Chapter 8蛋白质的合成、转运和加工第一节第一节 翻译系统翻译系统（P100119）第二节第二节 原核生物蛋白质合成原核生物蛋白质合成（P119134）第三节第三节 真核生物蛋白质合成真核生物蛋白质合成第四节第四节 蛋白质转运蛋白质转运第五节第五节 翻译后加工翻译后加工第六节第六节 蛋白质的降解蛋白质的降解目 录 第三节第三节 真核生物蛋白质合成真核生物蛋白质合成一、真核生物翻译的特点一、真核生物翻译的特点真核生物真核生物原核生物原核生物核糖体核糖体mRNA转录与翻译转录与翻译起始起始tRNA合成过程合成过程起始因子多起始因子多延长因子少延长因子少 （EFTEFT1 1、EFTEFT2 2）一种释放因子一种释放因子RFRFIF1、IF2、IF3EF-TU、EF-TS、EFGRF1、RF2、RF380S70S55帽子，帽子，33尾巴尾巴单顺反子单顺反子5 SD序列，多顺反子序列，多顺反子耦联耦联不耦联不耦联Met-tRNAimetfmet-tRNAimet附：附：SDSD序列序列( (shine-Dalgarno序列序列) ) 细细菌菌mRNAmRNA上上AUGAUG起起始始密码之前密码之前的一段的一段序列序列，可，可与与1616S RNAS RNA上上3 3末端末端序列序列互补互补，在，在核核糖糖体体与与mRNAmRNA结合中结合中起起作作用，与翻译起始有关用，与翻译起始有关1.1.位于起始密码上游位于起始密码上游2525个核苷酸个核苷酸2.2.富含嘌呤富含嘌呤的一段序列：的一段序列：5 5- -AGGAGGU-33 3. .能和原核生物能和原核生物3030S S亚基的亚基的1616s s rRNA rRNA相应的富含相应的富含嘧啶序列互补嘧啶序列互补二、真核生物蛋白质合成二、真核生物蛋白质合成（一）真核生物蛋白质合成的起始（一）真核生物蛋白质合成的起始（P124）1、起始特点：、起始特点：（1）起始因子多，起始过程复杂）起始因子多，起始过程复杂（2）核糖体并不在编码区开始处直接和起始）核糖体并不在编码区开始处直接和起始 位点相结合位点相结合（3）首先识别）首先识别5 端甲基化的帽子结构端甲基化的帽子结构（4）tRNA Met与与40S小亚基的结合先于小亚基的结合先于40S 小亚基与小亚基与mRNA的结合的结合2、40S起始复合物起始复合物的形成的形成 tRNA Met与与40S小亚基的结合小亚基的结合先于先于40S小亚基与小亚基与mRNA的结合的结合AUGcoding sequenceUAAribosome 40 s small subunit5 cap3 polyA taileIF-3eIF-4EeIF-4GpolyA binding proteinmRNAThe interaction among the several initiated factors and 5 cap and 3 polyA tail on mRNA and ribosome small subunit in eukaryotic translational initiation stageAAAAA3、扫描模型、扫描模型（1）最适合的邻接顺序是）最适合的邻接顺序是 A GCC CCAUGG G 称为称为 Kozak顺序顺序（2）扫描前导序列时，）扫描前导序列时， 二级结构解链二级结构解链（3） 40S亚基沿亚基沿mRNA移移 动需要能量动需要能量4 4、起始步骤、起始步骤(1)形成形成43S核糖体复合物核糖体复合物;由由40S小亚基与小亚基与elF3组成。组成。(2)形成形成43S前起始复合物前起始复合物:即在即在43S核糖体复合物上，核糖体复合物上，连接连接elF2-GTP-Met-tRNAMet复合物。复合物。(3)形成形成48S前起始复合物前起始复合物:由由mRNA及帽结合蛋白及帽结合蛋白1(CBP1)、elF4A、elF4B和和elF4F共同构成一个共同构成一个mRNA复合物。复合物。mRNA复合物与复合物与43S前起始复合物前起始复合物作用，形成作用，形成48S前起始复合物。前起始复合物。(4)形成形成80S起始复合物起始复合物:在在elF5的作用下，的作用下，48S前起前起始复合物中的所有始复合物中的所有elF释放出，并与释放出，并与60S大亚基结大亚基结合，最终形成合，最终形成80S起始复合物，即起始复合物，即40S亚基亚基-mRNA-Met-tRNAMet-60S亚基。亚基。（二）真核生物翻译的延伸和终止（二）真核生物翻译的延伸和终止 真核生物真核生物 原核生物原核生物延长因子延长因子 EF-1、EF1 EF-TU、EF-TS转位因子转位因子 EF-2 EF-G 终止因子终止因子 eRF RF1、RF2、RF3EF-1：促使促使AA-tRNA与核糖体结合与核糖体结合 EF1：使：使EF1再循环再循环 第四节第四节 蛋白质转运蛋白质转运一、概述：一、概述：（一）蛋白质转运的类型：（一）蛋白质转运的类型：1、共翻译转运、共翻译转运（翻译运转同步机制）：（翻译运转同步机制）： 蛋白质在结合核糖体上合成，蛋白质的合成和运蛋白质在结合核糖体上合成，蛋白质的合成和运转是同时发生的（如分泌蛋白质的转运）转是同时发生的（如分泌蛋白质的转运）2、翻译后转运、翻译后转运（翻译后运转机制）：（翻译后运转机制）： 蛋白质在游离核糖体上合成，合成完毕从核糖蛋白质在游离核糖体上合成，合成完毕从核糖体上释放后才发生运转体上释放后才发生运转 （如线粒体、叶绿体等蛋白质的转运）（如线粒体、叶绿体等蛋白质的转运）（二）蛋白质在细胞中的定位总览二、共翻译转运二、共翻译转运-分泌蛋白的转运分泌蛋白的转运（一）信号肽：（一）信号肽： 引导新合成肽链转移到内质网的一段多肽引导新合成肽链转移到内质网的一段多肽 1、特点：、特点：1）常位于蛋白质的）常位于蛋白质的N-端，端，1336个个AA残基残基2）一般有）一般有1015个疏水氨基酸个疏水氨基酸3）在靠近该序列）在靠近该序列N端常有端常有1个或数个带正电荷的个或数个带正电荷的AA4）在其在其C-端靠近蛋白酶切割位点处常有数个极性端靠近蛋白酶切割位点处常有数个极性AA2、作用：作用： 对蛋白质的靶向转运有决定作用对蛋白质的靶向转运有决定作用（二）二）SRP与与DP1、SRP-signal recognition particle (6 proteins + 7S RNA)功功能：能：（1）与分）与分泌泌型蛋白质的型蛋白质的信号序列信号序列结合结合（2）与膜）与膜上上的的受受体体蛋白质结合蛋白质结合2、DP-SRP的受体蛋白的受体蛋白34562SRPSRP receptor1signalER（三）蛋白质跨膜运转的信号肽假说及共转运机制（三）蛋白质跨膜运转的信号肽假说及共转运机制过程：过程： 1、蛋白质合成起始首先合成信号肽、蛋白质合成起始首先合成信号肽 2、SRP与信号肽结合，翻译暂停与信号肽结合，翻译暂停 3、SRP与与SRP受体相结合，核糖体与膜结合，翻受体相结合，核糖体与膜结合，翻 译重新开始译重新开始 4、信号肽进入膜结构、信号肽进入膜结构 5、蛋白质过膜，信号肽被切除，翻译继续进行、蛋白质过膜，信号肽被切除，翻译继续进行 6、蛋白质完全过膜，核糖体解离、蛋白质完全过膜，核糖体解离共翻译转运（翻译运转同步机制）共翻译转运（翻译运转同步机制）附：附：ER 内蛋白质内蛋白质的命运的命运（1）折叠为正确折叠为正确构构象象和和糖糖基基化化修饰修饰（2）分拣：）分拣： 送入高尔基体或形成运转小泡，分别运送到各送入高尔基体或形成运转小泡，分别运送到各自的亚细胞位点自的亚细胞位点思考：思考： 分分泌到泌到ER膜膜外外的蛋白质和的蛋白质和驻驻留在膜留在膜内内的蛋的蛋白质是如白质是如何何被被区区分的分的？（四）（四）膜蛋白的定位需要锚定信号膜蛋白的定位需要锚定信号1 1、信号肽：共翻译转运、信号肽：共翻译转运2 2、锚、锚定定序列：序列： （1）特点：）特点：有一系有一系列列的的疏水疏水氨氨基基酸酸 （2）作用：）作用： a、其其位位置置决定蛋白质的转运在决定蛋白质的转运在何何时停时停止止 b、负责蛋白插在膜的方向负责蛋白插在膜的方向3 3、 I 型蛋白质型蛋白质 和和II型蛋白质型蛋白质I型蛋白质型蛋白质：N 末端末端定位于定位于ER腔腔内内，而而C末端末端朝朝向胞质向胞质侧侧II型蛋白质型蛋白质： N 末端在末端在胞质胞质侧，侧，C末端末端朝朝向向ER膜内膜内侧侧（1）I 型蛋白质型蛋白质 ： 信号肽：位于信号肽：位于N -端，可剪切端，可剪切 锚锚定定序列：序列： 位于位于C 末端末端（C-terminal anchor）Type IC-terminalanchor N-terminalsignalChannel proteincytosolInner face（stop-transfer signal）（2）II型蛋白质：型蛋白质： 信号信号-锚锚定定序列序列： 特点：特点： a、信号序列信号序列与与锚锚定定序列序列是结合的是结合的 b、信号序列信号序列不不剪剪切切 c、通通常常位于位于链链内内，它的位，它的位置置决定蛋白质的决定蛋白质的 哪哪部分位于部分位于膜内侧膜内侧，哪哪部分位于部分位于膜膜外外侧侧Type IIcytosolSignal-anchorInner faceN-末端末端三、翻译后运转机制三、翻译后运转机制（一）线粒体、叶绿体蛋白质的（一）线粒体、叶绿体蛋白质的跨膜跨膜转运转运 1、前导肽序列、前导肽序列（基质定位信号）（基质定位信号）： （1）作用：）作用：将蛋白质定位在将蛋白质定位在基基质质中中 （2）特点）特点 ： a、约含约含2080个氨基酸残基个氨基酸残基 b、富含带正电荷碱性氨基酸富含带正电荷碱性氨基酸 c、缺少带负电荷的酸性氨基酸缺少带负电荷的酸性氨基酸 d、羟基氨基酸羟基氨基酸(特别是丝氨酸特别是丝氨酸)含量较高含量较高 e、有形成两亲有形成两亲(既有亲水又有疏水部分既有亲水又有疏水部分)- 螺旋结构的能力螺旋结构的能力细胞质线粒体/叶绿体膜受体N前体蛋白质 (preprotein)Hsp 702、线粒体蛋白质的跨膜转运、线粒体蛋白质的跨膜转运（1）蛋白质与）蛋白质与Hsp70或或MSF等分子伴侣结合等分子伴侣结合（2）Tom受体复合蛋白识别前导序列受体复合蛋白识别前导序列（3）蛋白质通过）蛋白质通过Tom和和Tim组成的膜通道进入组成的膜通道进入 线粒体内腔线粒体内腔（4）蛋白酶水解前导肽）蛋白酶水解前导肽（5）折叠为正确的构象）折叠为正确的构象（二）蛋白质在细胞器膜上的定位（二）蛋白质在细胞器膜上的定位 膜定位信号膜定位信号：将蛋白质定位将蛋白质定位在在外外膜膜、膜膜间间隙隙 或或内内膜、膜、类囊体类囊体细胞质线粒体/叶绿体膜受体前体蛋白质 (preprotein)N（三）核定位蛋白的运转机制（三）核定位蛋白的运转机制1、核定位序列核定位序列（nuclear localization sequence，NLS） 内部序列：内部序列：Lys- Lys-Lys -Arg-Lys或任何或任何5个连续个连续 的带正电荷的氨基酸的带正电荷的氨基酸（一般不被切除）（一般不被切除）2、核运转蛋白：、核运转蛋白：、3、GTP酶（酶（Ran）RanGTP核转运核转运蛋白蛋白NLS核定位核定位蛋白蛋白核质核质细胞质细胞质第五节第五节 翻译后加工翻译后加工一、一、N端端fMet或或Met的切除的切除二、二硫键的形成二、二硫键的形成三、特定氨基酸的修饰三、特定氨基酸的修饰 乙酰化、羟基化、磷酸化、糖基化、甲基化等乙酰化、羟基化、磷酸化、糖基化、甲基化等四、折叠四、折叠五、五、切除新生肽链中非功能的片段切除新生肽链中非功能的片段 （氨肽酶、羧肽酶）（氨肽酶、羧肽酶）附：附：分子伴侣分子伴侣（chaperon） 一一种种能能介介导导新生肽链新生肽链进行进行正确正确地折叠并使地折叠并使其其获获得正确得正确构象的蛋白质构象的蛋白质 如：如：Hsp70第六节第六节 蛋白质的降解蛋白质的降解一、泛素依赖性的蛋白质降解系统一、泛素依赖性的蛋白质降解系统 （一）泛素（一）泛素(Ubiquitin) 1 1、7676个氨基酸个氨基酸 ，高度保守，高度保守，广泛存在于真核细胞广泛存在于真核细胞2 2、是蛋白质降解的、是蛋白质降解的 标签标签3 3、多聚泛素链的形成是蛋白质降解的信号，、多聚泛素链的形成是蛋白质降解的信号， 需要能量需要能量（二）三种酶（二）三种酶 E1-泛素激活酶泛素激活酶：激活泛素分子激活泛素分子 E2 -泛素连合酶泛素连合酶：把泛素分子绑在的蛋白质上把泛素分子绑在的蛋白质上 E3 -泛素连接酶泛素连接酶 ：辨认需要降解蛋白质辨认需要降解蛋白质（三）蛋白酶体：蛋白质降解的场所（三）蛋白酶体：蛋白质降解的场所ATPATP依赖性依赖性- -泛素泛素- -蛋白酶体途径：蛋白酶体途径：泛素受泛素受E1E1激活；激活；泛素转移至泛素转移至E2E2；底物蛋白和底物蛋白和E3E3的相互作用；的相互作用；E2E2和和E3E3的相互作用；的相互作用；底物蛋白的多聚泛素化；底物蛋白的多聚泛素化；泛素化的蛋白质被蛋白酶体降解；泛素化的蛋白质被蛋白酶体降解；去泛素化使泛素释放和再利用去泛素化使泛素释放和再利用 质量监督员质量监督员Question名词解释：名词解释：信号肽、共翻译转运、后翻译转运、分子伴侣、信号肽、共翻译转运、后翻译转运、分子伴侣、SD序列、同工序列、同工tRNA、校正校正tRNA、错义突变、错义突变、无义突变无义突变简答题：简答题：1、比较原核生物与、比较原核生物与真核生物翻译的差异真核生物翻译的差异2 2、简述信号肽的特点和作用、简述信号肽的特点和作用3 3、简述泛素介导的蛋白质降解机制、简述泛素介导的蛋白质降解机制