蛋白质翻译后加工及转运.pptx
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蛋白质翻译后加工及转运.pptx
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第十章多肽链折叠与翻译后加工,1,contents,2,翻译后加工翻译后的定向与分拣,10.1翻译后加工,a:
多肽链的剪切(内切)、修剪(外切)切除去除某段氨基酸序列才能有活性,前胰岛素原的后加工,3,b:
N末端fMet或Met的切除;N末端添加氨基酸去甲酰化酶;氨肽酶;氨酰tRNA:
蛋白质转移酶c:
二硫键形成通过两个Cys的氧化作用生成。
d:
特定氨基酸的修饰aa侧链的修饰包括磷酸化,乙酰化,甲基化,羧基化,羟基化,糖基化,等等。
4,e:
蛋白质拼接(Proteinsplicingisautocatalytic),5,将一条多肽链内部的一段氨基酸序列切除,同时将两端的蛋白质序列连接在一起的后加工方式。
被切除的序列称为内含肽(intein);被保留并连接在一起的序列称为外显肽(extein)。
Proteinsplicingistheautocatalyticprocessbywhichaninteinisremovedfromaproteinandtheexteinsoneithersidebecomeconnectedbyastandardpeptidebond.,蛋白质拼接图解,1990:
KanePM在酵母液泡中发现第一个inteinH+-ATPase的催化亚基,6,(外显肽)Exteinsequencesremaininthematureproteinthatisproducedbyprocessingaprecursorviaproteinsplicing.(内含肽)Aninteinisthepartthatisremovedfromaproteinthatisprocessedbyproteinsplicing.蛋白质的剪接由内含肽催化。
内含肽能以两侧外显肽直接相连的方式使自己从蛋白质上催化解离。
这些内含肽长度不等,仅仅存在于单细胞生物中。
7,红海束毛藻的RIR基因的表达,mRNA前体含有3个内含子;蛋白质前体含有4个内含肽。
RIP:
核苷酸还原酶,8,f:
多肽链的折叠,依据折叠是否需要分子伴侣及需要何种分子伴侣,细胞内蛋白质的折叠可分为:
自我折叠(Self-assembly,不依赖分子伴侣的折叠);受热激蛋白70(Hsp70)帮助的折叠;受hsp70和伴侣蛋白复合物帮助的折叠;Wedonotknowwhatproportionofproteinscanself-assembleasopposedtothosethatrequireassistancefromachaperone.哪些蛋白能自我折叠,哪些需要分子伴侣的帮助,目前依然未知。
9,蛋白质折叠的三条途径,绝大多数蛋白质通过前两种途径进行折叠。
由于蛋白质折叠异常而造成分子聚集甚至沉淀或不能正常转运到位所引起的疾病还有老年性痴呆症、囊性纤维病变、家族性高胆固醇症、家族性淀粉样蛋白症、某些肿瘤、白内障等。
由于分子伴侣在蛋白质折叠中至关重要的作用,分子伴侣本身的突变显然会引起蛋白质折叠异常而引起折叠病。
自我折叠,受热激蛋白70(Hsp70)帮助的折叠,受hsp70和伴侣蛋白复合物帮助的折叠,10,1蛋白质的自我折叠,11,Self-assemblyreferstotheabilityofaprotein(orofacomplexofproteins)toformitsfinalstructurewithouttheinterventionofanyadditionalcomponents(suchaschaperones).Eg:
核糖核酸酶蛋白质翻译后折叠成有活性的形式:
不必借助于其他蛋白质的帮助,自身就能完成。
2蛋白质的折叠有时需要有分子伴侣(Chaperone),分子伴侣:
是指能够结合和稳定另外一种蛋白质的不稳定构象,并能通过有控制的结合和释放,促进新生多肽链的折叠、多聚体的装配或降解及细胞器蛋白的跨膜运输的一类蛋白质。
这个是从功能上定义的,凡具有这种功能的蛋白质都是分子伴侣,但它们的结构可以完全不同。
受热激蛋白70(Hsp70)帮助的折叠受hsp70和伴侣蛋白复合物帮助的折叠,12,Hsp90主要与hsp70协同作用,但主要是针对一些参与信号转导途径中的特殊的蛋白质,尤其是类固醇激素受体和信号传导途径中的激酶。
分子伴侣的分类可分为两大类:
独立个体结构:
Hsp70和其他相关的蛋白质,可作用于许多靶蛋白的折叠寡聚体结构:
I类和II类蛋白质寡聚体,可作用于许多腔内蛋白的折叠Hsp60:
存在于真核生物的线粒体(哺乳动物中称为Hsp58)、叶绿体中,原核生物中称为GroEL。
Hsp90、Hsp70、Hsp60都是高度保守的蛋白质家族。
13,分子伴侣,通过控制活性表面的可接近性来影响折叠的进程。
Thisisaccomplishedbybindingtoreactivesurfacesinthetargetproteinthatareexposedduringtheassemblyprocess,andpreventingthosesurfacesfrominteractingwithotherregionsoftheproteintoformanincorrectconformation.Chaperonesfunctionbypreventingformationofincorrectstructuresratherthanbypromotingformationofcorrectstructures.折叠过程是一个正确途径和错误途径相互竞争的过程。
伴侣分子在功能上:
阻止错误结构的形成,更甚于促进正确结构的形成。
14,没有分子伴侣存在的情况下:
蛋白质的疏水性区域通常活性不高,翻译后通常会随机聚集在一起。
有分子伴侣存在的情况下:
分子伴侣与没有折叠的蛋白相互作用,阻止它们的不正确折叠并指导正确折叠。
15,活性表面之间的相互作用会促进蛋白质的折叠。
而这些活性表面通常是由暴露的氨基酸的疏水性侧链组成。
它们的相互作用能够形成一个疏水核心。
当新生肽链在核糖体上时,其疏水侧链片段很容易聚集。
这种结合随机发生,会使得蛋白质不容易折叠成正确的构象。
2.1受热激蛋白70(Hsp70)帮助的折叠,AtypicalHsp70hastwodomains:
theN-terminaldomainisanATPase;andtheC-terminaldomainbindsthesubstratepolypeptide.WhenboundtoATP,Hsp70bindsandreleasessubstratesrapidly;whenboundtoADP,thereactionsareslow.Recyclingbetweenthesestatesisregulatedbytwootherproteins,Hsp40(DnaJ)andGrpE.Hsp70为单体蛋白,典型的Hsp70有两个基本的结构域:
N端是ATPase,C端结构域则结合底物多肽。
与ATP结合时,Hsp70可迅速结合并释放底物;与ADP结合时,反应速度较慢。
这两种状态的转换需要Hsp40(DnaJ)和GrpE这两种蛋白质因子的调控。
DifferentmembersoftheHsp70classfunctiononvarioustypesoftarget,proteins.,16,作用机制通过ATP水解功能来改变底物蛋白的折叠构象,theHsp70systemconsistsofindividualproteinsthatbindto,andacton,thesubstrateswhosefoldingistobecontrolled.itcontrolstheinteractionsbetweenexposedreactiveregionsoftheprotein,enablingittofoldintothecorrectconformationinsitu(原位).ThecomponentsofthesystemareHsp70,Hsp40,andGrpE.TheHsp70andHsp40proteinsbindindividuallytothesubstrateproteins.TheyusehydrolysisofATPtoprovidetheenergyforchangingthestructureofthesubstrateprotein.从核糖体上出来(新生肽链)或刚从膜通道上出来(或者发生变性)的底物蛋白还是未折叠状态,可吸引伴侣分子与之原位结合,通过ATP水解功能来改变底物蛋白的折叠构象。
Frydman,J.(2001).Annu.Rev.Biochem.70,603-647.,17,WhatfeaturedoesHsp70recognizeinatargetprotein?
Hsp70识别蛋白质的区域主要是在一段疏水性强的区域,Itbindstoalinearstretchofaminoacidsembeddedinahydrophobic(疏水性)context.Thisispreciselythesortofmotifthatisburiedinthehydrophobiccoreofaproperlyfolded,matureprotein.Itsexposurethereforeindicatesthattheproteinisnascentordenatured.Motifsofthisnatureoccuraboutevery40aminoacids.Bindingtothemotifpreventsitfrommisaggregatingwithanotherone.,Hsp70可结合一段处于疏水核心的线性氨基酸这通常是正确折叠的成熟蛋白质的疏水核心基序。
如果它暴露在蛋白质表面,说明这个蛋白质是新合成或变性的。
约40个氨基酸就有一个类似的基序。
与这些基序的结合可阻止其与另一个蛋白质的错误聚集。
18,2.2受hsp70和伴侣蛋白复合物帮助的折叠,achaperoninsystemconsistsofalargeoligomericassembly(representedasacylinder).Thisassemblyformsastructureintowhichunfoldedproteinsareinserted.Theprotectedenvironmentdirectstheirfolding.Therearetwotypesofchaperoninsystem.GroEL/GroESisfoundinallclassesoforganism.TRiCisfoundineukaryoticcytosol.分子伴侣系统构成一个很大的寡聚复合体,在其内部,底物蛋白进行折叠,折叠之后再出来。
伴侣蛋白形成笼状的结构,将部分折叠的蛋白质彼此隔离开来,进行依赖于ATP的折叠。
这提供了一种理想的折叠环境。
GroEL/GroES系统在所有生物中都有。
在真核生物细胞质中则19有TRiC系统。
E.Coli的伴侣蛋白是GroEL/GroES复合物,20,10.2蛋白质翻译后的定向与分拣,Proteinsorting(targeting)isthedirectionofdifferenttypesofproteinsfortransportintoorbetweenspecificorganelles.蛋白质的分拣(sorting)或定位(targeting)指的是不同类型的蛋白质横穿各种膜结构以寻找其目的地的过程。
细胞胞质中合成的蛋白质最终的定位可分为两类:
与膜结合的蛋白质(内质网、高尔基体、溶酶体、内体endosome以及分泌到胞外的蛋白)定位于:
ER-Golgi系统及胞外,不与膜结合的蛋白质(细胞质、细胞核、线粒体、质体(叶绿体)、过氧化物酶体等的蛋白)定位于:
细胞器,21,定位于细胞器的蛋白质是在胞质的游离的核糖体中合成(翻译后转运途径);Proteinsthatareimportedintocytoplasmicorganellesaresynthesizedonfreeribosomesinthecytosol.定位于ER-Golgi系统及胞外的蛋白质则在与内质网相连的核糖体(粗面内质网)中合成(一边翻译一边转运,,也称共翻译途径);膜蛋白借助于肽链上特异性的信号序列与膜结合;信号序列通常在肽链的氨基端(N端);N端的信号序列通常在穿膜过程中会被切除。
合成蛋白质的两个场所,22,蛋白质的两种分拣路径,定位于细胞器的蛋白质是在胞质的自由核糖体中合成,定位于ER-Golgi系统及分泌到胞外的蛋白质则在与内质网相连的核糖体中合成,翻译后转运途径(post-translational),翻译与转运同步途径(共翻译途径)(co-translational),游离的核糖体上合成,内质网上的核糖体上合成,23,24,蛋白质转运的两种途径,2翻译后转运途径(post-translationaltranslocation)(游离的核糖体中合成,定位于细胞器的蛋白质)Theproteinmaybereleasedfromaribosomeaftertranslationhasbeencompleted.Thenthecompletedproteindiffusestotheappropriatemembraneandassociateswiththetranslocationapparatus.Thisiscalledpost-translationaltranslocation.(蛋白质在核糖体上合成后,再与转运(易位)装置结合。
),1翻译与转运同步途径(共翻译途径/翻译时途经,co-translationaltranslocation)(粗面内质网上的核糖体中合成,定位于ER-Golgi系统及分泌到胞外的蛋白质)Thenascent(初生的)proteinmayassociatewiththetranslocationapparatuswhileitisstillbeingsynthesizedontheribosome.Thiscalledco-translationaltranslocation.(蛋白质正在核糖体上合成时就能与转运(易位)装置结合。
),25,10.2.1共翻译途径(ER-Golgi途径),ProteinsthatarelocalizedcotranslationallyassociatewiththeERmembraneduringsynthesis,sotheirribosomesaremembrane-bound.TheproteinspassintotheER,alongtotheGolgi,andthenthroughtheplasmamembrane,unlesstheyhavesignalsthatcauseretentionatoneofthestepsonthepathway.Theymayalsobedirectedtootherorganelles,suchasendosomesorlysosomes.蛋白质在粗面内质网上的核糖体中合成,一边合成一边转运,经由ERGolgi质膜分泌到胞外或保留在中途某个阶段,如:
内质网蛋白、高尔基体蛋白、溶酶体蛋白、细胞膜蛋白、分泌蛋白等,26,共翻译途径(ER-Golgi途径),那些在粗面内质网(表面聚集着大量的核糖体)上合成的蛋白质,通过内质网信号序列的指引进入内质网,进入后信号序列被切除然后再进入高尔基体以vesicle(囊泡)的形式,转运到溶酶体、内含体或转运到细胞膜上分泌到胞外。
(蛋白质正在核糖体上合成时就能与转运(易位)装置结合。
),27,各种蛋白质在细胞中的最终定位由多肽链本身所具有的特定序列决定。
这些特殊的氨基酸序列起着一种信号向导的作用,因此被称作信号序列。
如果一个蛋白质缺乏任何一种信号序列,则会留在其“默认”的位置细胞质。
信号学说(signalhypothesis),1999年诺贝尔医学奖或生理学奖,28,信号肽和信号斑信号序列/信号肽(signalsequence,signalpeptide):
有的在N端,有的在C端,有的在多肽链的内部。
有些蛋白质还不止一种信号序列。
信号斑(signalpatch):
存在于已折叠的蛋白质中,是蛋白质完成折叠以后,在其表面形成的由来自不同区域的氨基酸序列组合在一起的三维分拣信号。
(引导蛋白质定向运输到溶酶体的就是信号斑。
),29,信号序列,经共翻译途经的蛋白质的序号序列:
存在于N端,一般含有20个氨基酸残基,中间由1214个疏水性氨基酸残基组成的疏水片段,前段为带正电荷的碱性氨基酸残基,末端则是富含Ala(丙氨酸)的片段。
ThesignalsequenceofbovinegrowthhormoneconsistsoftheN-terminal29aminoacidsandhasacentralhighlyhydrophobic(疏水)region,precededorflankedbyregionscontainingpolaraminoacids.,牛生长激素的信号序列,30,疏水核心,极性,信号序列的共同特征,Co-translationalinsertionisdirectedbyasignalsequence.Usuallythisisacleavableleadersequenceof15-30N-terminalaminoacids.AtorclosetotheN-terminusareseveralpolarresidues,andwithintheleaderisahydrophobic(疏水)coreconsistingexclusivelyorverylargelyofhydrophobicaminoacids.共翻译转运时蛋白质能够进入ER转运,是受到信号序列的引导。
通常它是N端的可被内切的1530个氨基酸的前导序列。
靠近N端的氨基酸是极性氨基酸(碱性),中部是疏水性强的氨基酸区域。
信号序列在功能上:
1.转运与之相连的多肽通过ER转运到目的地;2.保证了核糖体与内质网膜的相连,31,Signalsequencesinitiateco-translationaltranslocation(信号序列起始共翻译转运途径。
)ProteinsthatresideintheERpossessaC-terminaltetrapeptide(四肽)(KDEL,whichactuallyprovidesasignalforthemtoreturntotheERfromtheGolgi).Thesignalthatdivertsaproteintothelysosomeisacovalentmodification:
theadditionofaparticularsugarresidue.OthersignalsarerequiredforaproteintobecomeapermanentconstituentoftheGolgiortheplasmamembrane.默认途径定位在ER的信号序列是C端的四肽KDEL(赖氨酸-天冬氨酸-谷氨酸-亮氨酸),定位在溶酶体的信号序列是一种共价修饰糖链,32,进入ER-Golgi途径的蛋白质的流向:
可分泌到胞外,也可在信,号序列的指引下定位到其他位置,如ER、溶酶体、质膜等。
核糖体,内质网,C端KDEL或KKXX,高尔基体,细胞质膜,N寡糖链M6P,溶酶体,滞留信号,细胞外,33,ThesignalsequenceinteractswiththeSRP(信号序列还需与SRP相互作用。
),34,Proteintranslocationcanbedividedintotwogeneralstages:
first,ribosomescarryingnascentpolypeptidesassociatewiththe,membranes;andthenthenascentchainistransferredtothechannelandtranslocatesthroughit.,Theattachmentofribosomestomembranesrequiresthesignal,recognitionparticle(SRP).,蛋白质的转运可分为两个阶段:
核糖体携带初生的多肽与内质网膜相连;新生多肽通过特定的膜结构转运到目的地。
除了信号序列,核糖体与ER膜的相连需要信号识别颗粒(SRP).,信号识别颗粒(signalrecognitionparticle,SRP),Thesignalrecognitionparticle(SRP)isaribonucleoproteincomplexthatrecognizessignalsequencesduringtranslationandguidesthepeptidetothetranslocationchannel.SRPsfromdifferentorganismsmayhavedifferentcompositions,butallcontainrelatedproteinsandRNAs.SRP是一种核糖核蛋白体(蛋白质+RNA),可识别信号序列并引导肽链通过转运通道。
不同物种的SRP有不同的组分,但其蛋白质组分及RNA组分却非常相近。
35,SRP的组成6个蛋白7SRNA,remainingpartoftheRNAcomprisestheSdomain.,TheSRPisan11Sribonucleoproteincomplex,containing6proteins(totalmass240kD)andasmall(305base,100kD)7SRNA.the7SRNAprovidesthestructuralbackbone
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- 蛋白质 翻译 加工 转运