12/1225蛋白質定位于類囊體膜，此途徑依賴于與線粒體Oxa

1相關的蛋白質。③第三條途徑：2020/12/1226結合金屬的類囊體腔蛋白質的輸入途徑。這些去折疊的蛋白質前體物首先進入間質，在間質中N末端的間質輸入序列被切除，隨之蛋白質發(fā)生折疊，結合上輔因子。一套類囊體膜蛋白和結合的輔因子將折疊蛋白質輸入到腔內，這一轉移的驅動力來自于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都是在細胞質溶質中合成后輸入的。絕大多數過氧化物酶體基質蛋白的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)。當把這一短的信號序列連接到細胞質中的任何蛋白質上，都可使該蛋白質被輸入過氧化物酶體中。(四)過氧化物酶體中的蛋白質輸入第六節(jié)蛋白質的細胞定位2020/12/1228第六節(jié)蛋白質的細胞定位在細胞質溶質中，PTS1與可溶性和膜結合的受體蛋白Pex14結合，在功能上與SRP和SRP受體使定位于ER腔的蛋白質輸入機制類似。輸入蛋白結合著Pex5通過多體轉移通道。在進入基質過程中或進入基質之后，Pex5與過氧化物酶體蛋白質解離，返回細胞質。但PTS1序列不切除。蛋白質輸入過程需要水解ATP。2020/12/1229過氧化物酶體基質蛋白由PTS1定位序列引導輸入第1步：過氧化氫酶和其他大多數基質蛋白C末端均含有PTS1攝?。ㄎ恍蛄校诵蛄信c細胞質溶質受體Pex5結合。第2步：結合了基質蛋白的Pex5與過氧化物酶體膜上的Pex14相互作用。第3步:基質蛋白-Pex5復合物被轉移到一組膜蛋白(Pex10/Pex12/Pex2)上，基質蛋白被輸入到過氧化物酶體基質中。第4步：在基質蛋白轉移過程中或在腔內，Pex5與基質蛋白解離，返回細胞質溶質中，返回過程中還要涉及到Pex10/Pex12/Pex2復合物和另外一些膜蛋白