多肽鏈折疊與翻譯

分子生物學(xué)玉林師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院林謙2013.9.第10章多肽鏈折疊與翻譯后加工

不論是原核生物還是真核生物，在細(xì)胞中直接翻譯出來(lái)的產(chǎn)物通常是沒(méi)有功能的，必須經(jīng)歷適當(dāng)?shù)暮蠹庸げ拍茏罱K成為有特定三維結(jié)構(gòu)的功能分子。此外，不同的蛋白質(zhì)在細(xì)胞中最后的定位也不相同，需要通過(guò)共翻譯或翻譯后定向(targeting)與分揀(sorting)才能各就各位、各司其職。

10.1.1多肽鏈的剪切和修剪

大多數(shù)蛋白質(zhì)必須經(jīng)過(guò)特定的修剪或剪切反應(yīng)，去除一些氨基酸序列后才能成為有功能的分子。對(duì)多肽鏈的切割由特定的蛋白酶催化，如在于分泌蛋白N-端信號(hào)序列的切除由專門的信號(hào)肽酶催化，N-端氨基酸的切除由專門的甲硫氨酸-氨肽酶催化。10.1翻譯后加工胰島素前體為單一肽鏈——前胰島素原，需要經(jīng)歷兩次剪切反應(yīng)，分別切去N-端信號(hào)序列和內(nèi)部的連接肽后，最終才能成為由A鏈和B鏈組成的有活性的胰島素。腦垂體前葉分泌的促腎上腺皮質(zhì)激素(ACTH)來(lái)自一種多聚蛋白質(zhì)前體——促阿黑皮素原(POMC)，通過(guò)不同形式的剪切可產(chǎn)生ACTH、促黑激素(MSH)、促脂解素以及阿片肽等幾種產(chǎn)物。圖10-1前胰島素原的后加工圖10-2POMC的剪切

多肽鏈的切割可能有三個(gè)原因。引進(jìn)多樣性。一種蛋白質(zhì)的半衰期在很大程度上與其N-端氨基酸殘基有關(guān)，切割可以改變蛋白質(zhì)的半衰期。水解切割可以作為控制一種蛋白質(zhì)生物活性的重要手段。剪切參與蛋白質(zhì)的定向和分揀過(guò)程。

10.1.2N-端添加氨基酸

某些翻譯好的蛋白質(zhì)在特定條件下，可在N-端添加額外的氨基酸殘基，但添加氨基酸的場(chǎng)所并非核糖體。

N-端添加氨基酸可以改變蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性。

10.1.3蛋白質(zhì)拼接

蛋白質(zhì)拼接指將一條多肽鏈內(nèi)部的一段氨基酸序列切除，同時(shí)將兩端的序列連接在一起的后加工方式。被切除的肽段稱為內(nèi)含肽，被保留并連接在一起的肽段稱為外顯肽。內(nèi)含肽具有自我催化功能，可從蛋白質(zhì)中自體切除，形成成熟的具有活性的蛋白。蛋白質(zhì)內(nèi)含肽的發(fā)現(xiàn),不僅豐富了遺傳信息翻譯后加工的理論,在實(shí)踐中也有廣泛的應(yīng)用前景。圖10-3蛋白質(zhì)拼接圖解

圖10-4紅海束毛藻的RIR基因的表達(dá)

圖10-5集胞藻的DNA聚合酶α亞基前體的反式拼接

10.1.4個(gè)別氨基酸殘基的修飾

氨基酸殘基的修飾主要發(fā)生在各種氨基酸殘基側(cè)鏈上，有時(shí)也發(fā)生在N-端的氨基或C-端的羧基上。修飾方式包括泛素化、磷酸化(如核糖體蛋白質(zhì))、糖基化(如各種糖蛋白)、甲基化(如組蛋白、肌肉蛋白質(zhì))、乙基化(如組蛋白)、羥基化(如膠原蛋白)和羧基化等，是生物體內(nèi)最普通發(fā)生修飾作用的氨基酸殘基及其修飾產(chǎn)物。糖蛋白主要是通過(guò)蛋白質(zhì)側(cè)鏈上的天冬氨酸、絲氨酸、蘇氨酸殘基加上糖基形成的，膠原蛋白上的脯氨酸和賴氨酸多數(shù)是羥基化的。圖10-7蛋白質(zhì)的磷酸化

10.1.5形成二硫鍵

許多胞外蛋白質(zhì)含有二硫鍵，這種連接只有在蛋白質(zhì)折疊成正確的構(gòu)象后才建立。

mRNA中沒(méi)有胱氨酸的密碼子，而不少蛋白質(zhì)都含有二硫鍵，這是蛋白質(zhì)合成后通過(guò)兩個(gè)半胱氨酸的氧化作用生成的。反應(yīng)由蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶催化。10.1.6添加輔助因子許多蛋白質(zhì)或酶在合成后必須與相應(yīng)的輔助因子結(jié)合才有生物活性。如絕大多數(shù)羧化酶要與生物素結(jié)合，血紅素蛋白要與血紅素畏基結(jié)合，金屬蛋白要與金屬離子結(jié)合，黃素蛋白要與FAD或FMN結(jié)合。圖10-8二硫鍵的形成10.1.7多肽鏈的折疊任何蛋白質(zhì)的功能與其正確的三維構(gòu)象是分不開(kāi)的。蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定其高級(jí)結(jié)構(gòu)，即一種多肽鏈正確折疊的信息包含在其一級(jí)結(jié)構(gòu)中。蛋白質(zhì)在體內(nèi)的折疊需要一些輔助因子的幫助，即分子伴侶(molecularchaperon)。分子伴侶是一類在序列上沒(méi)有相關(guān)性但有共同功能的蛋白質(zhì)，它們?cè)诩?xì)胞內(nèi)幫助其他含多肽的結(jié)構(gòu)完成正確的組裝，而且在組裝完畢后與之分離，不構(gòu)成這些蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)執(zhí)行功能時(shí)的組份。圖10-9蛋白質(zhì)折疊的三條途