蛋白质的生物合成-2(共148张PPT)

数蛋白质的正确
折叠都需要其它
蛋白质分子(分子 伴侣)的协助。
RNase A 只是特例
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Protein synthesis
分子伴侣(molecualr chaperone)最早在 大肠杆菌中发现，称为热激蛋白或热 休克蛋白(heat shock protein)，现在 发现广泛存在于各种动植物细胞中 。
这些修饰一般发生在含有巯基、羟基等的氨 基酸上，如丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸等。
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Protein synthesis
参与蛋白质合成的基本氨基酸只有20种，但是在成熟 蛋白质分子中发现的氨基酸却不止20种，它们均是氨 基酸在翻译后的修饰过程中形成的，如羟脯氨酸、羟 赖氨酸等。
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Protein synthesis
一类是hsp70家族，包括hsp70, hsp40, GrpE等，广泛存在于细胞质 、内质网、叶绿体和线粒体中，可 以在蛋白质刚开始合成时与目标蛋 白结合发挥功能。
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第2类是以大寡聚体形式存在的伴侣蛋白系统。
这个系统形成一种具有空腔结构的复合物， 待折叠或错误折叠的蛋白质进入空腔折叠为 正确构象的蛋白质，再释放出来。
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Protein synthesis
分子伴侣主要起以下作用
√封闭多肽链暴露出来的疏水片段，保 护片段不与其它蛋白质错误的发生作 用。
√在蛋白质合成开始时，防止先合成出来 的多肽链错误聚合。
√识别错误折叠的蛋白质，帮助其恢复 正确构象或将其降解。
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这些任务的完成，需要2种不同功能的分子伴侣
细胞内活性蛋白质的第一个氨基酸往往不是甲硫 氨酸。真核细胞中50％的蛋白的第1个氨基酸都 被乙酰化。
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2 剪切
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常见的几种剪切方式
（1）分泌型蛋白质信号肽的切除
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（2）前体蛋白的加工
刚合成出来的多肽链是没有活性的前体，要经 过加工才能变成有活性的蛋白质。
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Protein synthesis
例如内质网中就存在这两种形式的分子伴侣
Bip蛋白与刚离开核糖体的新生链结合 ，防止其错误折叠；hsp60具有桶状结构
，协助未完成折叠或错误折叠的蛋白质 进行正确折叠。
蛋白质的分子伴侣作用机制*
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Protein synthesis
分子伴侣在细胞中具有多种生理功 能，在蛋白质的运输过程中也有重 要作用，将在后面再叙述。
下面介绍2种重要的化学修饰
脂酰化 糖基化
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脂酰化 在蛋白质的转运过程中，酰
基转移酶催化脂肪酸与丝氨 酸或苏氨酸中的－OH结合， 产生脂蛋白。
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分子伴侣的成员很多，可以分为2大类
第1类与核糖体结合，如触发因子、新 生链结合复合物等。
第2类不与核糖体结合，如热激蛋白 hsp40、hsp70、hsp60以及二硫键异构 酶、脯氨酰-顺反异构酶等。
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现在发现，细胞为了保证有功能的 蛋白质的形成，从多肽链合成开始 ，一直到正确折叠完成，输送到发 挥功能的场所，蛋白质分子一直都 有分子伴侣协助。
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（二） 肽链的剪切和剪接加工
1 新生肽起始氨基酸的去除
起始氨基酸－甲酰甲硫氨酸或甲硫氨酸仅仅是 个多肽合成的信号，多肽合成结束后一般被切 除。
成中起重要作用，还原型与氧化型谷胱甘肽
的比例对二硫键的形成起重要作用。
细胞内质网中有二硫键异构酶，可以促使正确
的二硫键的形成。
大肠杆菌细胞质中的蛋白质没有二硫键。
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真核和原核中二硫键的形成
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在蛋白质的分离纯化过程中，为了使含-SH的氨基酸不 被氧化，常常加入一些含有巯基的化合物来起保护作 用。
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第三节 蛋白质合成后的折叠和修饰
刚从核糖体上释放出来的多肽链是没有
生物活性的，要经过氨基酸修饰、蛋白
质的折叠等“成熟加工”的过程才具备生 物活性。
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一、蛋白质的折叠
1 蛋白质的正确 折叠是蛋白质行 使功能的基础
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的小改变；b:特定氨基酸残基上连接 上体积较大的基团，例如辅酶、辅
基、胆固醇、糖、脂类等；c: 肽链 的剪切。
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（2）从结果来看，蛋白质的修饰可以 是可逆的(如磷酸化)，也可以是永久
不可逆的(如二硫键的形成)等。
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Protein synthesis
一般来说，原核细胞中的蛋白质没有 复杂的翻译后加工修饰系统，多肽链 合成后就具备生物学活性，可以直接 使用；但真核细胞却具有复杂的翻译 后修饰加工系统；没有这些修饰加工 ，多肽链就不具备生物学活性。
1 氨基酸侧链的微小修饰； 2 特定氨基酸残基上连接上体积较大的基团
，例如辅酶、辅基、胆固醇、糖、脂类等 ；
3 肽链的剪切。
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（一） 侧链氨基酸的微小修饰 1 二硫键的形成
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二硫键在维持蛋白质的高级结构中起非常重要作用
二硫键可以在相邻或不相邻的巯基(－SH) 之间形成，细胞中的谷胱甘肽在二硫键的形
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Protein synthesis
这也是原核与真核细胞在蛋白质合成 方面的重要区别之一。在原核系统中 表达真核细胞基因时，往往产物由于 无法进行修饰加工而没有活性；或活 性很低；或虽有活性，但当作为药物 进入人体后会引发严重的免疫反应。
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Protein synthesis
蛋白质的加工修饰的常见形式
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朊病毒 老年痴呆 Kuru 病 Creutzfeldt–Jakob Disease Mad Cow Disease
…………
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朊病毒*
一些分泌蛋白的信号肽序列 3 内质网膜中蛋白质的运输 如265个氨基酸组成的鸦片促黑皮质原(POMC)，经加工后形成促肾上腺皮质激素(39肽)、β-促黑素(18肽) 、β-内啡肽(11肽) 、β-脂解释放激 素(91肽)等。 最后一段氨基酸也可以形成α螺旋。
如参与食物中蛋白质消化的多种蛋白酶 ，肽类激素、神经肽类、生长激素、跨 膜水解酶等。
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前体蛋白质的剪 切加工有多钟形 式，有的是切除 一端的部分肽链 ，余下的就是具 有活性形式，如
胰蛋白酶的激活 。
胰蛋白酶原 胰蛋白酶
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胰凝乳蛋白酶原
巯基乙醇
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2 氨基酸的甲基化、磷酸化、乙酰化等
磷酸化
蛋白质的磷 酸化是调节 活性的重要 方式
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羧化
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甲基化
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蛋白质的磷酸化、乙酰化、甲基化、羟基化等 等属于比较简单的修饰，但是对于蛋白质的活 性调节起着非常主要的作用。尤其是磷酸化； 组蛋白的乙酰化对于基因的转录是必需的。
这个过程与mRNA前体的加工过程类似，被剪掉
的氨基酸序列称为“蛋白质的内含子”、“肽间插
入序列”、“间隙蛋白”等。
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这些现象提示我们，不仅DNA与mRNA之间不 是简单的线性关系，而且连模板mRNA的序列 与最终形成的蛋白质的氨基酸序列之间也不是 简单的对应关系。
意思是proteinaceous infective agent 组蛋白的乙酰化对于基因的转录是必需的。
膜结合的核糖体合成的蛋白质主要是膜蛋白、分泌蛋白以及溶酶体、内质网、高尔基体中的蛋白。 Protein synthesis 分泌蛋白与细胞质的胞浆蛋白主要区别是在多肽链的N端，分泌蛋白含有一段13－35氨基酸长度的信号肽或称为信号序列。 6 细胞核内的蛋白运输
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参与加工的酶类
氨肽酶
羧肽酶 内肽酶 如Furin, PC2, PC3等
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(3) 活性肽的剪切释放
刚合成的多肽链含有多个蛋白质前体， 经剪切后，形成多种有活性的蛋白质或 多肽分子。
如265个氨基酸组成的鸦片促黑皮质原
(POMC)，经加工后形成促肾上腺皮质 激素(39肽)、β-促黑素(18肽) 、β-内啡肽
朊病毒(prion) 由 Protein synthesis
Protein synthesis 二是翻译结束后才运输的“翻译后运输”途经 （1）选择性降解，消耗ATP
Prusiner首先提出 Avram Hershko
Technion – Israel Institute of Technology, Haifa, Israel and 这类蛋白的运输信号是导肽（leader peptide） 刚合成出来的多肽链是没有活性的前体，要经过加工才能变成有活性的蛋白质。 核定位信号的位置可以在肽链的任何位置, 不局限在N端。 刚合成出来的多肽链是没有活性的前体，要经过加工才能变成有活性的蛋白质。 这类蛋白是在细胞质中游离的核糖体上进行合成的，合成完后才运输到各自器官中,故属于翻译后运输 Bip蛋白与刚离开核糖体的新生链结合，防止其错误折叠；
具有一定 空间构象 的蛋白质 才具有生 物学活性
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蛋白质的不正确折叠会导致蛋白 质功能的丧失，甚至引发严重的 疾病。
“蛋白质折叠异常疾病” “蛋白质构象病”
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研究蛋白质折叠不仅具有理论意义，对疾 病的预防和治疗都具有重要的意义。
胰凝乳蛋白酶
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有些则是切除多肽中间的部分氨基酸，即
多肽的内部切除，余下的部分才具有活性 ，如胰岛素的激活，实验表明胰岛素刚合 成出来时是一条肽链，没有活性，在运输 的过程中被加工切割，形成活性形式的。
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前胰岛素原
胰岛素原
胰岛素
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（三） 添加化学基团(化学编辑)
化学编辑－就是指蛋白质翻译后添 加化学基团的这种加工修饰方式， 包括一级结构的修饰和高级结构的修
饰。
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细胞中单纯由氨基酸组成的蛋白质(简单蛋 白质)较少，多数蛋白质都是属于结合蛋白 质——糖蛋白、脂蛋白、色蛋白以及带各 种辅基的蛋白质。这些都是在蛋白质翻译
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Protein肽链不一定具 有生物学活性，只有经过细胞内各种修 饰处理后，才能成为有活性的成熟蛋白
质，这个过程称为“蛋白质的翻译后加 工”。
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（1）从结构方面来看，蛋白质的加 工修饰可以分为3种：a: 氨基酸侧链
后的加工修饰过程完成的，属于一级结构 的修饰。
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最简单的一级结构的修饰是指个别 氨基酸的修饰。成熟蛋白质中出现 的、20种基本氨基酸之外的蛋白质 氨基酸都是经过修饰的。
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高级结构的修饰主要是指亚基的聚合
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(11肽) 、β-脂解释放激素(91肽)等。
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3 肽链的剪接加工
这里的剪接加工是指蛋白质前体通 过多肽的剪辑，除去多肽中间的某 些氨基酸片段，再将余下的氨基酸 片段按照一定的顺序结合起来，最 终形成成熟的，有活性的蛋白质的 现象。
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，他获得1997年诺贝尔奖。
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2 蛋白质正确折叠的保障机制 蛋白质的正确折叠是如此重要，细 胞内必定有一套机制，保证蛋白质 的正确折叠，以及将错误折叠的蛋 白质及时改正或予以降解。
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能够自发折叠的
RNaseA只是细胞
中的特例，大多