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1、第五节 蛋白质转运机制,几类主要蛋白质的运转机制,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,
2、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
3、,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
4、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
5、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Ke2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
6、，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(
7、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 -SH,E1-SH,E2-SH
8、,E2-SH,ATP AMP+PPi,E3,多泛肽化蛋白,ATP,26S蛋白酶体,20S蛋白酶体,ATP,19S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。,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,Ubiquiti
9、n,C-Amino Hydrolase,C-Amino Hydrolase,E1-SH,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,20S Proteasome,19S Regulatiry Subunit,26S proteasome,Ubq- Conjugate,Unfolding,Cleavage,去泛肽化酶(deubi
10、quitination 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-NH2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-NH2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,