第四章 蛋白质的转运、加工与修饰概论
蛋白质合成及转运PPT通用课件.ppt
遗传密码:
mRNA分子上从5’-3’的方向，每三个碱基形 成的三联体，组成一个遗传密码子 （codon）。
遗传密码的基本特点（5个性）： 1、密码子的简并性 2、密码子的连续性 3、密码子的不重叠性 4、密码子的摆动性(变偶性) 5、密码子的通用性
1、密码子的简并性
一个氨基酸具有多个密码子的现象称 为密码子的简并性(degeneracy)。
一、氨基酸的活化——氨酰-tRNA的形成
氨酰-tRNA合成酶催化两步反应,酶的专一性表现在：
a) 识别一个特定的氨基酸 b) 识别tRNA（一个或多个） c) 具有纠错功能
总反应式 对每个AA的活化来说，净消耗的是两个高能磷酸键。
二、肽链的合成
1、30S-mRNA复合物的形成(IF3)
2、30S预起始复合物(IF1,IF2,GTP) 起始阶段
3、70S起始复合物
4、进位(EF-Ts,EF-Tu,GTP)
5、转肽
延长阶段
6、移位(EF-G,GTP)
7、识别终止密码子
8、水解
终止阶段
9、释放(RF,GTP)
1、30S-mRNA复合物的形成(IF3)
此反应须起始因子3(IF3)使已结束蛋白质合成的核 糖体30S和50S亚基分开。
2、30S预起始复合物(IF1,IF2,GTP)
原核生物核糖体
5S rRNA， 23S rRNA 50S
34种蛋白质 70S
16S rRNA 30S
21种蛋白质
真核生物核糖体
60S 80S
40S
5SrRNA， 5.8SrRNA， 28SrRNA 49种蛋白质
18SrRNA
33种蛋白质
2．肽链的起始：
蛋白质的合成、转运、修饰
蛋⽩质的合成、转运、修饰蛋⽩质的合成蛋⽩质的种类是由基因决定的,也就是说⼈类基因组有多少个基因,⼈体就有多少种蛋⽩质,只是蛋⽩质表达的时期和部位不同.根据⼈类基因组计划分析得知：全部⼈类基因组约有2.91Gbp,约有39000多个基因；也就是说⼈体蛋⽩质的种类有39000多种蛋⽩质⽣物合成可分为五个阶段，氨基酸的活化、多肽链合成的起始、肽链的延长、肽链的终⽌和释放、蛋⽩质合成后的加⼯修饰⼀．氨基酸的活化分散在胞液中的各种氨基酸需经特异的氨基酰-tRNA合成酶催化，ATP供能，并需Mg2＋或Mn2＋参与在氨基酸的羧基上进⾏活化，⽣成中间复合物（）后者再与相应的tRNA作⽤，将氨基酰转移到tRNA分⼦的氨基酸臂上，即3′末端腺苷酸中核糖的3′（或2′）羟基以酯键相结合形成氨基酰-tRNA【氨基酰tRNA的⽣成】tRNA各种tRNA的⼀级结构互不相同，但它们的⼆级结构都呈三叶草形三叶草形结构的主要特征是:含有四个螺旋区、三个环和⼀个附加叉四个螺旋区构成四个臂，其中含有3′末端的螺旋区称为氨基酸臂，因为此臂的3′-末端都是C-C-A-OH序列，可与氨基酸连接三个环分别⽤Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表⽰环Ⅰ含有5，6⼆氢尿嘧啶，称为⼆氢尿嘧啶环（DHU环）环Ⅱ顶端含有由三个碱基组成的反密码⼦，称为反密码⼦环；反密码⼦可识别mRNA分⼦上的密码⼦，在蛋⽩质⽣物合成中起重要的翻译作⽤环Ⅲ含有胸苷（T）、假尿苷（ψ）、胞苷（C），称为假尿嘧啶环（TψC环）；此环可能与结合核糖体有关tRNA在⼆级结构的基础上进⼀步折叠成为倒“L”字母形的三级结构起始因⼦原核起始因⼦只有三种（IF1、IF2、IF3）真核起始因⼦(简称为eIF)种类多且复杂，已鉴定的真核起始因⼦共有12种延长因⼦原核⽣物（简称EF）由三部分组成：EF-Tu，EF-Ts，和EF-GEF-Tu它介导氨酰-tRNA进⼊核糖体的空位EF-Ts充当EF-Tu亚基的鸟嘌呤核苷酸交换因⼦,催化EF-Tu释放GDPEF-G催化tRNA的移位和多肽延伸的每个循环后期mRNA从核糖体上掉下来真核⽣物（简称eEF）真核⽣物中分为：eEF-1和eEF-2eEF-1有两个亚基，α和βγα相当于原核⽣物中的EF-Tu亚基，它介导氨酰-tRNA进⼊核糖体的空位Βγ相当于原核⽣物中EF-Ts，核苷酸交换因⼦α,催化GDP从α上释放eEF-2相当于原核⽣物的EF-G，催化tRNA的移位和多肽延伸的每个循环后期mRNA从核糖体上掉下来终⽌因⼦(释放因⼦)原核⽣物细胞的释放因⼦（简称RF）：识别终⽌密码⼦引起完整的肽链和核糖体从mRNA 上释放的蛋⽩质释放因⼦1（RF1）：能识别终⽌密码⼦UAA和UAG⽽终⽌蛋⽩质合成的细菌释放因⼦释放因⼦2（RF2）：能识别终⽌密码⼦UAA和UGA⽽终⽌蛋⽩质合成的细菌释放因⼦释放因⼦3（RF3)：与延长因⼦EF-G有关的细菌蛋⽩质合成终⽌因⼦当它终⽌蛋⽩质合成时，它使得因⼦RF1和RF2从核糖体上释放真核⽣物细胞只有⼀种终⽌因⼦（称为eRF）能识别所有的终⽌密码⼦因为它没有与GTP结合的位点，所以它不能帮助完成合成的多肽从P位点的tRNA的释放在真核⽣物内可能还存在能与eRF合作、帮组多肽从核糖体释放的蛋⽩质核糖体的活性部位单个核糖体上存在四个活性部位，在蛋⽩质合成中各有专⼀的识别作⽤1．A部位：氨基酸部位或受位：主要在⼤亚基上，是接受氨酰基-tRNA的部位2．P部位：肽基部位或供位：主要在⼩亚基上，是释放tRNA的部位3．肽基转移酶部位（肽合成酶），简称T因⼦：位于⼤亚基上，催化氨基酸间形成肽键，使肽链延长4．GTP酶部位：即转位酶（EF-G），简称G因⼦，对GTP具有活性，催化肽键从供体部位→受体部位核糖体上还有许多与起始因⼦、延长因⼦、释放因⼦以及各种酶相结合的位点核糖体的⼤⼩是以沉降系数S来表⽰，S数值越⼤、颗粒越⼤、分⼦量越⼤原核细胞与真核细胞核糖体的⼤⼩亚基是不同的⼆．核糖体循环（肽链合成）1.肽链启动阶段在蛋⽩质⽣物合成的启动阶段,核蛋⽩体的⼤、⼩亚基,mRNA与⼀种具有启动作⽤的氨基酸tRNA共同构成启动复合体。
蛋白质合成及转运生科课件.ppt
●胰岛素原的加工：
间插序列（C肽区）
HS SH
HS SH HS
C A链区
B链区
SH
核糖体上合成出无规 则卷曲的前胰岛素原
切除信号肽后
折叠成稳定构
信号肽
象的胰岛素原
N
N
S－S
C
S
S
S
S
胰岛素原
切除C肽后，形成 成熟的胰岛素分子
N
S S N
A链 C
S
C B链
S
胰岛素
Thanks
6、蛋白因子帮助合成的起始：
● 蛋白质合成的起始、延伸和终止的每一个阶段，都涉及到一组不同 的蛋白质因子的帮助.
● 原核生物（大肠杆菌）： 三个起始因子（initiation factor）：IF1、IF2、IF3 真核生物：更多种的起始因子帮助.
①IF1、IF3与30S小亚基结合：
IF3防止30S亚基与50S 亚基过早结合.
● 真核生物最靠近5’端的AUG序列通常就是起始密码.
● 原核生物mRNA 5’端的SD序列—识别16S rRNA
SD序列：在细菌的mRNA的5’端起始AUG序列上游10个碱基左右的位置， 有一段富含嘌呤碱基的序列，能与细菌的16S核糖体RNA3’端的7个嘧啶 碱基互补性识别，这段序列由Shine-Dalgarno发现，称为S-D序列.
● 由同一种tRNA合成酶合成：起始因子识别tRNAiMet
延伸因子识别tRNAMet
● 原核生物中的第一个蛋氨酸要进行甲酰化 修饰---甲酰Met：
fMet - tRNAiMet
5、翻译起始于mRNA与核糖体的结合：
● 真核生物mRNA分子的5’端有核糖体进入部位: 帽子结构帮助识别mRNA分子与核糖体的结合位点. 核糖体沿着 mRNA分子5’ → 3’扫描至起始密码AUG.
第四章 蛋白质的转运、加工与修饰概论
第一节 蛋白质的转运、到位
一、蛋白质转运与分拣信号 二、分子伴侣 三、翻译同步转运和翻译后转运 四、小泡运输的机制 五、受体介导的胞吞作用和内化蛋白质的分拣 六、高尔基复合体内蛋白质的分拣
一、蛋白质转运与分拣信号
1. 信号序列（斑块） 2. 跨膜疏水区信号 3. 分拣信号
1. 信号序列（斑块）（signal sequece/patch）
游离核糖体
网状内皮系统
溶酶体 内体
（翻译后转运）
细胞质
跨膜转运
线粒体 过氧化体
叶绿体
通过核孔
细胞核
1.翻译同步转运（co-translational translocation）
翻译同步转运：在游离核糖体上合成蛋白质N-端信号序列,信号 序列指导核糖体与内质网膜结合，使新生肽链边合成边进入 内质网腔(ER lumen）.
信号识别颗粒受体（SRP receptor), 又称停靠蛋白（docking protein）
两个亚基组成： βsubunit为膜蛋白，含300个氨基酸残基 αsubunit是膜周边蛋白,含640个氨基酸残基，负载着GDP， 并且有GTP酶活性.
SRP receptor功能: 与SRP结合并引导肽链向内质网膜转运； 使肽链的延长继续进行.
内质网上蛋白质合成：
(1)分泌性蛋白－进入内质网腔 (2)膜蛋白－插入内质网膜
(1)分泌性蛋白－进入内质网腔
蛋白质进入内质网腔的分子调控基础： ① 信号序列 ② 信号识别颗粒和受体 ③ 易位子 ④ 能量供应
① 信号序列
16-30AA，通常位于N-端，在极性区（Polar）含1-2正电荷AA， 紧接其后是连续6-12疏水aa的疏水区；
(2)应激蛋白70家族(Stress-70 family)：一类分子量约70kD的高 度保守的ATP酶，广泛分布于原核和真核细胞中，如大肠杆菌胞浆 DnaK/DnaJ,高等生物内质网Bip,Hsc1,Hsc2,Hsc4或hsc70,胞浆 Hsp70,Hsp68和Ssal4p,线粒体中的Ssclp,Hsp70等。 (3)应激蛋白90家族(Stress-90family):分子量90kD左右,如大肠 杆菌胞浆HtpG,酵母胞浆Hsp83与Hsc83,果蝇胞浆Hsp83,及哺乳类 胞浆Hsp90与内质网Grp94（Erp90或内质网素endoplasmin）等.
蛋白质的转运和加工
蛋白质合成后的去路
• 蛋白质合成起始后的新生肽边合成边转入 糙面内质网腔中，随后经高尔基体转运至：
（1）溶酶体。 （2）细胞膜。 （3）分泌到细胞外。
蛋白质的转运
蛋白质的转运系统：信号假说
（1）蛋白质移位装置的必需组合 （2）蛋白质跨膜移位的机制
蛋白质移位装置的必需组合
信 号 识 别 颗 粒 （ signal recognition particle ， SRP ）：一类游离在细胞质的核蛋白颗粒，由一 条单一的7S-rRNA分子和6条多肽链组成，每条多
糖基化
二硫键形成
羟基化
个别氨基酸的共价修 饰
甲基化 磷酸化 亲脂性修饰
糖基化 在糖基转移酶作用下将糖转移至蛋白
质，和蛋白质上的氨基酸残基形成糖苷键。
蛋白质经过糖基化作用，形成糖蛋白，有
调节蛋白质功能作用。
糖基化
二硫键的形成 由专一性的氧化酶催化，是将2个-SH基氧化而
形成的—S—S—形式的硫原子间的键，半胱氨
蛋白质的转运和加工
微生物学 冯国辉
蛋白质的转运和加工
蛋白质合成后的去路
蛋白质的转运 蛋白质合成后的加工 蛋白质的修饰
蛋白质合成后的去路
• 在细胞质基质中完成多肽链的合成： （1）释放到细胞质基质中。 （2）转运至膜围绕的细胞器，如线粒体（或 叶绿体）细胞核和过氧化物酶体。 （3）有些还可转运至内质网中。
链均具有GTP酶活性区域。
• 通道蛋白 / 移位子（ translocon ）：嵌附在内质网
上的一种蛋白复合体，与形成蛋白质穿越内质网
的管道直接相关。
蛋白质跨膜移位的机制
• 信号识别体（SRP）对信号序列的识别
• SRP与SRP-R（信号识别受体）的识别 • 蛋白质通道的形成 • 蛋白质进入内质网管腔
蛋白质的加工与转运
乙酰化（如组蛋白）
羟基化（如胶原蛋白） 羧基化等……
蛋白质前体的加工
磷酸化
主要由多种蛋白激酶催化，
发生在丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸等三种氨基酸的侧 链。 糖基化 糖蛋白主要是蛋白质侧链上的天冬氨酸、丝氨酸、 苏氨酸残基加上糖基形成的； 内质网可能是蛋白质N-糖基化的主要场所。 所有的分泌蛋白和膜蛋白几乎都是糖基化蛋白质。
蛋白质运转机制
翻译时运转的蛋白质: 在合成过程中与内质网膜结合，核糖 体是“膜结合”的。
合成后，蛋白质进入内质网，经高尔 基体后穿出细胞质膜。
如果这些蛋白质具有某种信号，则可 能驻留在运输途径中的某一环节，也可 直接定位于其它细胞器(溶酶体等)。 翻译后运转的蛋白质: 在细胞质中游离核糖体上合成之后释 放入细胞质， 其中一些具有线粒体定位信号或核定 位信号。
阻止mRNA与核糖体的结合； 阻止AA-tRNA与核糖体的结合； 干扰AA-tRNA与核糖体结合而产生错读； 作为竞争性抑制剂抑制蛋白质的合成。
蛋白质合成的抑制剂
链霉素是一种碱性三糖,可以多种方式抑 制原核生物核糖体： 能干扰fMet-tRNA与核糖体的结合，从而 阻止蛋白质合成的正确起始， 也会导致mRNA的错读。若以多聚(U)作 模板，则除苯丙氨酸（UUU）外，异亮 氨酸（AUU）也会被掺入。 链霉素的作用位点在30S亚基上。
1. N端fMet或Met的切除 2. 二硫键的形成 3. 特定氨基酸的修饰 ① 磷酸化（如核糖体蛋白质） ② 糖基化（如各种糖蛋白） ③ 甲基化（如肌肉蛋白质） ④ 乙酰化（如组蛋白） ⑤ 羟基化（如胶原蛋白） ⑥ 羧基化等…… 4. 切除新生肽链中的非功能片段
① 线粒体蛋白质跨膜运转 ② 前导肽的作用和性质
蛋白质的合成、转运、修饰
蛋白质的合成蛋白质的种类是由基因决定的,也就是说人类基因组有多少个基因,人体就有多少种蛋白质,只是蛋白质表达的时期和部位不同.根据人类基因组计划分析得知：全部人类基因组约有2.91Gbp,约有39000多个基因；也就是说人体蛋白质的种类有39000多种蛋白质生物合成可分为五个阶段，氨基酸的活化、多肽链合成的起始、肽链的延长、肽链的终止和释放、蛋白质合成后的加工修饰一．氨基酸的活化分散在胞液中的各种氨基酸需经特异的氨基酰-tRNA合成酶催化，ATP供能，并需Mg2＋或Mn2＋参与在氨基酸的羧基上进行活化，生成中间复合物（）后者再与相应的tRNA作用，将氨基酰转移到tRNA分子的氨基酸臂上，即3′末端腺苷酸中核糖的3′（或2′）羟基以酯键相结合形成氨基酰-tRNA【氨基酰tRNA的生成】tRNA各种tRNA的一级结构互不相同，但它们的二级结构都呈三叶草形三叶草形结构的主要特征是:含有四个螺旋区、三个环和一个附加叉四个螺旋区构成四个臂，其中含有3′末端的螺旋区称为氨基酸臂，因为此臂的3′-末端都是C-C-A-OH序列，可与氨基酸连接三个环分别用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示环Ⅰ含有5，6二氢尿嘧啶，称为二氢尿嘧啶环（DHU环）环Ⅱ顶端含有由三个碱基组成的反密码子，称为反密码子环；反密码子可识别mRNA分子上的密码子，在蛋白质生物合成中起重要的翻译作用环Ⅲ含有胸苷（T）、假尿苷（ψ）、胞苷（C），称为假尿嘧啶环（TψC环）；此环可能与结合核糖体有关tRNA在二级结构的基础上进一步折叠成为倒“L”字母形的三级结构起始因子原核起始因子只有三种（IF1、IF2、IF3）真核起始因子(简称为eIF)种类多且复杂，已鉴定的真核起始因子共有12种延长因子原核生物（简称EF）由三部分组成：EF-Tu，EF-Ts，和EF-GEF-Tu它介导氨酰-tRNA进入核糖体的空位EF-Ts充当EF-Tu亚基的鸟嘌呤核苷酸交换因子,催化EF-Tu释放GDPEF-G催化tRNA的移位和多肽延伸的每个循环后期mRNA从核糖体上掉下来真核生物（简称eEF）真核生物中分为：eEF-1和eEF-2eEF-1有两个亚基，α和βγα相当于原核生物中的EF-Tu亚基，它介导氨酰-tRNA进入核糖体的空位Βγ相当于原核生物中EF-Ts，核苷酸交换因子α,催化GDP从α上释放eEF-2相当于原核生物的EF-G，催化tRNA的移位和多肽延伸的每个循环后期mRNA从核糖体上掉下来终止因子(释放因子)原核生物细胞的释放因子（简称RF）：识别终止密码子引起完整的肽链和核糖体从mRNA 上释放的蛋白质释放因子1（RF1）：能识别终止密码子UAA和UAG而终止蛋白质合成的细菌释放因子释放因子2（RF2）：能识别终止密码子UAA和UGA而终止蛋白质合成的细菌释放因子释放因子3（RF3)：与延长因子EF-G有关的细菌蛋白质合成终止因子当它终止蛋白质合成时，它使得因子RF1和RF2从核糖体上释放真核生物细胞只有一种终止因子（称为eRF）能识别所有的终止密码子因为它没有与GTP结合的位点，所以它不能帮助完成合成的多肽从P位点的tRNA的释放在真核生物内可能还存在能与eRF合作、帮组多肽从核糖体释放的蛋白质核糖体的活性部位单个核糖体上存在四个活性部位，在蛋白质合成中各有专一的识别作用1．A部位：氨基酸部位或受位：主要在大亚基上，是接受氨酰基-tRNA的部位2．P部位：肽基部位或供位：主要在小亚基上，是释放tRNA的部位3．肽基转移酶部位（肽合成酶），简称T因子：位于大亚基上，催化氨基酸间形成肽键，使肽链延长4．GTP酶部位：即转位酶（EF-G），简称G因子，对GTP具有活性，催化肽键从供体部位→受体部位核糖体上还有许多与起始因子、延长因子、释放因子以及各种酶相结合的位点核糖体的大小是以沉降系数S来表示，S数值越大、颗粒越大、分子量越大原核细胞与真核细胞核糖体的大小亚基是不同的二．核糖体循环（肽链合成）1.肽链启动阶段在蛋白质生物合成的启动阶段,核蛋白体的大、小亚基,mRNA与一种具有启动作用的氨基酸tRNA共同构成启动复合体。
蛋白质的加工和运输
蛋白质的加工和运输1. 引言蛋白质是生物体内最重要的大分子之一，它们在生命过程中扮演着重要的角色。
蛋白质不仅是细胞结构的组成部分，还参与调节细胞的代谢过程、传递信号和执行功能等。
在细胞内，蛋白质的加工和运输至关重要，它们需要经过一系列的修饰和排序，以确保正确的定位和功能的实现。
本文将介绍蛋白质的加工和运输过程，包括蛋白质的合成、翻译后修饰和定位，以及蛋白质的运输和排序机制。
2. 蛋白质的合成蛋白质的合成是细胞中重要的生化过程之一。
在真核细胞中，蛋白质的合成发生在细胞质中的核糖体上。
蛋白质的合成包括两个主要步骤：转录和翻译。
转录是指DNA上的基因信息被转录成RNA分子的过程。
RNA分子是一条与DNA互补的单链分子，它携带了DNA上的遗传信息。
经过转录后，RNA分子称为mRNA（messenger RNA），它将带着基因信息离开细胞核，进入细胞质。
翻译是指mRNA上的遗传信息被翻译成氨基酸序列的过程。
翻译发生在细胞质中的核糖体上，它将mRNA上的三碱基密码子与特定的氨基酸配对，从而合成蛋白质的氨基酸序列。
3. 蛋白质的翻译后修饰和定位在翻译完成后，蛋白质通常需要经过一系列的修饰和定位才能实现其功能。
3.1 翻译后修饰翻译后修饰是指蛋白质在合成后进一步修饰的过程。
这些修饰包括磷酸化、甲基化、乙酰化等。
磷酸化是指蛋白质上的羟基被磷酸基团取代，这一修饰可以改变蛋白质的结构和功能。
甲基化和乙酰化则是通过将甲基和乙酰基添加到特定的氨基酸上，从而调节蛋白质的活性和稳定性。
3.2 蛋白质的定位蛋白质的定位是指将蛋白质定位到细胞的特定位置。
细胞内蛋白质的定位是由信号序列决定的，这些信号序列可以存在于蛋白质的氨基酸序列中。
这些信号序列被称为信号肽，它们可以将蛋白质定位到细胞质、细胞核、内质网、高尔基体或细胞膜等不同的位置。
定位蛋白质的机制涉及一系列的分子机制，包括信号识别粒子、转运蛋白、蛋白质通道等。
这些机制确保了蛋白质能够准确地定位到其执行功能的位置。
蛋白质的生物合成与修饰
01
蛋白质生物合成概述
蛋白质生物合成的重要性
维持生命活动
蛋白质是生物体结构和功能的基 础，参与细胞代谢、信号传导、 免疫应答等生命活动。
肽键的形成
通过转肽反应，新加载的氨基酸与前一个氨基酸形成肽键，使肽链不 断延伸。
肽链合成的终止和释放
终止阶段
当遇到终止密码子时，释放因子识别并与之结合，导致肽链合成 的终止。
肽链的释放
在释放因子的作用下，完成合成的肽链从核糖体上释放出来。
后续修饰
释放后的肽链可能还需要经过一系列的修饰和加工，如剪切、折叠、 磷酸化等，才能成为具有生物活性的蛋白质。
合形成活化形式的过程。
活化反应的机制
02
氨基酸活化通常涉及与ATP等核苷酸的反应，形成氨酰-AMP等
中间产物，再进一步与特定tRNA结合。
活化反应的意义
03
活化后的氨基酸才能被用于蛋白质的生物合成，保证合成过程
的顺利进行。
tRNA的转运机制
tRNA的结构与功能
tRNA是一种小分子RNA，具有特定的三叶草结构，能够识别并 携带特定的氨基酸。
合成生物学
利用合成生物学技术设计和构建人工生物系统，实现高效、 可持续的蛋白质生产。
01
精准医疗
基于蛋白质生物合成的精准医疗将实现 个性化诊断和治疗，提高医疗效果。
02
03
伦理与法规
随着蛋白质生物合成技术的不断发展， 相关伦理和法规问题也日益凸显，需 要加强监管和公众科普教育。
THANKS
感谢观看
修饰
第四章蛋白质的转运、加工与修饰(8)资料.
2. 跨膜疏水区信号
信号-锚定序列（signal-anchor sequence,SA): 也称跨膜信号 锚定序列 (transmembrane signal-anchor sequence )，跨膜 蛋白的一段序列，可将这些蛋白锚定在脂双层膜上。 SA常位于链内，序列两端的电荷决定蛋白在细胞膜上的朝向
3.分子伴侣作用机理
①热激蛋白70
Hsp70的ATPase结构域
Hsp70的肽链结合结构域
Hsp70介导的蛋白质折叠
分子伴侣的功能：
指导合成肽链正确折叠； 使肽链保持伸展状态，有利于蛋白质的分拣和跨膜转运； 应激状态下，防止蛋白质变性后内部疏水基团暴露而发生不可逆的凝集；
另外，还参与新复制DNA与组蛋白装配成染色质，蛋白质的降解，类固醇激 素受体的变构，某些酪氨酸蛋白激酶的活化等多种生理生化过程.
分子伴侣的分类
小部分蛋白质 （人线粒体13种
自主蛋白）
蛋白质合成后必须定位于特定的细胞器（到位）。 如膜（生物膜）：细胞膜，细胞器膜； 水相腔室：细胞质，细胞器基质或内膜腔； 镶嵌在质膜内：受体、离子通道蛋白和转运蛋白； 细胞核（nucleus） ：DNA 、RNA聚合酶； 溶酶体（lysosome）：蛋白酶（proteolytic enzymes） 过氧化物酶体（peroxisome):过氧化氢酶（catalase）
六、高尔基复合体内蛋白质的分拣
一、蛋白质转运与分拣信号
1.信号序列（斑块） 2.跨膜疏水区信号 3.分拣信号
1. 信号序列/斑块（signal sequece/patch） 也称靶向序列/斑块（targeting sequece/patch）
内质网（endoplasmic reticulum, ER）信号序列：存在于 所有分泌蛋白质前体中。常位于肽链 N-terminus ，引 导新生肽链从细胞质进入内质网
蛋白质合成及转运优秀课件.ppt
肽链合成起始
指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别 与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物 (translational initiation complex)。
参与起始过程的蛋白质因子称起始 因子（initiation factor，IF）。
蛋白质合成及转运优秀课件
S-D序列： Shine和Dalgarno
tRNA分子具有4个位点：
• 3’CCA-OH氨基酸接受位点 • 识别氨酰-tRNA合成酶位点 • 核糖体识别位点 • 反密码子位点
蛋白质合成及转运优秀课件
（三）核糖体是蛋白质合成的工厂
核蛋白体的组成
核蛋
原核生物
真核生物
白体 蛋白质 S值 rRNA 蛋白质 S值 rRNA
小亚基
大亚基
核蛋白 体
21种 30S 16S 33种 34种 50S 23S 49种
蛋白质合成及转运优秀课件
真核生物翻译起始复合物形成
• 核蛋白体大小亚基分离； • 起始氨基酰-tRNA结合； • mRNA在核蛋白体小亚基就位； • 核蛋白体大亚基结合。
蛋白质合成及转运优秀课件
真核生物翻译起始因子
起始因子
生物功能
eIF-2
促进起始tRNA与小亚基结合
eIF-2B, eIF-3 促进大小亚基分离
——由同一种tRNA合成酶合成
起始因子识别tRNAiMet 延伸因子识别tRNAMet
蛋白质合成及转运优秀课件
原核生物中的甲酰Met
fMet - tRNAiMet
蛋白质合成及转运优秀课件
（五）翻译起始于mRNA与核糖体的结合 原核生物借助SD序列
（六）蛋白因子帮助合成的起始
蛋白质合成及转运优秀课件
蛋白质合成、加工和转运的过程
一、蛋白质的合成1、核糖体是合成蛋白质的机器，其功能是按照mRNA的指令由氨基酸合成蛋白质。
2、游离核糖体游离于胞质中，合成细胞内的基础蛋白质；附着核糖体，附着在内质网表面，构成粗面内质网的核糖体，合成分泌蛋白和膜蛋白。
3、蛋白质合成的一般过程：1）氨基酸的活化。
氨基酸和tRNA在氨酰—tRNA合成酶作用下合成活化的氨酰—tRNA。
2）起始、延伸和终止。
3）蛋白质合成后的加工。
肽链N端Met的去除；氨基酸残基的化学修饰，乙酰化、甲基化、磷酸化等；肽链的折叠；二硫键的形成。
二、蛋白质的分泌合成、加工修饰和转运1、信号肽介导分泌性蛋白在粗面内质网的合成。
1）信号肽是蛋白质合成中最先被翻译出来的一段氨基酸序列，通常由18-30个疏水氨基酸组成，能指引核糖体与内质网结合，并引导合成的多肽链进入内质网腔。
2）新生分泌性蛋白质多肽链在胞质中的游离核糖体上起始合成。
当新生肽链N端的信号肽被翻译后，可立即被细胞质基质中的信号识别颗粒（SRP）识别、结合。
3）与信号肽识别结合的SRP，识别结合内质网膜上的SRP-R，并介导核糖体锚泊附着于内质网膜的通道蛋白移位子上。
而SRP则从信号肽—核糖体复合体上解离，返回细胞质基质中重复上述过程。
4）在信号肽的引导下，合成中的肽链，通过由核糖体大亚基的中央管和移位子蛋白共同形成的通道，穿膜进入内质网网腔。
随之，信号肽序列被内质网膜戗面的信号肽酶且除，新生肽链继续延伸，直至完成而终止。
最后完成肽链合成的核糖体大、小亚基解聚，并从内质网上解离。
2、跨膜驻留蛋白的插入和转移决定了蛋白质的两种去处：1）穿过膜进腔，为可溶性蛋白质，包括分泌蛋白和内质网驻留蛋白。
2）嵌入内质网膜中，形成膜蛋白。
3、粗面内质网与外输性蛋白质的分泌合成、加工修饰和转运过程密切相关。
1）新生多肽链的折叠与装配，与合成同时发生。
内质网为新生多肽链正确的折叠和装配提供了有利的环境。
分子伴侣通过对多肽链的识别结合来协助它们的折叠组装和转运。
第四章第五节蛋白质运转解析
（6）分子伴侣 (chaperone)
帮助它们折叠或防止它们聚集的蛋白质。
如：Hsp70和与之相关的一些蛋白组成了一类主要分子 伴侣，作用于许多目标蛋白质。
分子伴侣：结合在一些不完全装配或不恰当折叠蛋白上，
生物学功能
(1)帮助新生蛋白质正确折叠
(2)纠正错误折叠或介导其降解
Hydrophobic regions of proteins are intrinsically interactive, and will aggregate with one another when a protein is synthesized (or denatured) unless prevented.
信号序列的基本作用：
1.通过与SRP的识别和结合，引导核糖体与内质网结合 2.通过信号序列的疏水性，引导新生肽跨膜转运
通过信号肽试验证明： 1、完整的信号肽是保证蛋白质运转的必要条 件 2、仅有信号肽还不足以保证蛋白质运转的发 生 3、信号序列的切除并不是运转所必需的 4、并非所有的运转蛋白质都有可降解的信号 肽 因此，信号肽应称为能启动蛋白质运转的任何 一段多肽。
The signal sequence initiates membrance entry
2、翻译后运转
post-translational translocation
◆蛋白质翻译完成后从核糖体上释放，然合扩散至
合适靶膜并与运转装置结合。
◆蛋白质合成时，其核糖体不与任何细胞器相连， 称游离核糖体(free ribosome)
（3）穿越过氧化物酶体膜 （peroxisome）
膜上也有类似的装置，但底物蛋白质并不直
蛋白质的运输及翻译后修饰
第四节蛋白质的运输及翻译后修饰一．蛋白质通过其信号肽引导到目的地二．一些线粒体叶绿体蛋白质是翻译完成后被运输的由核基因编码的线粒体外膜蛋白质的N端有线粒体定向肽，起信号肽的作用，能够与外膜上的相应位点相识别，定向肽富含带正电荷的氨基酸及丝氨酸和苏氨酸，氨基酸序列为：MLKTSSLFTRRUQPSLFRNILRLQST-。
细胞色素c1前体蛋白的N端有两个信号肽序列，第一个信号肽序列识别线粒体外膜上的受体蛋白，引导肽链进入线粒体基质，随后被切除；第二个信号肽序列用相似的方式引导肽链穿过内膜，折叠成天然构象，并与血红素分子结合。
核基因编码的叶绿体蛋白N端有叶绿体转移肽，肽链转移的方式与线粒体相似。
三．分泌型的真核蛋白在内质网内合成四．高尔基体中多肽的糖基化修饰及多肽的分类在高尔基体中，对糖蛋白的寡糖链进行修饰和调整，将各类多肽分类送往溶酶体、分泌粒和质膜等目的地五．大肠杆菌蛋白质在翻译的同时也在被运输细菌的非细胞质蛋白在核糖体上合成的同时被输送到质膜或跨过质膜，称作翻译中运输。
新生肽链N端有引导序列，能够识别膜蛋白，将正在翻译的核糖体引导至质膜，使合成的多肽链定位于质膜，或分泌出细胞，引导序列能够被引导肽酶切除。
六．肽链折叠的途径分子伴侣非依托性折叠，折叠在肽链合成进程中，或肽链被截短后进行；依托于Hsp70的折叠；依托于Hsp70和分子伴侣复合体的折叠，原核生物的分子伴侣复合体为GroES-GroEL，真核生物的分子伴侣复合体为TR1C(TCP1 ring complex)或CCT(cytosolic chaperonin containing TCP1)。
GroEL-GroES复合物的结构和功能：七．蛋白质的降解泛酰蛋白质的合成：酸性N-结尾蛋白质的修饰在蛋白质降解系统中有作用。
泛酰蛋白质降解的途径：。
蛋白质的转运加工
蛋白质的转运加工
第5页
信号斑块
蛋白质的转运加工
第6页
2. 跨膜疏水区
信号-锚定序列（signal-anchor sequence）：引导新 生肽链从细胞质进入内质网并锚定在内质网膜中
转运停顿-锚定序列（stop transfer-anchor sequence） ： 停顿新生肽链转运并锚定在内质网膜中
蛋白质的转运加工
第20页
小泡介导
粗面内质网
高尔基体
小泡介导分泌路径
（翻译同时转运）
溶酶体
游离核糖体
（翻译后转运） 细胞质
跨膜转运
线粒体 过氧化体 叶绿体
经过核孔
细胞核
蛋白质的转运加工
第21页
蛋白质的转运加工
第22页
蛋白质转运方式
跨膜转运
经过核孔
小泡运输
蛋白质的转运加工
第23页
1. 翻译同时转运（co-translational translocation）
信号-转运停顿-锚定序列（signal-stop transfer-anchor sequence）：兼有上述二者功效
蛋白质的转运加工
第7页
3. 分拣信号（sorting signal）
存在于已合成蛋白质中，能为特异受体所识 别，从而引导蛋白质抵达适当地点。如溶酶体 分拣信号 M6P、内质网分拣信号 KDEL 等
新生肽链因为 N-terminus 带有正电荷，不能轻易进入疏水内质网膜。所 以要完成蛋白质转运，需要内质网膜提供一个水相通道（aqueous channel）。这个水相通道就是易位子
易位子含两种蛋白成份：
连接转移链膜蛋白（translocating chain-associated membrane protein, TRAM protein） TRAM 蛋白最少跨膜 8 次，能与新生 肽链进行交联
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
GroEL
的 两 个 环
近侧
上 面 观
侧 面 观
GroEL 与 GroES
GroES辅助的GroEL 作用模式
①蛋白质进入通道
②GroES 结合使通道扩大
③近侧环内的ATP水解， 蛋白质折叠
停止转运-锚定序列（stop transfer-anchor sequence） ： 停止新生肽的转运并锚定在内质网膜中。
3. 分拣信号（sorting signal）
新生蛋白质通常具有信号肽：肽链N端或C端或肽链的内部的 一段15-60个氨基酸的连续氨基酸序列。
分拣信号：是存在于蛋白质中，能被特异的受体所识别，从 而引导蛋白质到达细胞的指定地点。
(2)应激蛋白70家族(Stress-70 family)：一类分子量约70kD的高 度保守的ATP酶，广泛分布于原核和真核细胞中，如大肠杆菌胞浆 DnaK/DnaJ,高等生物内质网Bip,Hsc1,Hsc2,Hsc4或hsc70,胞浆 Hsp70,Hsp68和Ssal4p,线粒体中的Ssclp,Hsp70等。 (3)应激蛋白90家族(Stress-90family):分子量90kD左右,如大肠 杆菌胞浆HtpG,酵母胞浆Hsp83与Hsc83,果蝇胞浆Hsp83,及哺乳类 胞浆Hsp90与内质网Grp94（Erp90或内质网素endoplasmin）等.
3.分子伴侣作用机理
①热激蛋白70
Hsp70的ATPase结构域
Hsp70的肽链结合结构域
Hsp70介导的蛋白质折叠
天精亮亮亮苏甘
② GroEL（也称Hsp60）
14个相同的亚基组成，形成两个七聚体的环；每个亚基结合一 个ATP。两个环上下堆叠在一起，中间形成一个通道。
GroES（Hsp10）:七聚体复合物，与GroEL结合，帮助GroEL完 成蛋白质折叠，因此称为辅分子伴侣(Co-chaperonin)。
第一节 蛋白质的转运、到位
一、蛋白质转运与分拣信号 二、分子伴侣 三、翻译同步转运和翻译后转运 四、小泡运输的机制 五、受体介导的胞吞作用和内化蛋白质的分拣 六、高尔基复合体内蛋白质的分拣
一、蛋白质转运与分拣信号
1. 信号序列（斑块） 2. 跨膜疏水区信号 3. 分拣信号
1. 信号序列（斑块）（signal sequece/patch）
内质网（endoplasmic reticulum, ER）信号序列：存在于所有 分泌蛋白质前体中。通常位于肽链 N-terminus ，引导新 生肽链从细胞质进入内质网
基质（matrix）信号序列：引导新生蛋白质从细胞质进入细胞 器基质的跨膜转运
内膜腔（intermembrane space）信号序列：新生蛋白质先进入 基质，基质信号序列被切除，露出的内膜腔信号序列再引导 蛋白质进入内膜腔（即内、外膜间隙）
水相腔室：细胞质，细胞器基质或内膜腔； 镶嵌在质膜内：受体、离子通道蛋白和转运蛋白； 细胞核（nucleus） ：DNA 、RNA聚合酶； 溶酶体（lysosome）：蛋白酶（proteolytic enzymes） 过氧化物酶体（peroxisome）：过氧化氢酶（catalase）
过氧化物酶体（peroxisome） 分泌到细胞外：细胞外间质蛋白、激素和细胞因子。
第四章 蛋白质的转运、加工与修饰
第一节 蛋白质的转运、到位 第二节 蛋白质的加工与修饰
蛋白质合成 （真核细胞）细ຫໍສະໝຸດ 核 DNA编码细胞质核糖体
绝大多数蛋白质
（分泌、膜、胞汁及 大部分细胞器蛋白）
细胞器DNA编码 （线粒体和叶绿体）
细胞器核糖体
小部分蛋白质
(人线粒体核糖体组 成蛋白有78个基因)
细胞中蛋白质合成后必须定位于特定的位置（到位）。 如膜：细胞膜，细胞器膜；
信号斑块：蛋白质分子中互不连续的肽段折叠而成的 具有蛋白质到位功能的局部立体结构，其功能与 信号序列相似。
2. 跨膜疏水区信号
信号-锚定序列（signal-anchor sequence）：穿膜蛋白中的一 段独特信号序列，其作用是将这些蛋白质锚定在脂双层膜上。。 信号序列常位于链内，其序列两端的荷电位置决定该蛋白在细 胞膜上的朝向（序列中带正电荷端总是朝向细胞质侧）。
其他分子伴侣：
eg.核质素,T受体结合蛋白(TRAP),大肠杆菌的SecB和触发因子 （trigger factor）及PapD,噬菌体编码的支架蛋白(scaffolding
proteins)等均具有重要的分子伴侣功能。 eg.嗜热菌枯草芽孢杆菌中的“冷激”蛋白Bs-CspB和它的嗜热伴 侣 Bc-Csp分别为67和66AA,3D结构相似，仅12AA（均在分子表面）差 异，但Tm值分别为54℃和77℃，突变分析表明，只有Arg3和Leu66 对Tm产生重大影响。 分子伴侣不仅与胞内蛋白的折叠与组装密切相关，还影响蛋白 质的转运、定位或分泌；也与信号转导中信号分子的活性相关。
另外，还参与新复制DNA与组蛋白装配成染色质，蛋白质的降解，类固醇激 素受体的变构，某些酪氨酸蛋白激酶的活化等多种生理生化过程.
分子伴侣的分类
按分子量大小分类，尚无明确界定。 (1)伴侣蛋白（chaperonin ） ：
具有独特双层7-9元环状结构的寡聚蛋白,包括GroEL蛋白和热激 蛋白60等 。功能：蛋白质正确折叠和亚基组装。
如在溶酶体降解的蛋白：KFERQ或RIDKQ（自噬性模体） 滞留内质网的蛋白：KDEL
几种信号序列及分拣信号
内质网信 内号质序网列信号序列
线粒体蛋白 信线号粒序体蛋列白
信号序列
内 信内质 号质网 序网蛋 列蛋白白
分拣信号
核定位序列
过核氧定化位序体列分 拣信号
过氧化体 分拣信号
DEL KKKKK
各种蛋白质含有一种或多种信号序列或跨膜疏水区，从而决 定了它们在细胞内的精确定位
二、分子伴侣（molecular chaperones）
分子伴侣：非共价地与新生肽链和解折叠的蛋白质肽链结合，并 帮助其折叠和转运，通常不参与靶蛋白的生理功能。
分子伴侣的功能：
指导合成肽链正确折叠； 使肽链保持伸展状态，有利于蛋白质的分拣和跨膜转运； 应激状态下，防止蛋白质变性后内部疏水基团暴露而发生不可逆的凝集；