蛋白質(zhì)的翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)降解.ppt

第五節(jié) 蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制,幾類主要蛋白質(zhì)的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制,1、翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)同步機(jī)制：分泌蛋白 信號肽假說簡圖 分泌蛋白質(zhì)的合成和胞吐作用 2、翻譯后轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制：線粒體與葉綠體蛋白 蛋白質(zhì)向線粒體的定位機(jī)制 蛋白質(zhì)向葉綠體的定位機(jī)制 3、核定位蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制,第五節(jié) 蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制,蛋白質(zhì)N端信號肽的特點(diǎn),1.完整的信號肽是保證蛋白質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)的必要條件； 2.僅有信號肽不足以保證蛋白質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)生； 3.信號序列的切除并不是運(yùn)轉(zhuǎn)所必須的； 4.并非所有的運(yùn)轉(zhuǎn)蛋白質(zhì)都有可降解的信號肽。 能啟動(dòng)蛋白質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)的任何一段多肽信號肽,信號肽假說簡圖,3,5,SRP循環(huán),mRNA,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔,信號肽酶,信號肽,GTP,GDP+Pi,核糖體受體,SRP受體,多肽運(yùn)轉(zhuǎn)復(fù)合物,分泌蛋白質(zhì)的合成和胞吐作用,內(nèi)質(zhì)網(wǎng),高爾基體,泡,泡,泡融入質(zhì)膜,核糖體,芽泡,線粒體外膜,線粒體內(nèi)膜,帶有導(dǎo)肽的線粒體蛋白質(zhì)前體跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)過程示意圖,內(nèi)外膜接觸位點(diǎn)的蛋白質(zhì)通道,線粒體hsp70,Tom受體復(fù)合物,hsp70,導(dǎo)肽,蛋白酶切除導(dǎo)肽,Tom,Tim,折疊,ATP ADT+Pi,線粒體內(nèi)外膜的接觸點(diǎn),線粒體的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)裝置 TOM和TIM復(fù)合體,C,N,類囊體蛋白前體,跨葉綠體膜運(yùn)轉(zhuǎn),細(xì)胞質(zhì),葉綠體外膜,葉綠體內(nèi)膜,可溶性蛋白水解酶切除第一部分信號肽,C,N,跨類囊體膜運(yùn)轉(zhuǎn),切除第二部分信號肽,折疊,信號肽,信號肽,成熟類囊體蛋白,類囊體膜,類囊體,葉綠體蛋白質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn),葉綠體的蛋白質(zhì)定向轉(zhuǎn)運(yùn),核定位蛋白跨細(xì)胞核膜 轉(zhuǎn)運(yùn)過程示意圖,定位于不同亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的細(xì)菌蛋白質(zhì)信號肽序列,細(xì)菌中蛋白質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn),周質(zhì)空間,細(xì)胞質(zhì),SecB,SecA,SecYEG,SecB,第六節(jié) 蛋白質(zhì)的更替,1、維持細(xì)胞內(nèi)氨基酸代謝庫的動(dòng)態(tài)平衡 2、參與細(xì)胞程序性死亡和儲(chǔ)藏蛋白質(zhì)的動(dòng)員； 3、按化學(xué)計(jì)量累計(jì)寡聚蛋白的亞基或脫輔基蛋白/輔助因子比率； 4、蛋白質(zhì)前體分子的水解裂解加工； 5、清除反常蛋白以免積累到對細(xì)胞有害的水平； 6、控制細(xì)胞內(nèi)關(guān)鍵蛋白的濃度； 7、參與細(xì)胞防御機(jī)制。,1.細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解的生物學(xué)意義,2004年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),化學(xué)獎(jiǎng)授予兩位以色列科學(xué)家阿龍切哈諾沃、阿弗拉姆赫爾什科和美國科學(xué)家歐文羅斯，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了泛素調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)降解，也就是說他們發(fā)現(xiàn)了一種蛋白質(zhì)死亡的重要機(jī)理。,歐文.羅斯 國籍：美國 出生：1926年 學(xué)位：芝加哥大學(xué)博士 現(xiàn)任職地點(diǎn)：加州大學(xué),阿龍切哈諾沃 國籍：以色列 出生：1947年 學(xué)位：以色列工學(xué)院醫(yī)學(xué)博士 現(xiàn)任職地點(diǎn)：以色列工學(xué)院,阿弗拉姆赫爾什科 國籍：以色列 出生：1937年 學(xué)位：希伯來大學(xué)醫(yī)學(xué)博士 現(xiàn)任職地點(diǎn)：以色列工學(xué)院,在正常代謝條件下,細(xì)胞內(nèi)合成和降解蛋白質(zhì)必須有精確的時(shí)空調(diào)節(jié)和選擇,如果蛋白質(zhì)降解速率和位點(diǎn)出現(xiàn)異常，就會(huì)出現(xiàn)病態(tài)。目前已發(fā)現(xiàn)多種蛋白質(zhì)降解途徑:,1. 溶酶體途徑，主要降解入胞蛋白（如受體介導(dǎo)的蛋白質(zhì)胞飲），應(yīng)急狀態(tài)下降解細(xì)胞內(nèi)蛋白，尤其是結(jié)構(gòu)蛋白； 2.細(xì)胞膜表面水解酶系統(tǒng)； 3. Caspase蛋白酶家族； 4.高度保守的泛素-蛋白水解酶復(fù)合體通路（ubiquitin- proteasome pathway,UPP） ； 5.特殊細(xì)胞器的水解系統(tǒng)，如線粒體內(nèi)La蛋白酶、高爾基體內(nèi)Ke2水解酶、葉綠體內(nèi)ClpAP等.,2.細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解的特點(diǎn),細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解包括依賴能量的步驟，而且具有調(diào)控作用； 很難探測到胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解的中間產(chǎn)物，這表明蛋白水解裝置一旦遇到合適目標(biāo)，立即將其徹底消化，避免降解中間產(chǎn)物干擾正常的生理活動(dòng)； 蛋白酶的專一性較低，為了避免對細(xì)胞蛋白質(zhì)造成隨機(jī)破壞，必須對它們進(jìn)行嚴(yán)格控制和區(qū)域化； 細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)水解是高度選擇性的，不同蛋白質(zhì)的半衰期從數(shù)分鐘到數(shù)周，決定其半衰期的信號常常是小的、保守的結(jié)構(gòu)模體，該過程不僅是復(fù)雜的基因功能調(diào)控級聯(lián)的最后步驟，而且是氨基酸再循環(huán)系統(tǒng)的組成部分。,在大腸桿菌中，許多蛋白質(zhì)的降解是通過一個(gè)依賴于ATP的蛋白酶（稱為Lon）來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)細(xì)胞中存在有錯(cuò)誤或半衰期很短的蛋白質(zhì)時(shí)，該蛋白酶就被激活。每切除一個(gè)肽鍵要消耗兩分子ATP。 在真核生物中，蛋白質(zhì)的降解需要泛素(Ubiquitin)，一個(gè)有76個(gè)氨基酸殘基組成極為保守的蛋白參與。與泛素相連的蛋白將被送到一個(gè)依賴于ATP的蛋白酶體(Proteasome)。,2.細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解的特點(diǎn),3.蛋白質(zhì)降解的泛肽途徑,蛋白質(zhì)降解的泛肽途徑是通過對不需要的蛋白質(zhì)貼上標(biāo)簽(泛蛋白化作用)來調(diào)節(jié)特定蛋白質(zhì)的存在，這種分子標(biāo)簽是由一種名為泛素的多肽組成。蛋白質(zhì)被貼上標(biāo)簽的過程被稱為“死亡之吻”，因?yàn)橘N上標(biāo)簽的蛋白質(zhì)很快被送往細(xì)胞中名為蛋白質(zhì)酶體的“垃圾桶”中，并在那里被切碎、分解。 泛蛋白化作用是一個(gè)活躍的可逆過程，泛蛋白化和去泛蛋白化相互平衡，對細(xì)胞進(jìn)行著調(diào)控作用，包括蛋白質(zhì)的降解、細(xì)胞周期控制、脅迫反應(yīng)、DNA修復(fù)、基因的轉(zhuǎn)錄、免疫反應(yīng)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、翻譯調(diào)控和胞吞作用。,蛋白質(zhì)降解的泛肽途徑示意圖,E1 -SH,E1-SH,E2-SH,E2-SH,ATP AMP+PPi,E3,多泛肽化蛋白,ATP,26S蛋白酶體,20S蛋白酶體,ATP,19S調(diào)節(jié)亞基,去折疊,水解,（ubiquitin）,去泛肽化酶,泛肽（ubiquitin）,泛肽是一種保守的蛋白質(zhì)，含76個(gè)氨基酸，所有泛肽均有相同的三維結(jié)構(gòu)，主要定位于細(xì)胞溶膠和細(xì)胞核，因其廣泛存在于各類細(xì)胞而命名為泛肽。 泛肽由多基因族編碼，不同生物Ub基因的數(shù)目和種類有較大差異。,與泛肽活化有關(guān)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,PPi,泛肽活化酶(E1)：催化Ub的C-末端與酶分子中巰基結(jié)合 泛肽載體蛋白(E2)：作泛肽的中間載體 泛肽-蛋白連接酶(E3)：直接或間接地與特定的靶蛋白結(jié)合，直接或間接地將泛肽從硫酯中間物轉(zhuǎn)移到蛋白或多泛肽鏈上,泛肽化酶(ubiquitination enzyme） 蛋白酶體（proteasome）結(jié)構(gòu)示意圖,20S Proteasome,19S Regulatiry Subunit,26S proteasome,Ubq- Conjugate,Unfolding,Cleavage,去泛肽化酶(deubiquitination enzyme，DUBs）,在泛肽途徑中靶蛋白被26S蛋白酶體降解時(shí)，泛肽只是降解信號，并未被降解，而是經(jīng)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，具有裂解酯鍵、硫酯鍵以及泛肽C-端與Lys側(cè)鏈-NH2形成的異肽鍵的活力，亦被稱為異肽酶。已在不同物種的許多組織中鑒定出多種DUBs， DUBs由兩個(gè)基因家族編碼，一是泛肽C-端水解酶（Ub carboxyl-terminal hydrolases,UCH）基因家族，另一個(gè)是泛肽專一的加工蛋白酶（Ub specific processing proteases,UBP）基因家族。,去泛肽化酶的結(jié)構(gòu),UCH-13催化中心立體結(jié)構(gòu)圖,HAUSP(一種典型的UBP) 催化中心區(qū)域結(jié)構(gòu)圖,去泛肽化酶的主要功能,(1)裂解多泛肽內(nèi)與靶蛋白之間的異肽鏈，保持細(xì)胞內(nèi)游離泛肽的濃度，以便對其進(jìn)行再利用； (2)具