蛋白质合成后的运送

(一)、 信号肽 翻译转运同步机制 一 、 信号肽: 信号肽是Gunter Blobel1975年提出的 ， 用以解 年提出的， 信号肽是 年提出的 释多肽向内质网的跨膜转运。 释多肽向内质网的跨膜转运。 含信号肽的多肽进入内质网的过程： 含信号肽的多肽进入内质网的过程 ： 当包含信 号肽的多肽被合成一部分时， 号肽的多肽被合成一部分时 ， 信号肽识别体 （SRP）就识别信号肽并结合到核糖体上，翻 ）就识别信号肽并结合到核糖体上， 译暂时停止， 与内质网膜上的受体（ 译暂时停止，SRP与内质网膜上的受体（停泊 与内质网膜上的受体 蛋白， 蛋白，docking protein）结合，核糖体与内质 ）结合， 网结合， 离开， 网结合，SRP离开，延伸的肽链通过内质网上 离开 的肽移位装置（ 的肽移位装置 （ translocon）进入内质网 ， 信 ） 进入内质网， 号肽被切除。 号肽被切除。
现在看来多肽的转运有两种机制： 现在看来多肽的转运有两种机制：（1）翻译转 ） 运 同 步 机 制 （ 共 转 译 ， cotranslational transfer） 。 分泌蛋白 、 质膜蛋白 、 溶酶体蛋 ） 分泌蛋白、质膜蛋白、 内质网和高尔基体滞留蛋白， 白、内质网和高尔基体滞留蛋白，首先在游离 核糖体上合成含信号肽的部分肽段后就结合到 内质网上，然后边合成边进入内质网腔， 内质网上，然后边合成边进入内质网腔，经初 步加工和修饰后， 步加工和修饰后，部分多肽以芽泡形式被运往 高尔基体， 高尔基体，再经进一步的加工和修饰后被运往 质膜、溶酶体或被分泌到胞外。 质膜、溶酶体或被分泌到胞外。（2）翻译后 ） 转运机制 （ posttranslational translocation） 。 ） 叶绿体蛋白和线粒体蛋白是在细胞质游离核糖 体上被完全合成后通过新生肽的信号序列（ 体上被完全合成后通过新生肽的信号序列（引 导肽Leader peptide）直接运往目的地并被加 导肽 ） 工。
• 2、下列关于蛋白质合成的描述哪一项是 错误的？ –A、氨基酸须活化成活性氨基酸 –B、氨基酸的羧基被活化 –C、体内所有的氨基酸都有密码 –D、活化的氨基酸被搬运到核糖体上 –E、tRNA的反密码子与mRNA密码子按碱 基配对原则结合
• 3、名词解释：翻译 遗传密码的简并 性 三联体密码 • 4、试述核酸在蛋白质合成中的作用。 • 5、试述蛋白质翻译后加工的生物学意义， 并列出有哪些加工方式？
第三节 蛋白质合成后的运送
无论是原核生物还是真核生物， 无论是原核生物还是真核生物，新合成的 蛋白质必须转运到特定的亚细胞位置或运输 到胞外才能发挥其相应活性。 到胞外才能发挥其相应活性。
多肽是在核糖体上合成的吗？ 多肽是在核糖体上合成的吗？
蛋白质合成后的靶向输送
• 蛋白质合成后的去向
– 留在胞浆 – 进入核、线粒体或其它细胞器 进入核、 – 分泌至体液，输送至靶器官 分泌至体液， • 靶向输送 蛋白质合成后，定向地到 靶向输送--蛋白质合成后 蛋白质合成后， 达其执行功能的目标地点
★转录本的区隔化 细胞质中蛋白质的分布是不对称的，如果蝇卵中的 bicoid（对果蝇发育中的基因表达起调控作用），果 蝇头部的正常发育（如头节）需要卵头部（anterior） 高浓度的bicoid，卵尾部低浓度的bicoid促进果蝇尾 部的发育。将第一个卵的尾部细胞质取出并替掉第 二个卵的头部，那么由受体卵发育出的幼虫就有两 个尾部。现在认为细胞质中蛋白质的梯度是由转录 本的取隔化造成的。所谓转录本的区隔化就是特定 mRNA 与 细 胞 质 中 特 定 位 点 的 受 体 结 合 。 bicoid mRNA是从附近的nurse 细胞进入正发育的卵母细胞 中，一旦进入卵母细胞，bicoid mRNA通过其3’端与 顶部细胞骨架的特定组分结合。当成熟的卵发育时， bicoid mRNA的翻译（与bicoid蛋白的扩散偶连）就 造成了bicoid蛋白的浓度梯度。
新生肽的命运就取决于信号肽和其他的信号序 列。 对于分泌蛋白来说，跨膜转运后要切除N端信号 肽，多肽进入内质网腔，此后还要在高尔基体 进行下一步的修饰加工。 跨膜蛋白转运的起始阶段与分泌蛋白类似，N端 的信号肽作为起始信号结合在膜上，多肽链的 其 余 部 分 线 形 穿 过 膜 。 单 跨 膜 蛋 白 （ single pass membrane protein）有一个终止转运信号 （stop transfer signal）,它阻止后续肽段的继续 穿膜（图18.14B），多跨膜蛋白有一系列交替 出现的起始和终止信号（图18.14C）。
18. 描述translocon在共翻译转运中的作用 19. mRNA的结构如何影响翻译的调控 20. 假设一个典型的分泌蛋白要被分泌到胞外， 描述一下细胞内的加工过程。 21. 要用一个多肽的一级结构来预测它的高级 结构，主要的困难和问题在那里？ 22. 叙述分子伴侣在蛋白质折叠中的作用。 23. 多核糖体： 一条mRNA上同时有多个核糖体与之结合，它们 以不同进度进行多肽连的合成。
本章小节
• 1、掌握遗传密码的特点，mRNA、tRNA 及核糖体在蛋白质合成中的作用。 • 2、熟悉 SD序列概念、核糖体循环。 • 3、了解蛋白质生物合成的主要过程。蛋 白质翻译后加工，抗生素对翻译的抑制作 用。 。
思考题
• 1、下列关于氨基酸密码子的描述哪一项 是错误的？ –A、密码子有种属特异性，故不同生物 合成不同的蛋白质 –B、密码子阅读有方向性，5′→3′ –C、一种氨基酸可有一组以上的密码子 –D、一组密码子只代表一种氨基酸 –E、密码子第三位碱基在决定掺入氨基 酸的特异性方面重要性较小
★本章问题 1. 不同生物间rRNA和核糖体蛋白的三维结构极其 相似，为什么？ 2. 遗传密码的特性 3. 怎样理解氨酰tRNA合成酶的作用是第二遗传密 码？ 4. 叙述发生在氨酰tRNA合成酶上的两个反映 5. 氨酰tRNA合成酶有时也会出错，它是如何检测 和校正的？ 6. 叙述蛋白质合成三个阶段的主要事件 7. 翻译因子在原核和真核的翻译过程中个起什么功 能？ 8. 写出下列多肽的密码子，有几种可能？
被转运到内质网中的多肽多数还要运往它处。 经过初步的翻译后修饰，可溶性蛋白和膜 结合蛋白被运输到高尔基体，这种运输是 经过运输泡进行的， 滞留内质网中的蛋白有滞留信号，在许多脊 椎动物中它是C端的四肽：Lys-Asp-GluLeu（简称KDEL）。
在高尔基体中，多肽进一步被修饰，如N-糖苷 键型寡糖链进一步被处理，特定Ser和Thr残基 进行O-糖苷键型糖基化修饰。溶酶体蛋白添加 一个6-磷酸甘露糖残基后被运往溶酶体。现在 还不清楚下一步有什么信号指导分泌蛋白运往 细胞表面（经过胞外分泌，exocytosis），什 么信号指导质膜蛋白的运输，有人提出一种默 认机制（缺省机制，default mechanism）：在 缺失指导信号的情况下的一个特定的顺序事件。 信号肽：P412 信号识别体：P412
• 分泌性蛋白质 • 蛋白质透过膜性结构的条件
信号肽 – 蛋白质自身的结构特点 – 转运的机构
–
信号肽
• N-端的一段疏水氨基酸 10～40 端的一段疏水氨基酸 ～
– N端 带正电荷的碱性氨基酸 端 – 疏水核心区 中性氨基酸 – C端 小分子氨基酸（信号肽酶裂 端 小分子氨基酸（ 解部wenku.baidu.com） 解部位）
( 二 ) 、 翻 译 后 转 运 机 制 （ posttranslational translocation） ） 线粒体和叶绿体蛋白是在细胞质游离核糖体上 完全合成后运输来的，同样，这种运输也需要 信号序列。 图18.16是细胞色素C1向线粒体的运输。 细胞色素C1合成要被转运到线粒体的内膜空间 （它是ETC 复合物Ⅲ的一个组分），细胞色 素C1的转运需要两个序列（N端），第一个指 导它运往线粒体基后质被切除，第二个指导它 运往内膜空间后被切除，细胞色素C1肽链折 叠并结合一个血红素辅基后与内膜上的复合物 Ⅲ结合。
★本章要点 mRNA上密码子与tRNA上反密码子的碱基配对是遗传 信息翻译的基本机制。 翻译包括三个阶段：起始、延伸、终止。每个阶段都 有相应的翻译因子的参与。 蛋白质合成后还要一系列的翻译后修饰、折叠和定向 转运。 翻译后修饰包括切除、共价修饰、插入辅因子。 真核与原核的翻译后调控不同，原核有SD序列调控和 翻译的自身负调控，真核较复。 蛋白质的折叠可以发生在肽链合成中或合成后，它是 在分子伴侣的作用下进行。
• 多数为酶原
分泌性蛋白质转运的机制
蛋白质合成后的定向转运 由于真核细胞的结构和功能很复杂， 由于真核细胞的结构和功能很复杂 ， 所以蛋白 质合成后的定向转运（ 质合成后的定向转运（targeting, translocation） ） 的机制也很复杂， 的机制也很复杂，转运的研究是从分泌蛋白开 始的。现在比较清楚的有两种机制： 始的。现在比较清楚的有两种机制：转录本的 区隔化（ 区隔化 （ transcript localization）和信号肽机 ） 制。
9. 判断下列过程发生在蛋白质合成的哪个阶段/ A核糖体亚基与mRNA结合 B多肽被正确合成 C核糖体沿着mRNA移动 D核糖体解离成亚基 10. 估计一下合成200个AA需要多少个ATP和GTP？ 11. 翻译因子中GTP的作用 12. 原核和真核翻译的主要区别 13. 举例说明翻译后修饰的意义 14. SD序列和30S亚基的配对为原核提供了识别起始 密码子和Met密码子的机制，那么真核如何办呢？ 15. 每一个延伸循环的三步反应 16. 原核与真核翻译调控的主要区别 17. 描述SRP的结构和功能
Uptake of proteins into the mitochondrial matrix
★问题：质体蓝素（plastocyanin）是一种在叶 绿体光合作用中作为电子传递体的含铜蛋白， 定位于类囊体腔，和类囊体膜的内表面相连， 它的转运需要N端的两段转运信号，假设其转 运与线粒体相似，那么它是如何被转运的呢？ 转膜机制
24 遗传密码如何编码？有那些特点？ mRNA上每三个相邻的核苷酸编成一个密码子，代表肽 链合成种的某种氨基酸或合成的起始和终止信号，4 种核苷酸共组成64种密码子。 特点：①方向性；编码方向：mRNA的5’到3’②连续性： 密码子之间连续排列，即无间隔也无重叠。③兼并 性：除了Met、Trp只有一个密码子之外，其余每种 氨基酸都有2~6个密码子④摆动性：在密码子与反密 码子相互识别的过程种，密码子的第一个核苷酸起 决定性的作用，第二个尤其是第三个核苷酸能在一 定的范围内进行变动。⑤通用性：不同生物功用一 套密码。 25 保证准确翻译的关键是什么？ ①氨基酸与tRNA的特异性结合依靠氨酰tRNA合成酶 的特异识别作用。②密码子与反密码子特异结合， 依靠互补碱基配对结合实现，也有赖于核糖体的构 象正常而实现正常的装配功能。