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1、关于蛋白质加工与输送第1页，讲稿共83张，创作于星期三2第2页，讲稿共83张，创作于星期三3 翻译后加工翻译后加工 （Posttranslational processing）肽链肽链从从核蛋白体核蛋白体(ribosome)释放后，经释放后，经过细胞内各种修饰处理，成为过细胞内各种修饰处理，成为有活性的具有活性的具有天然构象有天然构象(native conformation)的成熟蛋的成熟蛋白质白质的过程。的过程。第3页，讲稿共83张，创作于星期三4包括包括：v多肽链折叠为天然的三维构象；多肽链折叠为天然的三维构象；v肽链一级结构的修饰；肽链一级结构的修饰；v空间结构的修饰等空间结构的修饰等；
2、v 靶向输送到特定细胞靶向输送到特定细胞第4页，讲稿共83张，创作于星期三5一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质多肽链合成后需要逐步折叠（多肽链合成后需要逐步折叠（folding)成天然空间构象成天然空间构象(native conformation)才成为有功能的蛋白质。才成为有功能的蛋白质。一些疾病是单纯由错误折叠的蛋白质引发的一些疾病是单纯由错误折叠的蛋白质引发的 蛋白质构象病蛋白质构象病。第5页，讲稿共83张，创作于星期三6肽链折叠的动力学v通过对肽链折叠的动力学研究，发现折叠是分
3、阶段进通过对肽链折叠的动力学研究，发现折叠是分阶段进行的，可能还存在着中间态。行的，可能还存在着中间态。v肽链折叠的速度和构象核肽链折叠的速度和构象核 构象核：构象核：为数不多的氨基酸残基通过分子中近程相互作用先形成一个为数不多的氨基酸残基通过分子中近程相互作用先形成一个核心，即构象核。然后以其为核心，逐渐进行随后的折叠过程。核心，即构象核。然后以其为核心，逐渐进行随后的折叠过程。v 整个肽链的折叠过程存在着快慢不同的几个阶段。整个肽链的折叠过程存在着快慢不同的几个阶段。构象核的形成、构象核的形成、构象核的生长和彼此黏结构象核的生长和彼此黏结、具有规正二级结构的分、具有规正二级结构的分子框架的
4、建立、子框架的建立、中间态的调整中间态的调整，以及具有四级结构蛋白质的亚基，以及具有四级结构蛋白质的亚基的组装。的组装。第6页，讲稿共83张，创作于星期三7v熔球态熔球态(molten globule)：在肽链的折叠过程中，还存在着在肽链的折叠过程中，还存在着一种中间态，被称为一种中间态，被称为“熔球态熔球态”，其最重要的特征是，具有，其最重要的特征是，具有一定二级结构的肽链经过塌陷一定二级结构的肽链经过塌陷(collapse)后形成的比较紧密后形成的比较紧密的立体结构。它已具备了天然立体结构的框架。但在疏水的立体结构。它已具备了天然立体结构的框架。但在疏水的内部，很多细微的立体结构与天然还有
5、差异。的内部，很多细微的立体结构与天然还有差异。第7页，讲稿共83张，创作于星期三8蛋白质肽链的折叠以结构域为单位蛋白质肽链的折叠以结构域为单位v很多实验结果表明，各个结构域的折叠应该是相互独立的，因为迄很多实验结果表明，各个结构域的折叠应该是相互独立的，因为迄今为止已有越来越多的单个结构域被单独表达，而且表达的产物都今为止已有越来越多的单个结构域被单独表达，而且表达的产物都具有天然的活性。具有天然的活性。v一个多结构域蛋白质中的各个结构域不仅是氨基酸残基序列上的一个多结构域蛋白质中的各个结构域不仅是氨基酸残基序列上的一个特定的片段，也是蛋白质立体结构中的独立的、具有生物活一个特定的片段，也是
6、蛋白质立体结构中的独立的、具有生物活性的区域，而且还是一个肽链折叠过程中的独立的单位。性的区域，而且还是一个肽链折叠过程中的独立的单位。v在细胞中多结构域的形成可能是有先后次序的。期间可能存在着一定的在细胞中多结构域的形成可能是有先后次序的。期间可能存在着一定的协调和协同。协调和协同。第8页，讲稿共83张，创作于星期三9v蛋白质肽链在折叠过程中可能出现许多蛋白质肽链在折叠过程中可能出现许多中间态中间态，但是其但是其中多数是瞬时的，而对蛋白质稳定结构的形成产生影响中多数是瞬时的，而对蛋白质稳定结构的形成产生影响的中间态仅有不多几种。的中间态仅有不多几种。最常见的中间态是与肽酰基最常见的中间态是与
7、肽酰基-脯氨基间肽键的顺反异构化、二硫键交换有关，脯氨基间肽键的顺反异构化、二硫键交换有关，可能某可能某些还与氨基酸残基的侧链修饰有关。些还与氨基酸残基的侧链修饰有关。第9页，讲稿共83张，创作于星期三10扫描图片第10页，讲稿共83张，创作于星期三11决定蛋白质折叠的因素：决定蛋白质折叠的因素：球状蛋白质折叠为一个有规律的二级结构和三级结构的构球状蛋白质折叠为一个有规律的二级结构和三级结构的构象，疏水侧链埋在蛋白质的内部，极性象，疏水侧链埋在蛋白质的内部，极性/带电荷的侧链接触带电荷的侧链接触溶剂。溶剂。蛋白质折叠是热力学推动的过程，伴随着解折叠状态到折蛋白质折叠是热力学推动的过程，伴随着解
8、折叠状态到折叠状态的自由能的降低。叠状态的自由能的降低。G是折叠蛋白质的构象稳定性是折叠蛋白质的构象稳定性（Gunfolding-Gfolding).蛋白质（蛋白质（G）的整体稳定性较小，折叠态比非折叠态的稳）的整体稳定性较小，折叠态比非折叠态的稳定性稍微多一些。这导致蛋白质构象稳定性的值在定性稍微多一些。这导致蛋白质构象稳定性的值在1075KJ/mol之间，大多数蛋白质表现的值处于该范围的低之间，大多数蛋白质表现的值处于该范围的低端。端。第11页，讲稿共83张，创作于星期三12vAnfinsenAnfinsen经典实验表明：蛋白质折叠的必需信息都储存经典实验表明：蛋白质折叠的必需信息都储存在
9、一级结构中。即在一级结构中。即“序列决定构象序列决定构象”。v有些蛋白质移除前导序列会伴随着之后的蛋白质重折叠有些蛋白质移除前导序列会伴随着之后的蛋白质重折叠的缺失。相反的，全长酶原解折叠后可以重新产生一个的缺失。相反的，全长酶原解折叠后可以重新产生一个折叠的酶。这个结果表明前导序列参与了折叠反应，折叠的酶。这个结果表明前导序列参与了折叠反应，这这说明并不是说明并不是“最终的最终的”序列编码了折叠信息。序列编码了折叠信息。第12页，讲稿共83张，创作于星期三13v细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，而需要其他酶、蛋白质细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，而需要其他酶、蛋白质辅助辅助
10、.v所有细胞中发现的所有细胞中发现的伴侣蛋白伴侣蛋白都是聚体体系，它阻止了不正确的蛋白都是聚体体系，它阻止了不正确的蛋白质的折叠，以质的折叠，以7个、个、8个或个或9个亚基的超环形结构为基础。超环形结构个亚基的超环形结构为基础。超环形结构被任意端盖住，形成一个通过疏水表面结合解折叠多肽的空穴，通被任意端盖住，形成一个通过疏水表面结合解折叠多肽的空穴，通过过ATP驱动的构象变化促使肽折叠为天然构象。驱动的构象变化促使肽折叠为天然构象。v不正确的折叠导致活性失活，这是许多疾病的分子基础。不正确的折叠导致活性失活，这是许多疾病的分子基础。第13页，讲稿共83张，创作于星期三14分子伴侣分子伴侣（mo
11、lecular chaperonmolecular chaperon）蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶（protein disulfide isomerase,PDI）肽酰基肽酰基肽酰基肽酰基-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶（peptidyl prolyl cis-trans isomerase,PPI）与蛋白质折叠有关的酶或蛋白质与蛋白质折叠有关的酶或蛋白质第14页，讲稿共83张，创作于星期三151 1分子伴侣分子伴侣*（molecular chaperonmolecular chaperon）是细胞中一大类保守蛋白质，可识别肽链的非天是细胞中一大类保守蛋白
12、质，可识别肽链的非天然构象然构象（不稳定构象不稳定构象），促进各功能域和整体蛋白质的促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠正确折叠（稳定构象稳定构象）。普遍特点普遍特点-只与只与Pr分子的非天然构象结合，而不与已经折叠分子的非天然构象结合，而不与已经折叠 成天然构象的成天然构象的Pr分子结合分子结合两大类：两大类：一类是核糖体结合性分子伴侣，包括一类是核糖体结合性分子伴侣，包括触发因子触发因子(trigger(trigger factor,TF)factor,TF)等；等；另一类是非核糖体结合性分子伴侣，包括热休克蛋白、伴另一类是非核糖体结合性分子伴侣，包括热休克蛋白、伴侣蛋白等。侣蛋白等。第15
13、页，讲稿共83张，创作于星期三16（1 1）功能）功能-多种多样的多种多样的 帮助肽链折叠；帮助肽链折叠；辅助新生肽链的转运与转位，帮助辅助新生肽链的转运与转位，帮助“次品蛋白质次品蛋白质”的降解。的降解。一些细胞质中的可溶性分子伴侣还可以通过与辅助分子伴侣一些细胞质中的可溶性分子伴侣还可以通过与辅助分子伴侣 的相的相互作用，行使更多的功能：网格蛋白的去组装；参与突触小泡融合后互作用，行使更多的功能：网格蛋白的去组装；参与突触小泡融合后的内吞；帮助蛋白质的内吞；帮助蛋白质/新生肽链靶向，如进入线粒体；以及一些复合物的新生肽链靶向，如进入线粒体；以及一些复合物的组装，如肌球蛋白复合物和核孔等；组
14、装，如肌球蛋白复合物和核孔等；分子伴侣还参与信号转导。另外，引发因子分子伴侣还参与信号转导。另外，引发因子(TF)(TF)除了能帮助新生除了能帮助新生肽链折叠外，还兼有肽链折叠外，还兼有PPIPPI酶的活性。酶的活性。第16页，讲稿共83张，创作于星期三17（2 2）作用：）作用：蛋白质肽链的折叠可以简单看作是一些疏水基团被包埋到分子内部的过蛋白质肽链的折叠可以简单看作是一些疏水基团被包埋到分子内部的过程，因此，帮助新生肽链折叠的分子伴侣一定是具有与疏水基团结合能程，因此，帮助新生肽链折叠的分子伴侣一定是具有与疏水基团结合能力的蛋白质。以最常见的力的蛋白质。以最常见的hsp70hsp70为例，
15、它们都具有一个肽结合部位，由为例，它们都具有一个肽结合部位，由疏水氨基酸残基构成。疏水氨基酸残基构成。分子伴侣总的作用是与暴露的疏水区域稳定结合。分子伴侣总的作用是与暴露的疏水区域稳定结合。结果：结果：降低了局部未折叠蛋白质的浓度并防止其非特异性的不可逆降低了局部未折叠蛋白质的浓度并防止其非特异性的不可逆的聚合和错误折叠，同时保存了多肽链折叠的能力，当折叠不成的聚合和错误折叠，同时保存了多肽链折叠的能力，当折叠不成功时，可以重新进行折叠。功时，可以重新进行折叠。第17页，讲稿共83张，创作于星期三18（3 3）分布：）分布：广泛分布于原核和真核细胞中。广泛分布于原核和真核细胞中。在真核细胞中目
16、前发现它们存在于：在真核细胞中目前发现它们存在于：细胞液、内质网、线粒体、叶绿体以及细胞核中。细胞液、内质网、线粒体、叶绿体以及细胞核中。（存在胞内（存在胞内prpr折叠、组装的各部位）折叠、组装的各部位）第18页，讲稿共83张，创作于星期三19（4 4）典型分子伴侣介绍）典型分子伴侣介绍细胞至少有两种分子伴侣家族细胞至少有两种分子伴侣家族热休克蛋白热休克蛋白（heat shock protein,HSP)heat shock protein,HSP)：属于应激反应性蛋白，高温应激可诱导该蛋白合成增加属于应激反应性蛋白，高温应激可诱导该蛋白合成增加.第19页，讲稿共83张，创作于星期三20第2
17、0页，讲稿共83张，创作于星期三21 HSP70 HSP70：v一类约一类约70kD70kD的高度保守的的高度保守的ATPATP酶酶，广泛存在原、真核细胞，广泛存在原、真核细胞中。中。v由两个功能不同的结构域组成：由两个功能不同的结构域组成：N N端的端的ATPATP酶结构域酶结构域和和C C端的端的多肽链结合结构域多肽链结合结构域。ATPATP酶结构域：酶结构域：能结合和水解能结合和水解ATP.ATP.多肽链结合结构域：多肽链结合结构域：由疏水氨基酸残基组成，其间无酸性氨由疏水氨基酸残基组成，其间无酸性氨基酸，附近却有一些碱性氨基酸。基酸，附近却有一些碱性氨基酸。第21页，讲稿共83张，创作
18、于星期三22HSPHSPHSPHSP促进蛋白质折叠的基本作用：促进蛋白质折叠的基本作用：促进蛋白质折叠的基本作用：促进蛋白质折叠的基本作用：结合保护结合保护结合保护结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进行折叠，形成待折叠多肽片段，再释放该片段进行折叠，形成待折叠多肽片段，再释放该片段进行折叠，形成待折叠多肽片段，再释放该片段进行折叠，形成HSP70HSP70HSP70HSP70和多肽片段依次结合、解离的循环。和多肽片段依次结合、解离的循环。和多肽片段依次结合、解离的循环。和多肽片段依次结合、解离的循环。HSP70HSP70等协同作用：等协同作用：可与待折叠多肽片段的疏水残基结合，保持肽链成伸展
19、状可与待折叠多肽片段的疏水残基结合，保持肽链成伸展状态，避免肽链内、肽链间疏水基团相互作用引起的错误折态，避免肽链内、肽链间疏水基团相互作用引起的错误折叠、凝集。叠、凝集。再通过水解再通过水解ATPATP释放此肽段，以利于肽链进行折叠。释放此肽段，以利于肽链进行折叠。第22页，讲稿共83张，创作于星期三23 伴侣素伴侣素（chaperonins)chaperonins)：是分子伴侣的另一家族是分子伴侣的另一家族 如如E.coliE.coli的的GroELGroEL和和GroESGroES 真核细胞中同源物为真核细胞中同源物为HSP60HSP60和和HSP10 HSP10 等家族。等家族。主要作
20、用主要作用 为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然空间为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然空间 构象的构象的微环境微环境。第23页，讲稿共83张，创作于星期三24伴侣素伴侣素GroEL/GroESGroEL/GroES系统促进蛋白质折叠过程系统促进蛋白质折叠过程 第24页，讲稿共83张，创作于星期三25 2 2蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶（protein disulfide isomerase,PDIprotein disulfide isomerase,PDI）多肽链内或肽链之间多肽链内或肽链之间二硫键二硫键的正确形成对稳定分泌蛋白、的正确形成对稳定分泌蛋白、膜蛋白等的天然构象十分重要
21、膜蛋白等的天然构象十分重要部位：主要在细胞内质网进行。部位：主要在细胞内质网进行。原因：多肽链的几个半胱氨酸间可能出现错配原因：多肽链的几个半胱氨酸间可能出现错配二硫键二硫键，影响蛋白质正确折叠。影响蛋白质正确折叠。解决：在内质网腔活性很高解决：在内质网腔活性很高可在较大区段肽链中催化错配二硫键断裂并可在较大区段肽链中催化错配二硫键断裂并 形成正确二硫键连接。形成正确二硫键连接。第25页，讲稿共83张，创作于星期三26vvPDIPDIPDIPDI是一种含有巯基的酶，能是一种含有巯基的酶，能是一种含有巯基的酶，能是一种含有巯基的酶，能随机切断及催化蛋白质中的二硫随机切断及催化蛋白质中的二硫随机切
22、断及催化蛋白质中的二硫随机切断及催化蛋白质中的二硫键，使之正确重排，形成热力学键，使之正确重排，形成热力学键，使之正确重排，形成热力学键，使之正确重排，形成热力学上最稳定的构象上最稳定的构象上最稳定的构象上最稳定的构象。vvPDIPDIPDIPDI通过催化巯基与二硫通过催化巯基与二硫通过催化巯基与二硫通过催化巯基与二硫键的交换反应，从而催化键的交换反应，从而催化键的交换反应，从而催化键的交换反应，从而催化蛋白质二硫键的形成、还蛋白质二硫键的形成、还蛋白质二硫键的形成、还蛋白质二硫键的形成、还原（断裂）或重排（异构原（断裂）或重排（异构原（断裂）或重排（异构原（断裂）或重排（异构化）。化）。化）
23、。化）。第26页，讲稿共83张，创作于星期三27v并不是所有的蛋白质都含有二硫键，特别是在细胞内的多数并不是所有的蛋白质都含有二硫键，特别是在细胞内的多数蛋白质是不含有二硫键的，因为细胞内的环境是个还原性的蛋白质是不含有二硫键的，因为细胞内的环境是个还原性的环境。环境。v近年来的研究表明，蛋白二硫键异构酶也参与了对蛋白质近年来的研究表明，蛋白二硫键异构酶也参与了对蛋白质功能的调节。功能的调节。第27页，讲稿共83张，创作于星期三283.3.肽酰基一脯氨酰顺反异构酶，肽酰基一脯氨酰顺反异构酶，（peptidyl prolyl cis-peptidyl prolyl cis-trans isome
24、rase,PPItrans isomerase,PPI）脯氨酸为亚氨基酸，多肽链中肽酰一脯氨酸间形成的肽键有脯氨酸为亚氨基酸，多肽链中肽酰一脯氨酸间形成的肽键有顺反两种异构体，空间构象差别明显。顺反两种异构体，空间构象差别明显。PPI可促进上述顺反可促进上述顺反两种异构体之间的转换。两种异构体之间的转换。天然蛋白肽链中肽酰一脯氨酸间肽键绝大部分是反式构型，仅天然蛋白肽链中肽酰一脯氨酸间肽键绝大部分是反式构型，仅6 6为顺式构型。为顺式构型。在肽链合成需形成顺式构型时，在肽链合成需形成顺式构型时，PPI可使多肽在各脯氨酸弯折可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。处形成准确折叠。第28页，讲稿共8
25、3张，创作于星期三29二、一级结构的修饰二、一级结构的修饰v场所：内质网、高尔基复合体的管腔中（外场所：内质网、高尔基复合体的管腔中（外分泌蛋白前体的活化）分泌蛋白前体的活化）（一）（一）去除去除N-N-甲酰基或甲酰基或N-N-甲硫氨酸甲硫氨酸酶：脱甲酰基酶，氨基肽酶酶：脱甲酰基酶，氨基肽酶 结果：切除结果：切除N-N-甲酰基甲酰基 切除切除N-N-末端末端MetMet或或N-N-末端一段末端一段AAAA第29页，讲稿共83张，创作于星期三30蜂毒毒蛋白的加工成熟蜂毒毒蛋白的加工成熟 蜂毒蛋白只有经蛋白酶水解蜂毒蛋白只有经蛋白酶水解切除切除N N端的端的2222个氨基酸个氨基酸以后才有以后才有
26、生物活性生物活性。第30页，讲稿共83张，创作于星期三31（二）个别氨基酸的修饰（二）个别氨基酸的修饰 1.1.氨基末端乙酰化氨基末端乙酰化 2.2.甲基化甲基化 3.3.氧化（氧化（-SH-SH -S-S-S-S-）4.4.羧基末端的酰胺化羧基末端的酰胺化 5.5.谷氨酸残基的谷氨酸残基的羧基修饰羧基修饰 6.6.Pro,Lys OHPro,Lys OH 7.Ser,Thr,Tyr 7.Ser,Thr,Tyr 磷酸化磷酸化 第31页，讲稿共83张，创作于星期三321.1.氨基末端乙酰化氨基末端乙酰化在在N-N-乙酰转移酶乙酰转移酶的催化下将多肽链的氨基末端（或氨的催化下将多肽链的氨基末端（或
27、氨基酸残基侧链氨基）乙酰化。基酸残基侧链氨基）乙酰化。有两组乙酰转移酶：分泌蛋白乙酰转移酶和非分泌蛋白乙酰有两组乙酰转移酶：分泌蛋白乙酰转移酶和非分泌蛋白乙酰转移酶，都以乙酰转移酶，都以乙酰CoACoA为底物。为底物。十分普遍，估计体内十分普遍，估计体内50%50%的蛋白质有氨基乙酰化。的蛋白质有氨基乙酰化。近年发现组蛋白的乙酰化在活化染色质，使它作为转录及近年发现组蛋白的乙酰化在活化染色质，使它作为转录及复制的模板中起重要作用。复制的模板中起重要作用。第32页，讲稿共83张，创作于星期三33核小体中四种组蛋白各核小体中四种组蛋白各两分子构成的八聚体即两分子构成的八聚体即核心组蛋白。核心组蛋白
28、。（多富含（多富含LysLys残基）残基）它们的侧链氨基是乙酰它们的侧链氨基是乙酰化的位点。化的位点。第33页，讲稿共83张，创作于星期三342.2.甲基化甲基化v酶酶:甲基转移酶甲基转移酶.存在存在:胞液胞液(主要主要););细胞核细胞核(少量少量)v底物：底物：S-S-腺苷蛋氨酸腺苷蛋氨酸(SAM,(SAM,是是MetMet活化产物），活化产物），SAMSAM的甲基被的甲基被高度活化，称为活性蛋氨酸，是体内最重要的甲基直接高度活化，称为活性蛋氨酸，是体内最重要的甲基直接供给体供给体v甲基化位点：甲基化位点：Lys,Arg,HisLys,Arg,His的侧链；的侧链；GlnGln的的N-N-
29、甲基化和甲基化和Glu,AspGlu,Asp的的O-O-甲基化甲基化.腺苷转移酶腺苷转移酶PPi+Pi+甲硫氨酸甲硫氨酸ATPS腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸(SAM)第34页，讲稿共83张，创作于星期三35第35页，讲稿共83张，创作于星期三363.3.氧化氧化蛋白质多肽链中进行氧化修饰最普遍现象是蛋白质多肽链中进行氧化修饰最普遍现象是-二硫键的生成。二硫键的生成。酶：二硫键异构酶酶：二硫键异构酶作用：肽链内或链间的作用：肽链内或链间的CysCys巯基氧化成二硫巯基。巯基氧化成二硫巯基。第36页，讲稿共83张，创作于星期三374.4.羧基末端的酰胺化羧基末端的酰胺化肽链羧基末端的肽链羧基末端的AA
30、AA可出现酰胺化，如可出现酰胺化，如C C端端是是GlyGly的蛋白的蛋白质常被酰胺化，质常被酰胺化，保护它免受羧肽酶的降解。保护它免受羧肽酶的降解。酰胺化分两步酰胺化分两步：1 1）GlyGly羟基化；羟基化；2 2）脱去一分子乙醛酸并产生新的酰胺化的羧端。）脱去一分子乙醛酸并产生新的酰胺化的羧端。结果结果：缺失了原来作为羧基端的：缺失了原来作为羧基端的Gly.Gly.第37页，讲稿共83张，创作于星期三385.5.谷氨酸残基的谷氨酸残基的羧基修饰羧基修饰凝血酶原及其他涉及与钙离子相互作用的凝血因子如凝血酶原及其他涉及与钙离子相互作用的凝血因子如，和和中均发现有羧基化修饰的羧化谷氨酸残基（中
31、均发现有羧基化修饰的羧化谷氨酸残基（GluGlu残基）。残基）。部位部位：内质网：内质网过程过程：在：在GluGlu残基的残基的碳原子上添加羧基碳原子上添加羧基结果结果：GluGlu的的碳原子上有两个羧基碳原子上有两个羧基作用作用：能螯合钙离子，在凝血过程中起重要作用。：能螯合钙离子，在凝血过程中起重要作用。羧化酶羧化酶第38页，讲稿共83张，创作于星期三396.6.脯氨酸和赖氨酸的羟基化修饰脯氨酸和赖氨酸的羟基化修饰前胶原是成纤维细胞分泌的前胶原是成纤维细胞分泌的prpr，在生物合成过程中新生的，在生物合成过程中新生的肽肽链进入内质网腔后，内质网中的链进入内质网腔后，内质网中的脯氨酰脯氨酰-
32、4-4-羟化酶羟化酶和和赖氨酰羟化赖氨酰羟化酶酶能分别识别肽链中的能分别识别肽链中的GlyXProGlyXPro和和GlyXLysGlyXLys序列，羟化序列，羟化ProPro及及LysLys残基。残基。产物产物：4-4-羟基脯氨酸（羟基脯氨酸（Hyp)Hyp)及及 羟基赖氨酸（羟基赖氨酸（Hyl)Hyl)残基。残基。原胶原分子中的原胶原分子中的LysLys残基可在残基可在赖氨酰氧化酶赖氨酰氧化酶的催化下形成的催化下形成醛赖氨酸醛赖氨酸（aiiysine).aiiysine).第39页，讲稿共83张，创作于星期三40（三）水解修饰（三）水解修饰无活性的蛋白质前体无活性的蛋白质前体活性的蛋白质或
33、多肽活性的蛋白质或多肽 如胰岛素的成熟如胰岛素的成熟真核细胞大分子多肽前体真核细胞大分子多肽前体数种小分子活性肽类数种小分子活性肽类如鸦片促黑皮质素原如鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰的水解修饰第40页，讲稿共83张，创作于星期三41第41页，讲稿共83张，创作于星期三42鸦片促黑皮质素原鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰的水解修饰第42页，讲稿共83张，创作于星期三43三、空间结构的修饰三、空间结构的修饰（一）（一）亚基聚合亚基聚合具有四级结构的蛋白质由两条以上肽链通过非共价键聚合，形具有四级结构的蛋白质由两条以上肽链通过非共价键聚合，形成寡聚体。如：血红蛋白成寡聚体。如：血红蛋白
34、22第43页，讲稿共83张，创作于星期三44（二）（二）辅基连接辅基连接结合蛋白中非蛋白质部分（辅基）通过结合蛋白中非蛋白质部分（辅基）通过共价键方式共价键方式与蛋白质部分相连。与蛋白质部分相连。各种主要的结合蛋白（如糖蛋白、脂蛋白等），合成各种主要的结合蛋白（如糖蛋白、脂蛋白等），合成后都需要结合相应辅基，成为天然功能蛋白质后都需要结合相应辅基，成为天然功能蛋白质第44页，讲稿共83张，创作于星期三45（三）（三）疏水疏水脂链脂链的共价连接的共价连接 某些蛋白质（如某些蛋白质（如RasRas蛋白、蛋白、G G蛋白等），翻译后需要在肽蛋白等），翻译后需要在肽链特定位点链特定位点共价连接一个或多
35、个疏水性强的共价连接一个或多个疏水性强的脂链脂链，包括脂包括脂肪酸链、多异戊二烯链等。肪酸链、多异戊二烯链等。这些蛋白通过这些蛋白通过脂链脂链嵌入疏水膜脂双层，定位成为特殊质膜嵌入疏水膜脂双层，定位成为特殊质膜内在蛋白，才成为具有生物功能的蛋白质。内在蛋白，才成为具有生物功能的蛋白质。第45页，讲稿共83张，创作于星期三46四、四、蛋白质合成后的靶向输送蛋白质合成后的靶向输送蛋白质合成后的去向：蛋白质合成后的去向：1 1、保留在胞浆、保留在胞浆2 2、进入细胞核、线粒体等细胞器、进入细胞核、线粒体等细胞器3 3、分泌到体液，再输送到靶器官、靶细胞、分泌到体液，再输送到靶器官、靶细胞 v靶向输送
36、靶向输送*（protein targeting)protein targeting)：蛋白质合成后蛋白质合成后经过复杂机制经过复杂机制，定向到达其执，定向到达其执 行功能的目标地点行功能的目标地点.v蛋白质的修饰反应与靶向输送过程同步完成蛋白质的修饰反应与靶向输送过程同步完成第46页，讲稿共83张，创作于星期三47蛋白质的分类蛋白质的分类-v结构蛋白结构蛋白（structural protein)structural protein)或固有蛋白或固有蛋白（house house keeping protein):keeping protein):合成后留在细胞内合成后留在细胞内，如：，如：酶、
37、细胞骨架、亚细胞器如线粒体、过氧化体、细胞核等酶、细胞骨架、亚细胞器如线粒体、过氧化体、细胞核等v分泌蛋白（输出蛋白分泌蛋白（输出蛋白，export protein):export protein):合成后输出细胞进入血液和细胞间液合成后输出细胞进入血液和细胞间液，如：，如：肝细胞制造的血浆清蛋白、凝血酶原、胰腺细胞合成的各种消化酶、胰肝细胞制造的血浆清蛋白、凝血酶原、胰腺细胞合成的各种消化酶、胰岛素，免疫细胞合成的免疫球蛋白等。岛素，免疫细胞合成的免疫球蛋白等。第47页，讲稿共83张，创作于星期三48所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号号-主要为主要为N
38、 N末端特异氨基酸序列末端特异氨基酸序列可引导蛋白质转移到细胞的适当靶部位，可引导蛋白质转移到细胞的适当靶部位，这类序列称为这类序列称为信号序列信号序列*（signal signal seguence).seguence).靶向不同的蛋白质各有特异的信号序列或成靶向不同的蛋白质各有特异的信号序列或成分分.第48页，讲稿共83张，创作于星期三49(一）与分泌蛋白的合成、转运有关的组分一）与分泌蛋白的合成、转运有关的组分1.1.信号肽信号肽*（signal peptidesignal peptide）未成熟蛋白质的端序列，可被细胞转运系统识别未成熟蛋白质的端序列，可被细胞转运系统识别的的特征性氨基
39、酸序列特征性氨基酸序列。v存在：所有存在：所有分泌分泌prpr、部分膜部分膜prpr、溶酶体溶酶体prpr的的N N端共端共 同序列。同序列。v结构：一般含结构：一般含15-3015-30个个AAAA残基。残基。N N端或接近端或接近N N端端为亲水区、带正电，长度常为为亲水区、带正电，长度常为 1-7 1-7个个AA(AA(亲水极性亲水极性,如如Arg,Ser,Thr,LysArg,Ser,Thr,Lys）；）；疏水核心区疏水核心区含疏水中性含疏水中性AA C C端端-加工区（含极性、小侧链的加工区（含极性、小侧链的AAAA；信号肽；信号肽 酶裂解的部位）酶裂解的部位）第49页，讲稿共83张
40、，创作于星期三50紧接亲水区为紧接亲水区为疏水核心疏水核心（hydrophobic core)hydrophobic core)，在分泌，在分泌时起决定作用。该区段由时起决定作用。该区段由15-1915-19个个AAAA残基组成，并以残基组成，并以GlyGly或或AlaAla等侧链较短的等侧链较短的AAAA结尾。此结尾的结尾。此结尾的AAAA恰好在切点之恰好在切点之前。前。疏水区中央常含疏水区中央常含ProPro或或GlyGly残基，由此将疏水区分成残基，由此将疏水区分成2 2个区。个区。这这2 2个个螺旋如被破坏，会抑制螺旋如被破坏，会抑制prpr的分泌。的分泌。第50页，讲稿共83张，创作
41、于星期三51信号肽的一级结构信号肽的一级结构第51页，讲稿共83张，创作于星期三52v未发现信号肽有保守序列；信号肽似乎没有严格的未发现信号肽有保守序列；信号肽似乎没有严格的 专一性：专一性：如将信号肽附加到正常存在细胞液中的球状蛋白如将信号肽附加到正常存在细胞液中的球状蛋白 的的N N端，导致该球蛋白分泌到细胞外。端，导致该球蛋白分泌到细胞外。第52页，讲稿共83张，创作于星期三532.2.信号识别颗粒信号识别颗粒（signal recongnition particle,SRP）v存在细胞溶质中，一个长形颗粒存在细胞溶质中，一个长形颗粒v6 6条多肽链和一分子条多肽链和一分子7S RNA7
42、S RNA共同构成，共同构成，RNARNA构成核蛋白的骨架，构成核蛋白的骨架，6 6条多肽链各自形条多肽链各自形成独立功能的结构。成独立功能的结构。54kD54kD亚基：亚基：识别信号肽识别信号肽；9kD9kD和和14kD14kD亚基二聚体：亚基二聚体：抑制分泌肽延长，抑制分泌肽延长，使核蛋白体翻译停止，同时避免长肽链使核蛋白体翻译停止，同时避免长肽链折叠折叠；68kD68kD和和72kD72kD亚基二聚体：亚基二聚体：对对SRPSRP核蛋白体核蛋白体复合体的移位和识别复合体的移位和识别SRPSRP受体是必需的受体是必需的。第53页，讲稿共83张，创作于星期三54vSRPSRP作用作用：1.1
43、.识别、结合信号肽；识别、结合信号肽；2.2.将核蛋白体复合体引导到内质网膜上并与受体结合；将核蛋白体复合体引导到内质网膜上并与受体结合；3.3.暂时抑制肽链延长，避免长肽链折叠。暂时抑制肽链延长，避免长肽链折叠。第54页，讲稿共83张，创作于星期三55SRPSRP抑制肽链延长，是由于抑制肽链延长，是由于SRPSRP占据了核蛋白体的占据了核蛋白体的A A位点，位点，阻止了携带阻止了携带AAAA的的tRNAtRNA进入核蛋白体，即切断了进入核蛋白体，即切断了prpr合成合成原料的进入。原料的进入。SRPSRP在分泌在分泌prpr的转运过程只起短暂作用，但可循环利的转运过程只起短暂作用，但可循环利
44、用，在细胞质内浓度很高，为核蛋白体的用，在细胞质内浓度很高，为核蛋白体的1/101/10。第55页，讲稿共83张，创作于星期三563.3.对接蛋白对接蛋白（docking proteindocking protein，），）(SRP(SRP受体）受体）v存在内质网膜上，由存在内质网膜上，由（GTPGTP酶活性）和酶活性）和两个亚基组成。作用：一两个亚基组成。作用：一是引导是引导SRPSRP和新生肽链的复合物能正确地结合到内质网膜上；二和新生肽链的复合物能正确地结合到内质网膜上；二是一旦是一旦SRPSRP和新生肽链的复合物结合到内质网上，就促使和新生肽链的复合物结合到内质网上，就促使SRPSRP
45、与与其受体以及新生肽链和核糖体解离，成为游离的其受体以及新生肽链和核糖体解离，成为游离的SRPSRP，参与新的，参与新的一轮一轮SRPSRP的循环。的循环。第56页，讲稿共83张，创作于星期三57ERER膜上的转位器膜上的转位器(translocon),(translocon),包括了早前认为的包括了早前认为的核蛋白体受体核蛋白体受体等等：新生肽链跨膜的蛋白通道新生肽链跨膜的蛋白通道第57页，讲稿共83张，创作于星期三58（二）分泌蛋白的靶向输送过程（二）分泌蛋白的靶向输送过程合成肽链先由合成肽链先由信号序列信号序列引导进入内质网引导进入内质网（endoplasmic reticulum,ER
46、)endoplasmic reticulum,ER)，蛋白质再分别被包装进分泌小泡转移、融合蛋白质再分别被包装进分泌小泡转移、融合到其他部位或分泌出细胞。到其他部位或分泌出细胞。（1 1）信号肽被识别）信号肽被识别）信号肽被识别）信号肽被识别（2）核蛋白体转移到内质网膜）核蛋白体转移到内质网膜（3）分泌肽进入内质网腔）分泌肽进入内质网腔第58页，讲稿共83张，创作于星期三59具体过程：具体过程：胞液游离核蛋白体上以胞液游离核蛋白体上以mRNAmRNA为模板，合成出为模板，合成出N N端包括信号肽的最初约端包括信号肽的最初约7070个氨基酸残基。个氨基酸残基。SRPSRP结合新生肽链结合新生肽链
47、N N端的信号端的信号肽肽，多，多肽肽合成暂停，通过双重结合合成暂停，通过双重结合（SRPSRP与其受体的结合；带有新生肽链的核糖体与内质网膜的结合），确与其受体的结合；带有新生肽链的核糖体与内质网膜的结合），确保新生肽链正确无误地附着并进入内质网膜。保新生肽链正确无误地附着并进入内质网膜。当核糖体与转位器正确对位接触后，可导致转位器的中央通道当核糖体与转位器正确对位接触后，可导致转位器的中央通道与核糖体大亚基的中央通道对齐，延伸中的新生肽链就能进入内与核糖体大亚基的中央通道对齐，延伸中的新生肽链就能进入内质网。在平时转位器是关闭的，只是在新生肽链进入的瞬间是开质网。在平时转位器是关闭的，只是
48、在新生肽链进入的瞬间是开放的。信号肽是引起转位器开放的触发因素。放的。信号肽是引起转位器开放的触发因素。信号肽将新生肽链引导进入内质网腔内后，在信号肽酶复合物作用信号肽将新生肽链引导进入内质网腔内后，在信号肽酶复合物作用下，切除。折叠，形成有空间构象的蛋白质，有的还需要运送到高尔下，切除。折叠，形成有空间构象的蛋白质，有的还需要运送到高尔基体等处进行进一步的加工修饰，才能成为有特定结构和功能的蛋白基体等处进行进一步的加工修饰，才能成为有特定结构和功能的蛋白质，并被定位到机体中的特定部位行使其功能。质，并被定位到机体中的特定部位行使其功能。第59页，讲稿共83张，创作于星期三60第60页，讲稿共
49、83张，创作于星期三61（三）线粒体蛋白的靶向输送（三）线粒体蛋白的靶向输送 9090以上线粒体蛋白前体在胞液合成后输入线粒体以上线粒体蛋白前体在胞液合成后输入线粒体其中：大部分定位基质其中：大部分定位基质N N N N端都有相应端都有相应其他定位内、外膜或膜间隙其他定位内、外膜或膜间隙信号序列信号序列信号序列信号序列如：线粒体基质蛋白前体的如：线粒体基质蛋白前体的N N端有保守的端有保守的20203535残基残基信号序列，称为导肽，富含丝、苏及碱性残基。信号序列，称为导肽，富含丝、苏及碱性残基。第61页，讲稿共83张，创作于星期三62线粒体基质蛋白靶向输送过程如下：线粒体基质蛋白靶向输送过程
50、如下：胞液新合成的线粒体蛋白与分子伴侣胞液新合成的线粒体蛋白与分子伴侣HSP70HSP70或线粒体或线粒体输入刺激因子（输入刺激因子（MSF)MSF)结合，以稳定的未折叠形式转运结合，以稳定的未折叠形式转运到线粒体。到线粒体。蛋白质先通过信号序列识别、结合线粒体外膜的蛋白质先通过信号序列识别、结合线粒体外膜的受体复合物受体复合物。再转运、穿过由线粒体外膜转运体（再转运、穿过由线粒体外膜转运体（TomTom）和内膜转运体）和内膜转运体(Tim(Tim）共）共同组成的跨内、外膜同组成的跨内、外膜蛋白通道蛋白通道。以未折叠形式进入线粒体基质。基质。以未折叠形式进入线粒体基质。基质HSP70HSP70