第四章第五节蛋白质运转解析

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)
The endoplasmic reticulum consists of a highly folded sheet of membranes that extends from the nucleus. The small objects attached to the outer surface of the membranes are ribosomes.

Proteins can enter the ER-Golgi pathway only by associating with the endoplasmic reticulum while they are being synthesized.
Proteins that enter the ER-Golgi pathway may flow through to the plasma membrane or may be diverted to other destinations by specific signals.
Proteins emerge from the ribosome or from passage through a membrane in an unfolded state that attracts chaperones（伴侣） to bind and protect them from misfolding.
错误的蛋白质或半衰期很短的蛋白质时，蛋白酶被激活。
◆蛋白质半衰期与N端氨基酸残基有一定关系。
阿龙· 切哈诺沃 (1947-)以色列生物学家。由于发现了 泛素调解的蛋白质降解，与阿夫拉姆· 赫什科、欧文· 罗
斯一起获得了2004年诺贝尔化学奖。
降解涉及到的三种重要酶



泛素活化酶 (u2 biquitin - activating enzyme，E1) 泛素结合酶 （ubiquitin - conjugating enzyme，E2) 泛素蛋白连接酶 (ubiquitin -proteinligating enzyme, E3)

信号肽假说:
蛋白质定位的信息存在于该蛋白质自身结构中，并 且通过与膜上特殊受体的相互作用得以表达，这就是 信号肽假说的基础。

蛋白质跨膜运转信号也是由mRNA编码的。在起始密 码子后，有一段编码疏水性氨基酸序列的RNA区域，这 个氨基酸序列就被称为信号序列。信号序列在结合核 糖体上合成后便与膜上特定受体相互作用，产生通道， 允许这段多肽在延长的同时穿过膜结构，因此，这种 方式是边翻译边跨膜运转。
蛋白质向核内运输的过程

核定位序列（NLS—Nuclear Localization Sequence） NLS可以位于核蛋白的任何部位。 蛋白质向核内运输过程需要核运转因子а、β和一个GTP 酶(Ran)。а和β组成的异源二聚体是核定位蛋白的可溶 性受体，与核定位序列相结合的是а亚基。由上述3个蛋 白组成的复合物停靠在核孔处，依靠Ran GTP酶水解GTP提 供的能量进入细胞核，а和β亚基解离，核蛋白与а亚基 解离，а和β分别通过核孔复合体回到细胞质中，起始新 一轮蛋白质运转。
分泌蛋白质大多是以翻译-运转同步机制运输的。 在细胞器发育过程中，由细胞质进入细胞器的蛋
白质大多是以翻译后运转机制运输的。
而参与生物膜形成的蛋白质，则依赖于上述两种 不同的运转机制镶入膜内。 定位于细胞器内的蛋白质大部分在细胞质中合成， 细胞器内合成的留在细胞器内。
翻译—运转同步机制
信号序列(signal sequence)：在起始密码子后，有一段编 码疏水性氨基酸序列的RNA区域，这个氨基酸序列就被称为信 号序列。 信号肽(signal peptide)：绝大多数跨膜蛋白的N端都具有长 度大约在13-36个残基之间的以疏水氨基酸为主的N端信号序 列或称信号肽。 信号肽的结构特点： 1.一般带有10-15个疏水氨基酸 2.常常在靠近该序列N-端疏水氨基酸区上游带有1个或数个带 正电荷的氨基酸 3.在其C-末端靠近蛋白酶切割位点处常常带有数个极性氨基 酸，离切割位点最近的那个氨基酸往往带有很短的侧链。
翻译后跨膜运转的蛋白质，前体一般含前导肽 (leader peptide)，前导肽在跨膜运转中起重要作用。 过膜后，前导肽水解，蛋白质变为有功能的蛋白。拥 有前导肽的线粒体蛋白质前体能够跨膜运转进入线粒 体，在这一过程中前导肽被水解，前体转变为成熟蛋 白，失去继续跨膜能力。 信号序列(signal sequence)：在起始密码子后，有 一段编码疏水性氨基酸序列的RNA区域，这个氨基酸 序列就被称为信号序列。
第5节蛋白质运转机制
Proteins are localized by specific pathways
蛋白质运转机制
蛋白质插入或穿过生物膜的过程称为蛋白质运转 （protein translocation）。 蛋白质运转类别



若某个蛋白质的合成和运转是同时发生的，则属 于翻译运转同步机制； 若蛋白质从核糖体上释放后才发生运转，则属于 翻译后运转机制。 这两种运转方式都涉及到蛋白质分子内特定区域 与细胞膜结构的相互关系。
Proteins synthesized on free ribosomes in the cytosol are directed after their release to specific destinations by short signal motifs.
Proteins enter the ER， mitochondrion， chloroplast by binding to a translocon that transports them across the membrane.



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。

在多细胞真核生物中，每当细胞发生分裂时，核 膜被破坏，等到细胞分裂完成后，核膜被重新建 成，分散在细胞内的核蛋白必须被重新运入核内， 因此，为了核蛋白的重复定位，这些蛋白质中的 信号肽――被称为核定位序列(nuclear localization sequence, NLS)一般都不被切除。 NLS可以位于核蛋白的任何部位。
前导肽及其特性
前导肽一般具有如下特性： 带正电荷的碱性氨基酸（特别是精氨酸） 含量较为丰富，它们分散于不带电荷的 氨基酸序列之间； 缺少带负电荷的酸性氨基酸；羟基氨基 酸（特别是丝氨酸）含量较高； 有形成两亲（既有亲水又有疏水部分） α-螺旋结构的能力。
(2) 叶绿体蛋白质的跨膜运转
（4）穿越细胞核膜
向核内转运需更大更复杂的装置，即核孔 （ nuclear pore ）。由载体蛋白与底物结合 并进行跨核孔转运
核定位蛋白的运转机制

百度文库
蛋白质一般通过核孔进入细胞核。核糖体蛋白首 先在细胞质中合成，运转到细胞核内，在核仁中 被装配成40S和60S核糖体亚基，然后运转回到细 胞质中去合成蛋白质。RNA、DNA聚合酶、组蛋白、 拓扑异构酶及大量转录、复制调控因子都必须从 细胞质进入细胞核才能正常发挥功能。
翻译后运转机制
（1）线粒体蛋白质的跨膜运转 通过线粒体膜的蛋白质是在合成以后再运转的。这个过程 有如下特征： ①通过线粒体膜的蛋白质在运转之前大多数以前体形式存在， 它由成熟蛋白质和N端延伸出的一段前导肽（leader peptide）共同组成。 ②蛋白质通过线粒体内膜的运转是一种需能过程； ③蛋白质通过线粒体膜运转时，首先由外膜上的Tom受体复 合蛋白识别与Hsp70或MSF等分子伴侣相结合的待运转多肽， 通过Tom和Tim组成的膜通道进入线粒体内腔。

信号识别颗粒(signal recognition partical，SRP)：是 一种核糖核酸蛋白复合体，它的作用是识别信号序列，并 将核糖体引导到内质网上。

停靠蛋白(docking protein，DP，又称SRP受体蛋白)：即 SRP在内质网膜上的受体蛋白，它能够与结合有信号序列的 SRP牢牢地结合，使它在合成蛋白质的核糖体停靠到内质网 上来。
Chaperones bind to interactive regions of proteins as they are synthesized to prevent random aggregation.
（7） 蛋白质的降解
概 述 降解涉及到的三种重要酶 有序降解机理
概
述
◆生物体内蛋白的降解是一个有序的过程。当细胞中出现 ◆不同蛋白质其半衰期差异较大。




An N-terminal signal sequence is hydrophobic
The signal sequence of bovine growth hormone consists of the Nterminal 29 amino acids and has a central highly hydrophobic region, preceded or flanked by regions containing polar amino acids.

Proteins enter the nucleus by passage
through very large
nuclear pores.
（5）细菌蛋白质的运转
细菌蛋白通过共翻译或翻译后可被定位于细胞膜或细
胞周质空间，或被分泌出去。

细菌同样能通过定位于蛋白质N-端的信号肽将新合成 的多肽运转到其内膜、外膜、双层膜之间或细胞外等不 同部位。
（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.
（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
接与其结合。需载体蛋白协助穿过膜。
Proteins are transported into peroxisomes by a carrier protein that binds them in the cytosol, passes with them through the membrane channel, and releases them on the other side.

叶绿体定位信号肽一般有两个部分，第一部分决定该蛋白 质能否进入叶绿体基质，第二部分决定该蛋白能否进入类 囊体。在这一模型中，蛋白质运转是在翻译后进行的，在 运转过程中没有蛋白质的合成。



叶绿体蛋白质运转过程有如下特点： ①活性蛋白水解酶位于叶绿体基质内，这是鉴别翻译后运 转的指标之一。 ②叶绿体膜能够特异地与叶绿体蛋白的前体结合。 ③叶绿体蛋白质前体内可降解序列因植物和蛋白质种类不 同而表现出明显的差异。