第4章 蛋白质的翻译-转运降解.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,第五节 蛋白质转运机制,几类主要蛋白质的运转机制,蛋白质性质,运转机制,主要类别,分泌蛋白,蛋白质在结合核糖体上合成，以翻译运转同步机制运输,免疫球蛋白、激素、水解酶,细胞器发育,蛋白质在游离核糖体上合成，以翻译后运转机制运输,核、叶绿体、线粒体等细胞器中的蛋白质,膜的形成,以上两种机制兼有,质膜、内质网、类囊体中的蛋白质,1,、翻译转运同步机制：分泌蛋白,信号肽假说简图,分泌蛋白质的合成和胞吐作用,2,、翻译后转运机制：线粒体与叶绿体蛋白,蛋白质向线粒体的定位机制,蛋白质向叶绿体的定位机制,3,、,核定位,蛋白质的转运机制,第五节 蛋白质转运机制,蛋白质,N,端信号肽的特点,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须的；,4.,并非所有的运转蛋白质都有可降解的信号肽。,能启动蛋白质运转的任何一段多肽,信号肽,信号肽假说简图,3,5,SRP,循环,mRNA,内质网膜,内质网腔,信号肽酶,信号肽,GTP,GDP+Pi,核糖体受体,SRP,受体,多肽运转复合物,分泌蛋白质的合成和胞吐作用,内质网,高尔基体,泡,泡,泡,融入质膜,核糖体,芽泡,线粒体外膜,线粒体内膜,带有导肽的线粒体蛋白质前体跨膜转运过程示意图,内外膜接触位点的蛋白质通道,线粒体,hsp70,Tom,受体复合物,hsp70,导肽,蛋白酶切除导肽,Tom,Tim,折叠,ATP,ADT+Pi,线粒体内外膜的接触点,线粒体的蛋白质转运装置,TOM,和,TIM,复合体,C,N,类囊体蛋白前体,跨叶绿体膜运转,细胞质,叶绿体外膜,叶绿体内膜,可溶性蛋白水解酶切除第一部分信号肽,C,N,跨类囊体膜运转,切除第二部分信号肽,折叠,信号肽,信号肽,成熟类囊体蛋白,类囊体膜,类囊体,叶绿体蛋白质跨膜转运,叶绿体的蛋白质定向转运,核定位蛋白跨细胞核膜转运过程示意图,定位于不同亚细胞结构的细菌蛋白质信号肽序列,细菌中蛋白质的跨膜转运,周质空间,细胞质,SecB,SecA,SecYEG,SecB,第六节 蛋白质的更替,1,、,维持细胞内氨基酸代谢库的动态平衡,2,、参与细胞程序性死亡和储藏蛋白质的动员；,3,、按化学计量累计寡聚蛋白的亚基或脱辅基蛋白,/,辅助因子比率；,4,、蛋白质前体分子的水解裂解加工；,5,、清除反常蛋白以免积累到对细胞有害的水平；,6,、控制细胞内关键蛋白的浓度；,7,、参与细胞防御机制。,1.,细胞内蛋白质降解的生物学意义,2004,年诺贝尔化学奖,化学奖,授予两位以色列科学家阿龙,切哈诺沃、阿弗拉姆,赫尔什科和美国科学家欧文,罗斯，以表彰他们发现了泛素调节的蛋白质降解，也就是说他们发现了一种蛋白质死亡的重要机理。,欧文,.,罗斯 国籍：美国 出生：,1926,年 学位：芝加哥大学博士 现任职地点：加州大学,阿龙,切哈诺沃 国籍：以色列 出生：,1947,年 学位：以色列工学院医学博士 现任职地点：以色列工学院,阿弗拉姆,赫尔什科 国籍：以色列出生：,1937,年 学位：希伯来大学医学博士 现任职地点：以色列工学院,在正常代谢条件下,细胞内合成和降解蛋白质必须有精确的时空调节和选择,如果蛋白质降解速率和位点出现异常，就会出现病态。目前已发现多种蛋白质降解途径,:,1.,溶酶体途径，主要降解入胞蛋白（如受体介导的蛋白质胞饮），应急状态下降解细胞内蛋白，尤其是结构蛋白；,2.,细胞膜表面水解酶系统；,3.,Caspase,蛋白酶家族；,4.,高度保守的泛素,-,蛋白水解酶复合体通路（,ubiquitin,-,proteasome,pathway,UPP,）,；,5.,特殊细胞器的水解系统，如线粒体内,La,蛋白酶、高尔基体内,Ke,2,水解酶、叶绿体内,ClpAP,等,.,2.,细胞内蛋白质降解的特点,细胞内蛋白质降解包括依赖能量的步骤，而且具有调控作用；,很难探测到胞内蛋白质降解的中间产物，这表明蛋白水解装置一旦遇到合适目标，立即将其彻底消化，避免降解中间产物干扰正常的生理活动；,蛋白酶的专一性较低，为了避免对细胞蛋白质造成随机破坏，必须对它们进行严格控制和区域化；,细胞内蛋白质水解是高度选择性的，不同蛋白质的半衰期从数分钟到数周，决定其半衰期的信号常常是小的、保守的结构模体，该过程不仅是复杂的基因功能调控级联的最后步骤，而且是氨基酸再循环系统的组成部分。,在大肠杆菌中，许多蛋白质的降解是通过一个依赖于,ATP,的,蛋白酶（称为,Lon,）,来实现的。当细胞中存在有错误或半衰期很短的蛋白质时，该蛋白酶就被激活。每切除一个肽键要消耗两分子,ATP,。,在真核生物中，蛋白质的降解需要,泛素,(,Ubiquitin,),，一个有,76,个氨基酸残基组成极为保守的蛋白参与。与泛素相连的蛋白将被送到一个依赖于,ATP,的,蛋白酶体,(,Proteasome,),。,2.,细胞内蛋白质降解的特点,3.,蛋白质降解的泛肽途径,蛋白质降解的泛肽途径,是通过对不需要的蛋白质贴上标签,(,泛蛋白化作用,),来调节特定蛋白质的存在，这种分子标签是由一种名为泛素的多肽组成。蛋白质被贴上标签的过程被称为,“,死亡之吻,”,，因为贴上标签的蛋白质很快被送往细胞中名为蛋白质酶体的,“,垃圾桶,”,中，并在那里被切碎、分解。,泛蛋白化作用是一个活跃的可逆过程，,泛蛋白化,和,去泛蛋白化,相互平衡，对细胞进行着调控作用，包括蛋白质的降解、细胞周期控制、胁迫反应、,DNA,修复、基因的转录、免疫反应、信号转导、翻译调控和胞吞作用。,蛋白质降解的泛肽途径示意图,E1-S-,E1,-SH,E2-S-,E1-SH,E2-SH,E2-SH,ATP,AMP+PPi,E3,多,泛肽化蛋白,ATP,26,S,蛋白酶体,20,S,蛋白酶体,ATP,1,9S,调节亚基,去折叠,水解,（,ubiquitin,）,去泛肽化酶,泛肽（,ubiquitin,）,泛肽是一种保守的蛋白质，含,76,个氨基酸，所有泛肽均有相同的三维结构，主要定位于细胞溶胶和细胞核，因其广泛存在于各类细胞而命名为泛肽。,泛肽由多基因族编码，不同生物,Ub,基因的数目和种类有较大差异。,Lys,49,Tyr,49,Lys,29,Lys,63,Met,1,Arg,74,Gly,75,Gly,76,与泛肽活化有关的酶,E1,-SH,ATP,ATP,AMP,E2,-SH,E2,-SH,E3,E1,-S,E2,-S,Amino acid,26S,Proteasome,Target Protein,Ubiquitin,C-Amino,Hydrolase,C-Amino,Hydrolase,E1,-SH,E1,-SH,-,AMP,-,PPi,泛肽活化酶,(E1),：,催化,Ub,的,C-,末端与酶分子中巯基结合,泛肽载体蛋白,(E2),：,作泛肽的中间载体,泛肽,-,蛋白连接酶,(E3),：,直接或间接地与特定的靶蛋白结合，直接或间接地将泛肽从硫酯中间物转移到蛋白或多泛肽链上,泛肽化酶,(,ubiquitination,enzyme,）,蛋白酶体（,proteasome,）,结构示意图,148,20S,Proteasome,19S,Regulatiry,Subunit,26S,proteasome,113,Ubq,-,Conjugate,Unfolding,Cleavage,去泛肽化酶,(,deubiquitination,enzyme,，,DUBs,）,在泛肽途径中靶蛋白被,26S,蛋白酶体降解时，泛肽只是降解信号，并未被降解，而是经去泛肽化酶,(,DUBs,),再生之后重新利用。去泛肽化酶是半胱氨酸蛋白酶，具有裂解酯键、硫酯键以及泛肽,C-,端与,Lys,侧链,-NH,2,形成的异肽键的活力，亦被称为异肽酶。已在不同物种的许多组织中鉴定出多种,DUBs,，,DUBs,由两个基因家族编码，一是泛肽,C-,端水解酶（,Ub,carboxyl-terminal,hydrolases,UCH,）,基因家族,，,另一个是泛肽专一的加工蛋白酶（,Ub,specific processing proteases,UBP,）,基因家族,。,去泛肽化酶的结构,UCH-13,催化中心立体结构图,HAUSP(,一种典型的,UBP),催化中心区域结构图,去泛肽化酶的主要功能,(1),裂解多泛肽内与靶蛋白之间的异肽链，保持细胞内游离泛肽的浓度，以便对其进行再利用；,(2),具有编辑功能，使错误泛肽化的蛋白质去泛肽化，以免被,26S,蛋白酶体降解，,(3),对不规范的多泛肽链进行修剪，使之更好地被,26S,蛋白酶体识别与结合。,(4),裂解泛肽,Gly76,的羧基与,-NH,2,间的肽键，用于泛肽前体的加工。,（,5,）有些,UDB,实际上是,26S,蛋白酶中,19S,调节复合物的组分。,成熟多肽,N-,端第一个残基影响对蛋白质的稳定性,