蛋白质合成后加工成熟蛋白质合成后加工成熟(Protein Posttranslational processing),靶向输送靶向输送(protein targeting,蛋白质的降解蛋白质的降解(protein degradation) 12 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。3包括包括： l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；l肽链一级结构的修饰；肽链一级结构的修饰；l空间结构的修饰等空间结构的修饰等；l 靶向输送到特定细胞靶向输送到特定细胞4一、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) )成天然空间构成天然空间构象象( (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。5肽链折叠的动力学v通过对肽链折叠的动力学研究，发现折叠是分阶段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。进行的，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。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、具有规正二级结构的分子框架的建立、构的分子框架的建立、中间态的调整中间态的调整，以及具有四级结构蛋，以及具有四级结构蛋白质的亚基的组装。白质的亚基的组装。6v熔球态熔球态(molten globule)：在肽链的折叠过程中，还在肽链的折叠过程中，还存在着一种中间态，被称为存在着一种中间态，被称为“熔球态熔球态”，其最重要的特，其最重要的特征是，具有一定二级结构的肽链经过塌陷征是，具有一定二级结构的肽链经过塌陷(collapse)后形成的比较紧密的立体结构。它已具备了天然立体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。但在疏水的内部，很多细微的立体结构结构的框架。但在疏水的内部，很多细微的立体结构与天然还有差异。与天然还有差异。7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，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，而且表达的产物都具有天然的活性。表达的产物都具有天然的活性。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、具有生物活性的区域，而且还是一个肽链折叠过程中的独立的有生物活性的区域，而且还是一个肽链折叠过程中的独立的单位。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。在着一定的协调和协同。8v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，但但是其中多数是瞬时的，而对蛋白质稳定结构的形成产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的中间态仅有不多几种。生影响的中间态仅有不多几种。最常见的中间态是与最常见的中间态是与肽酰基肽酰基-脯氨基间肽键的顺反异构化、二硫键交换有脯氨基间肽键的顺反异构化、二硫键交换有关，关，可能某些还与氨基酸残基的侧链修饰有关。可能某些还与氨基酸残基的侧链修饰有关。9扫描图片10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，极性的构象，疏水侧链埋在蛋白质的内部，极性/带电荷的带电荷的侧链接触溶剂。侧链接触溶剂。蛋白质折叠是热力学推动的过程，伴随着解折叠状态蛋白质折叠是热力学推动的过程，伴随着解折叠状态到折叠状态的自由能的降低。到折叠状态的自由能的降低。G是折叠蛋白质的构象是折叠蛋白质的构象稳定性（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）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态的稳定性稍微多一些。这导致蛋白质构象稳定性的值在值在1075KJ/mol之间，大多数蛋白质表现的值处于之间，大多数蛋白质表现的值处于该范围的低端。该范围的低端。11vAnfinsenAnfinsen经典实验表明：蛋白质折叠的必需信息都经典实验表明：蛋白质折叠的必需信息都储存在一级结构中。即储存在一级结构中。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叠的缺失。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一个折叠的酶。这个结果表明前导序列参与了折叠反应，应，这说明并不是这说明并不是“最终的最终的”序列编码了折叠信息。序列编码了折叠信息。12v细细胞中大多数天然蛋白胞中大多数天然蛋白质质折叠都不是自折叠都不是自动动完成，而需要其他完成，而需要其他酶酶、蛋白、蛋白质辅质辅助助.v所有所有细细胞中胞中发现发现的的伴伴侣侣蛋白蛋白都是聚体体系，它阻止了不正确都是聚体体系，它阻止了不正确的蛋白的蛋白质质的折叠，以的折叠，以7个、个、8个或个或9个个亚亚基的超基的超环环形形结结构构为为基基础础。超。超环环形形结结构被任意端盖住，形成一个通构被任意端盖住，形成一个通过过疏水表面疏水表面结结合合解折叠多解折叠多肽肽的空穴，通的空穴，通过过ATP驱动驱动的构象的构象变变化促使化促使肽肽折叠折叠为为天然构象。天然构象。v不正确的折叠不正确的折叠导导致活性失活，致活性失活，这这是是许许多疾病的分子基多疾病的分子基础础。13分子伴侣分子伴侣（molecular 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141 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 factor, TF)(trigger 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、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。伴侣蛋白等。15（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 的相互作用，行使更多的功能：网格蛋白的去组装；参与突触小的相互作用，行使更多的功能：网格蛋白的去组装；参与突触小泡融合后的内吞；帮助蛋白质泡融合后的内吞；帮助蛋白质/ /新生肽链靶向，如进入线粒体；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；以及一些复合物的组装，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)除了能帮助新除了能帮助新生肽链折叠外，还兼有生肽链折叠外，还兼有PPIPPI酶的活性。酶的活性。16（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力的蛋白质。以最常见的与疏水基团结合能力的蛋白质。以最常见的hsp70hsp70为例，它们都为例，它们都具有一个肽结合部位，由疏水氨基酸残基构成。具有一个肽结合部位，由疏水氨基酸残基构成。分子伴侣总的分子伴侣总的作用是与暴露的疏水区域稳定结合。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，当折叠不成功时，可以重新进行折叠。不成功时，可以重新进行折叠。17（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）18（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. . 1920 HSP70 HSP70：一类约一类约70kD70kD的高度保守的的高度保守的ATPATP酶酶，广泛存在原，广泛存在原、真核细真核细胞中。胞中。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。性氨基酸，附近却有一些碱性氨基酸。21HSPHSPHSPHSP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，待折叠多肽片段，再释放该片段进行折叠，待折叠多肽片段，再释放该片段进行折叠，待折叠多肽片段，再释放该片段进行折叠，形成形成形成形成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叠、凝集。引起的错误折叠、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。 22 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。23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 24 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白、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。25n nPDIPDIPDIPDI是一种含有巯基的酶，是一种含有巯基的酶，是一种含有巯基的酶，是一种含有巯基的酶，能随机切断及催化蛋白质能随机切断及催化蛋白质能随机切断及催化蛋白质能随机切断及催化蛋白质中的二硫键，使之正确重中的二硫键，使之正确重中的二硫键，使之正确重中的二硫键，使之正确重排，形成热力学上最稳定排，形成热力学上最稳定排，形成热力学上最稳定排，形成热力学上最稳定的构象的构象的构象的构象。n nPDIPDIPDIPDI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）。化）。26v并不是所有的蛋白质都含有二硫键，特别是在细胞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环境。环境是个还原性的环境。v近年来的研究表明，蛋白二硫键异构酶也参与了对近年来的研究表明，蛋白二硫键异构酶也参与了对蛋白质功能的调节。蛋白质功能的调节。273.3.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 peptidyl prolyl cis-trans isomerase, PPIcis-trans 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。键有顺反两种异构体，空间构象差别明显。PPI可促进可促进上述顺反两种异构体之间的转换。上述顺反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可使多肽在各脯氨可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。酸弯折处形成准确折叠。28二、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AAAA29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以后才有生物活性才有生物活性。30（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 311.1.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。及复制的模板中起重要作用。32核小体中四种组蛋白核小体中四种组蛋白各两分子构成的八聚各两分子构成的八聚体即核心组蛋白。体即核心组蛋白。（多富含（多富含LysLys残基）残基）它们的侧链氨基是乙它们的侧链氨基是乙酰化的位点。酰化的位点。332.2.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的的甲基被高度活化，称为活性蛋氨酸，是体内最重要的甲基被高度活化，称为活性蛋氨酸，是体内最重要的甲基直接供给体甲基直接供给体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-甲基化甲基化和和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)34353.3.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。364.4.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AAAA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. 375.5.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386.6.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-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醛赖氨酸（酸（aiiysine). aiiysine). 39（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4041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42三、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：血红蛋白合，形成寡聚体。如：血红蛋白2243（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）通过共价键方共价键方式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），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，成为天然功能蛋白合成后都需要结合相应辅基，成为天然功能蛋白质质44（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），翻译后需要蛋白等），翻译后需要在肽链特定位点在肽链特定位点共价连接一个或多个疏水性强的共价连接一个或多个疏水性强的脂链脂链，包括脂肪酸链、多异戊二烯链等。包括脂肪酸链、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。质膜内在蛋白，才成为具有生物功能的蛋白质。 45四、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46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、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。化酶、胰岛素，免疫细胞合成的免疫球蛋白等。 47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 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靶向不同的蛋白质各有特异的信号序列或成分成分. . 48( (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）49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，在分泌时起决定作用。该区段由分泌时起决定作用。该区段由15-1915-19个个AAAA残基组成，残基组成，并以并以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恰恰好在切点之前。好在切点之前。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。这个区。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。50信号肽的一级结构信号肽的一级结构51v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。522.2.信号识别颗粒信号识别颗粒（signal recongnition particle,SRP）n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n6 6条多肽链和一分子条多肽链和一分子7S RNA7S 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条多肽链各条多肽链各自形成独立功能的结构。自形成独立功能的结构。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：抑制分泌肽延抑制分泌肽延长，使核蛋白体翻译停止，同时避免长，使核蛋白体翻译停止，同时避免长肽链折叠长肽链折叠；68kD68kD和和72kD72kD亚基二聚体：亚基二聚体：对对SRPSRP核蛋白核蛋白体复合体的移位和识别体复合体的移位和识别SRPSRP受体是必需受体是必需的的。53vSRPSRP作用作用： 1. 1.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。54SRPSRP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，阻止了携带位点，阻止了携带AAAA的的tRNAtRNA进入核蛋白体，即切进入核蛋白体，即切断了断了prpr合成原料的进入。合成原料的进入。SRPSRP在分泌在分泌prpr的转运过程只起短暂作用，但可循环的转运过程只起短暂作用，但可循环利用，在细胞质内浓度很高，为核蛋白体的利用，在细胞质内浓度很高，为核蛋白体的1/101/10。 553.3.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。作两个亚基组成。作用：一是引导用：一是引导SRPSRP和新生肽链的复合物能正确地结合到内质网和新生肽链的复合物能正确地结合到内质网膜上；二是一旦膜上；二是一旦SRPSRP和新生肽链的复合物结合到内质网上，就和新生肽链的复合物结合到内质网上，就促使促使SRPSRP与其受体以及新生肽链和核糖体解离，成为游离的与其受体以及新生肽链和核糖体解离，成为游离的SRPSRP，参与新的一轮，参与新的一轮SRPSRP的循环。的循环。56ERER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核蛋白体受体等白体受体等：新生肽链跨膜的蛋白通道新生肽链跨膜的蛋白通道57（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)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 2）核蛋白体转移到内质网膜）核蛋白体转移到内质网膜）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58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端包括信号肽的端包括信号肽的最初约最初约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，通过双重结合成暂停，通过双重结合（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。结合），确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质网。在平时转位器是关闭的，只是在新生肽链进入的瞬入内质网。在平时转位器是关闭的，只是在新生肽链进入的瞬间是开放的。信号肽是引起转位器开放的触发因素。间是开放的。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基体等处进行进一步的加工修饰，才能成为有特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质，并被定位到机体中的特定部位行使其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。功能。5960（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。61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）共同组成的跨内、外膜）共同组成的跨内、外膜蛋白通道蛋白通道。以未折叠形式进入线粒。以未折叠形式进入线粒体基质。基质体基质。基质HSP70HSP70水解水解ATPATP释能及利用跨内膜电化学梯度，为肽释能及利用跨内膜电化学梯度，为肽链进入线粒体提供动力。链进入线粒体提供动力。蛋白质前体信号序列被蛋白酶切除，在上述的分子伴侣作用蛋白质前体信号序列被蛋白酶切除，在上述的分子伴侣作用下折叠成有功能的蛋白质下折叠成有功能的蛋白质 6263（四）细胞核蛋白的靶向输送（四）细胞核蛋白的靶向输送 多种细胞核蛋白在胞液合成后输入核内，多种细胞核蛋白在胞液合成后输入核内，多种细胞核蛋白在胞液合成后输入核内，多种细胞核蛋白在胞液合成后输入核内，各种大分子及核内组装的核蛋白体亚基都是通过各种大分子及核内组装的核蛋白体亚基都是通过各种大分子及核内组装的核蛋白体亚基都是通过各种大分子及核内组装的核蛋白体亚基都是通过核孔核孔核孔核孔进出核膜。进出核膜。进出核膜。进出核膜。核定位序列核定位序列核定位序列核定位序列（nuclear localization sequencenuclear localization sequence, , , , NLS )NLS )所有靶向输送的所有靶向输送的所有靶向输送的所有靶向输送的胞核蛋白胞核蛋白胞核蛋白胞核蛋白多肽链内含有特异信号序列多肽链内含有特异信号序列多肽链内含有特异信号序列多肽链内含有特异信号序列u结构：结构：结构：结构：为为为为4 4 4 48 8 8 8残基的短序列，残基的短序列，残基的短序列，残基的短序列，富含带正电的赖、精氨酸及脯氨酸富含带正电的赖、精氨酸及脯氨酸富含带正电的赖、精氨酸及脯氨酸富含带正电的赖、精氨酸及脯氨酸u肽链中位置：肽链中位置：肽链中位置：肽链中位置：不只在不只在不只在不只在N N N N末端，可位于肽链不同部位。末端，可位于肽链不同部位。末端，可位于肽链不同部位。末端，可位于肽链不同部位。u特点：特点：特点：特点：NLSNLSNLSNLS在蛋白质进核定位后不被切除。在蛋白质进核定位后不被切除。在蛋白质进核定位后不被切除。在蛋白质进核定位后不被切除。不同不同不同不同NLSNLSNLSNLS间未发现共有序列。间未发现共有序列。间未发现共有序列。间未发现共有序列。64真核细胞真核细胞有丝分裂完成后细胞核膜重建时，在胞液的各种具有有丝分裂完成后细胞核膜重建时，在胞液的各种具有NLSNLS的胞核蛋白可被重新靶向导入核中。的胞核蛋白可被重新靶向导入核中。 新合成胞核蛋白靶向输送涉及几种蛋白质成分：新合成胞核蛋白靶向输送涉及几种蛋白质成分：l核输入因子（核输入因子（核输入因子（核输入因子（nuclear nuclear nuclear nuclear importinimportinimportinimportin) ) ) ) 和和和和 异二异二聚体可作为胞核蛋白受体，聚体可作为胞核蛋白受体， 识别结合识别结合NLSNLS序列。序列。lRanRanRanRan蛋白蛋白蛋白蛋白( ( ( (一种小一种小一种小一种小GTPGTPGTPGTP酶酶酶酶) ) ) )：Ran-GDPRan-GDPRan-GDPRan-GDP帮助输入蛋白入帮助输入蛋白入帮助输入蛋白入帮助输入蛋白入核，而核，而核，而核，而Ran-GTPRan-GTPRan-GTPRan-GTP则是介导空载的输入蛋白则是介导空载的输入蛋白则是介导空载的输入蛋白则是介导空载的输入蛋白亚基出核。亚基出核。亚基出核。亚基出核。6566蛋白质分子在细胞内的降解蛋白质分子在细胞内的降解细胞内的蛋白质处于不断更新过程，基本上处于细胞内的蛋白质处于不断更新过程，基本上处于一个动态平衡：不断被合成，不断被降解。一个动态平衡：不断被合成，不断被降解。67一、与蛋白质降解相关的末端和内部序列一、与蛋白质降解相关的末端和内部序列v细胞内的蛋白质，出于细胞活动对特异蛋白质的需细胞内的蛋白质，出于细胞活动对特异蛋白质的需要，各自都具有一定的寿命，长短不一。要，各自都具有一定的寿命，长短不一。v此外，细胞中受损蛋白、折叠或组装错误的蛋白都此外，细胞中受损蛋白、折叠或组装错误的蛋白都应及时清除。应及时清除。681.研究表明，蛋白质分子研究表明，蛋白质分子N-末端残基影响蛋白质的寿命。末端残基影响蛋白质的寿命。（1）稳定残基（）稳定残基（stabilizing residues)： Cys,Ala,Ser,Thr,Gly,Val,Met 30HoursCys,Ala,Ser,Thr,Gly,Val,Met 30Hours（2）一级去稳定残基（）一级去稳定残基（primary destabilizing residues): Lys,Arg,His;Phe,Leu,Ile,Tyr,Trp. 3minLys,Arg,His;Phe,Leu,Ile,Tyr,Trp. 3min（3）二级去稳定残基（）二级去稳定残基（secondary destabilizing residues): Asp,Glu,Cys Asp,Glu,Cys 。这些氨基酸可以被这些氨基酸可以被Arg-tRNA-Arg-tRNA-蛋白转移酶（蛋白转移酶（R-R-transferase)transferase)识别，然后在末端加上一个识别，然后在末端加上一个ArgArg残基。残基。（4）三级去稳定残基）三级去稳定残基: Asn,Gln.Asn,Gln.可被一种可被一种N N末端酰胺水解酶作用末端酰胺水解酶作用而变成而变成Asp,Glu,Asp,Glu,之后再被之后再被Arg-tRNA-Arg-tRNA-蛋白转移酶（蛋白转移酶（R-R-transferase)transferase)识别，然后在末端加上一个识别，然后在末端加上一个ArgArg残基。残基。692.2.存在肽链内部的一些保守序列存在肽链内部的一些保守序列: :如如Arg-X-X-Leu-Gly-X-Ile-Gly-AsxArg-X-X-Leu-Gly-X-Ile-Gly-Asx 和和Pro-Glu-Ser-Thr(Pro-Glu-Ser-Thr(即即PESTPEST序列）序列）70不依赖不依赖ATP和泛素；和泛素；利用利用溶酶体中的溶酶体中的组织蛋白酶组织蛋白酶( (cathepsin)降解降解外源性蛋白、膜蛋白和长寿蛋白外源性蛋白、膜蛋白和长寿蛋白质。质。（一）蛋白质在溶酶体通过（一）蛋白质在溶酶体通过ATP-非依赖途径非依赖途径被降解被降解二、二、真核细胞内蛋白质的降解有两条重要途径真核细胞内蛋白质的降解有两条重要途径（二）蛋白质在（二）蛋白质在蛋白酶体蛋白酶体通过通过ATP-依赖途径依赖途径被降解被降解 依赖依赖ATP和泛素和泛素 降解异常蛋白和短寿蛋白质降解异常蛋白和短寿蛋白质71v溶酶体是蛋白质降解的重要场所。细胞内外的蛋白质都可以溶酶体是蛋白质降解的重要场所。细胞内外的蛋白质都可以通过不同的方式进入溶酶体。通过不同的方式进入溶酶体。v细胞外的蛋白质，以及细胞质膜上的受体蛋白质，几乎都是细胞外的蛋白质，以及细胞质膜上的受体蛋白质，几乎都是通过胞吞方式进入溶酶体的。通过胞吞方式进入溶酶体的。v细胞内蛋白质进入溶酶体有细胞内蛋白质进入溶酶体有非选择性非选择性和和选择性选择性两种形式。前两种形式。前者又可分为者又可分为自体吞噬自体吞噬和和分泌自噬分泌自噬；后者则是由氨基酸残基序；后者则是由氨基酸残基序列模体列模体KFERQ介导的，但在营养充足的细胞中，该途径是介导的，但在营养充足的细胞中，该途径是关闭的。关闭的。（一）蛋白质在溶酶体通过（一）蛋白质在溶酶体通过ATP-非依赖途径非依赖途径被降解被降解72 2004年10月16日瑞典皇家科学院将本年度诺贝尔化学奖授予以色列科学家阿龙切哈诺沃、阿夫拉姆赫什科和美国科学家欧文罗斯，以表彰他们在泛素调 节 的 蛋 白 质 降 解 研 究 领 域 中 的 卓 越 成 就 。（二）蛋白质在（二）蛋白质在蛋白酶体蛋白酶体通过通过ATP-依赖途径依赖途径被降解被降解73n 泛素泛素(ubiquitin，Ub) 76个氨基酸组成的多肽个氨基酸组成的多肽(8.5kD) 普遍存在于真核生物而得名普遍存在于真核生物而得名 一级结构高度保守一级结构高度保守酶促反应：其酶促反应：其Gly与靶蛋白的与靶蛋白的Lys侧链侧链相连；多聚泛素链。相连；多聚泛素链。1. 细胞内蛋白质降解过程中的重要物质细胞内蛋白质降解过程中的重要物质7475n酶酶E1,E2和和E3E1:E1:泛素活化酶泛素活化酶，负责激活泛素，泛素分子被激活，负责激活泛素，泛素分子被激活后被送到后被送到E2E2。E2:E2:泛素结合酶泛素结合酶，负责把泛素分子结合在被降解的，负责把泛素分子结合在被降解的蛋白质上。蛋白质上。E3:E3:泛素泛素- -蛋白连接酶蛋白连接酶，具有辨认被降解蛋白质的，具有辨认被降解蛋白质的功能，帮助功能，帮助E2E2把泛素结合在被降解蛋白质上。把泛素结合在被降解蛋白质上。767778n蛋白酶体（蛋白酶体（proteasome) 存在于细胞核和存在于细胞核和胞浆内，胞浆内，负责对泛素化蛋白质进行降解。负责对泛素化蛋白质进行降解。7926S蛋白蛋白酶体酶体 20S的核心颗粒的核心颗粒19S的调节颗粒的调节颗粒: 18个亚基个亚基, 6个亚基具有个亚基具有ATP酶活性酶活性2个个环：环：7个个亚基亚基2个个环：环：7个个亚基亚基80泛素介导的蛋白质降解的过程图示：泛素介导的蛋白质降解的过程图示：811.组成蛋白质的氨基酸的基本结构通式，20种基本氨基酸的中文名、三字母符号和单字母符号。2.根据氨基酸的侧链不同，可以把20种基本氨基酸分成哪几类，每类结构特点、每类都包括哪些氨基酸？3.何谓构象，稳定蛋白质构象的作用力有哪些？4.何谓肽单位，肽单位的空间结构特征如何？5.蛋白质的二级结构?蛋白质的二级结构主要有哪些形式?各有何结构特征?6.*motif（模序，或超二级结构） 蛋白质的结构域（domain） 蛋白构象疾病7. 简述蛋白质的一、二、三和四级结构的概念及稳定力量？82v8.请以Anfinsen经典实验为例说明蛋白质的一级结构与其功能的关系？v9.请以血红蛋白与氧的结合为例，说明蛋白质的高级结构与其功能之间的关系？v10.*蛋白质的靶向输送（protein targeting) 信号肽（signal peptide）熔球态 构象核v11*. 根据所学，从结构、功能、折叠等方面阐述你对结构域的认识。v12.*简述蛋白质的翻译后加工主要包括哪些方面？并对每一方面进行简述。v13.与分泌蛋白的合成、转运有关的组分有哪些？简述分泌蛋白的靶向输送过程。v14*. 与核蛋白入核有关的成分有哪些，并简述核蛋白入核过程？（入核过程可图示）v15. 泛素介导的蛋白质降解途径包括的主要成分及其作用，简述蛋白质通过该途径降解的过程。83