10.肽鏈合成后的加工和輸送.ppt

第10章肽鏈合成后的加工和輸送 化學(xué)工業(yè)出版社 在核糖體上直接合成的蛋白質(zhì)通常沒有生物活性 新生肽鏈在合成的同時(shí)或合成后 需要經(jīng)歷多種多樣的生化事件 才能成為具有特定結(jié)構(gòu)和功能的成熟蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)的成熟可以理解為以下幾層含義 一是蛋白質(zhì)正確三維構(gòu)象的形成 二是對氨基酸殘基進(jìn)行修飾 使蛋白質(zhì)表現(xiàn)出其應(yīng)有的生物活性 三是蛋白質(zhì)被輸送到機(jī)體或細(xì)胞的正確部位 蛋白質(zhì)的成熟所需要經(jīng)歷的生化事件包括肽鏈的剪切 新生肽鏈的折疊 二硫鍵的形成 蛋白質(zhì)氨基酸殘基的糖基化作用 羥基化作用 磷酸化作用等多種化學(xué)修飾 以及蛋白質(zhì)被輸送到細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外的特定部位等 這些事件統(tǒng)稱為肽鏈合成后的加工與輸送 其中加工影響的是蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 輸送影響的是蛋白質(zhì)的分布 此二者均為蛋白質(zhì)執(zhí)行正常的生理功能所必需 10 1肽鏈合成后的加工肽鏈合成后的加工指的是肽鏈在核糖體上合成后 經(jīng)過細(xì)胞內(nèi)各種修飾處理 成為有生物活性的成熟蛋白質(zhì)的過程 對新生肽鏈的加工方式可分為三類 對肽鏈主鏈的修飾處理 即肽鏈的剪接 對氨基酸殘基的修飾 包括泛素化 磷酸化 糖基化 脂基化 甲基化和乙?；饔玫?蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的形成 包括多肽鏈的折疊 亞基聚合及輔因子 如金屬離子 各種輔酶等 的添加 10 1 1肽鏈的剪接肽鏈的剪接是在特定的蛋白水解酶的作用下 切除肽鏈末端或中間的若干氨基酸殘基 使蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變 進(jìn)而形成一個(gè)或數(shù)個(gè)成熟蛋白質(zhì)的翻譯后加工過程 常見的肽鏈的剪接方式有 1 肽鏈N端fMet或Met的切除蛋白質(zhì)剛剛被合成時(shí) 都以fMet formylMet 見于原核生物 或Met 見于真核生物 開始 肽鏈合成后 其N端的fMet或Met殘基通常在氨肽酶的催化作用下被切除 部分原核生物的蛋白質(zhì)保留Met 但需要在脫甲酰酶的作用下去除甲?；?2 信號序列的切除需要被運(yùn)輸?shù)礁骷?xì)胞器及細(xì)胞外的蛋白質(zhì)N端一般有一段信號序列 用于指導(dǎo)蛋白質(zhì)的輸送 詳見下一節(jié) 這一信號序列通常在完成任務(wù)后被相應(yīng)的蛋白水解酶切除 3 蛋白與多肽前體的剪切胰島素 甲狀旁腺素 生長激素等激素先合成無活性的前體 經(jīng)蛋白水解酶切去部分肽段而成熟 如新合成的前胰島素原 preproinsulin 在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中被切除信號系列 成為由A鏈 含21個(gè)氨基酸殘基 C鏈 含33個(gè)氨基酸殘基 和B鏈 含31個(gè)氨基酸殘基 三個(gè)連續(xù)的片段構(gòu)成的胰島素原 proinsulin 被轉(zhuǎn)運(yùn)到胰島細(xì)胞的囊胞中 C鏈被切除 A B鏈通過3個(gè)二硫鍵連接為成熟的胰島素 圖10 1 多種消化酶 如胃蛋白酶 胰蛋白酶 胰凝乳蛋白酶等 以及與血液凝固相關(guān)的凝血因子在合成后 以無活性的酶原形式存在 需要切除部分氨基酸殘基 才能成為有活性的酶 這一過程又稱為酶原激活 由中樞性 如下丘腦 丘腦等 神經(jīng)元產(chǎn)生的促阿黑皮素原 proopiomelanocortin p OMC 是一條大肽鏈 通過剪切可以產(chǎn)生促黑激素 MSH 促腎上腺皮質(zhì)激素 ACTH 內(nèi)啡肽等多種成熟產(chǎn)物 HIV病毒在宿主體內(nèi)復(fù)制時(shí) 其基因組的表達(dá)產(chǎn)物gag pol為一條多肽鏈 需要在HIV病毒攜帶入宿主的蛋白酶的水解作用下 分裂為數(shù)種病毒生長和感染宿主細(xì)胞所需的成熟蛋白質(zhì) 4 蛋白質(zhì)的剪接指前體蛋白中間的蛋白質(zhì)肽段被剪切出來 其兩側(cè)的肽鏈通過新的肽鍵連接起來 形成成熟蛋白質(zhì)的加工過程 兩側(cè)的肽鏈稱為外顯肽 extein 被切除的中間肽段稱為內(nèi)含肽 intein 具有自我催化功能 其兩端含有的保守性較強(qiáng)的特殊序列可激活內(nèi)含肽N末端和C末端剪接處肽鍵的斷裂以及外顯肽之間新肽鍵的形成 蛋白質(zhì)的剪接屬于自我催化反應(yīng) 包括分子內(nèi)的轉(zhuǎn)換 中間產(chǎn)物的形成 Asn的環(huán)化 肽鍵的斷裂和形成等步驟 其中肽鍵的斷裂和形成是蛋白質(zhì)剪接的關(guān)鍵反應(yīng) 蛋白質(zhì)剪接不同于RNA剪接 前者發(fā)生在蛋白質(zhì)水平 后者發(fā)生在mRNA水平 也不同于胰島素原的剪切 胰島素的A鏈和B鏈在剪切后不以肽鍵相連 而是通過二硫鍵連在一起 蛋白質(zhì)的剪接可發(fā)生于細(xì)菌與真菌蛋白質(zhì) 如酵母液泡H ATP酶亞基 T LitoralisDNA多聚酶 紅海束毛藻的RIR基因產(chǎn)物 集胞藻DNA聚合酶 結(jié)核桿菌recA基因產(chǎn)物 亞基等的加工過程 也見于伴刀豆球蛋白A等高等生物蛋白質(zhì)的加工過程中 10 1 2氨基酸殘基的修飾在生物細(xì)胞中有幾十多種針對蛋白質(zhì)氨基酸殘基的修飾途徑 均在相關(guān)酶的催化作用下完成 常見的有以下幾種 1 泛素化泛素由76個(gè)氨基酸組成 高度保守 普遍存在于真核細(xì)胞內(nèi) 故名泛素 共價(jià)結(jié)合泛素的蛋白質(zhì)能被特定的蛋白酶識別并降解 這是細(xì)胞內(nèi)蛋白降解的普遍途徑 在泛素激活酶 E1 泛素結(jié)合酶 E2 和泛素蛋白質(zhì)連接酶 E3 的連續(xù)傳遞作用下 泛素的羧基末端通過異肽鍵與靶蛋白Lys殘基的 氨基連接在一起 2 磷酸化磷酸化是在蛋白激酶的催化作用下 將ATP的 磷酸基轉(zhuǎn)移到蛋白特定位點(diǎn)上的過程 磷酸化的作用位點(diǎn)為蛋白上的Ser Thr Tyr殘基側(cè)鏈 反應(yīng)過程見圖10 2 磷酸化的逆過程為去除磷酸基的水解反應(yīng) 由磷酸水解酶催化 蛋白質(zhì)的磷酸化修飾常發(fā)生于成熟的蛋白質(zhì)中 是生物體內(nèi)調(diào)控酶活性的重要手段 蛋白質(zhì)的磷酸化與去磷酸化過程幾乎涉及所有的生理及病理過程 如新陳代謝 信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 腫瘤發(fā)生 神經(jīng)活動(dòng) 肌肉收縮以及細(xì)胞的增殖 發(fā)育和分化等 3 糖基化蛋白質(zhì)的糖基化是在一系列糖基轉(zhuǎn)移酶的催化作用下 蛋白上特定的氨基酸殘基共價(jià)連接寡糖鏈的過程 氨基酸與糖的連接方式主要有O型連接與N型連接兩種 圖10 3 N型連接始于內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 是在內(nèi)分泌蛋白和膜結(jié)合蛋白的天冬酰氨殘基的氨基上結(jié)合寡糖 通常是一個(gè)由N 乙酰葡萄糖胺 甘露糖和葡萄糖形成的14糖的核心寡糖 普遍認(rèn)為N型連接發(fā)生在蛋白的Asn Xaa Ser Thr Xaa為除脯氨酸外的所有氨基酸殘基 序列上 核心寡糖與多肽鏈的結(jié)合進(jìn)行于多肽鏈合成過程中 而且是由脂質(zhì)載體 多萜醇磷酸 dolicholphosphate 直接轉(zhuǎn)移到天冬酰胺殘基側(cè)鏈上的 N型寡糖鏈的具體合成與轉(zhuǎn)移過程如圖10 4所示 N型連接的核心寡糖鏈在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與高爾基體中會(huì)受到進(jìn)一步的修飾 部分糖分子被切除 新的糖分子被添加 2分子活化的N 乙酰葡萄糖胺 UDP GlcNAc 連續(xù)加到結(jié)合于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的多萜醇磷酸上 形成多萜醇焦磷酸寡糖 5分子活化的甘露糖 GDP Man 加到多萜醇焦磷酸寡糖末端 并形成分支 含有7個(gè)糖殘基的多萜醇磷酸寡糖在膜上移位 翻轉(zhuǎn)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi) 4個(gè)甘露糖殘基與3個(gè)葡萄糖殘基由多萜醇磷酸載體上轉(zhuǎn)移到正在增長的寡糖核心分子上 該載體同樣由細(xì)胞質(zhì)側(cè)移位而來 14糖的核心寡糖轉(zhuǎn)移到進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的多肽鏈的天冬酰胺殘基側(cè)鏈上 釋放出的多萜醇焦磷酸分子進(jìn)行移位 轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的細(xì)胞質(zhì)側(cè) 并失去一個(gè)磷酸基團(tuán)形成多萜醇磷酸 可參與下一輪核心寡糖鏈的合成 O型連接多發(fā)生于臨近脯氨酸的絲氨酸或蘇氨酸殘基上 通常以逐步加接單糖的形式形成寡糖鏈 O型連接反應(yīng)發(fā)生于細(xì)胞內(nèi)兩個(gè)部位 一是高爾基體上 一是細(xì)胞核或細(xì)胞質(zhì)中 發(fā)生在高爾基體上的糖基化始于在絲氨酸或蘇氨酸側(cè)鏈羥基上連接N 乙酰半乳糖胺 N 乙酰葡萄糖胺 甘露糖 海藻糖等的還原端 對進(jìn)入高爾基體的分泌蛋白和膜結(jié)合蛋白來說 其O型糖基化發(fā)生于N型糖基化及蛋白折疊之后 在高爾基體順面上完成 發(fā)生在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中的O型糖基化是在絲氨酸或蘇氨酸殘基上連接N 乙酰葡萄糖胺 糖基化是許多蛋白質(zhì)的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)運(yùn)所必需的 糖基化的蛋白及其上的糖鏈在許多生物過程中起著重要作用 如免疫保護(hù) 細(xì)胞分裂 細(xì)胞生長 細(xì)胞之間的黏附 炎癥的產(chǎn)生等 4 脂?；鞍踪|(zhì)的脂?；情L脂肪酸鏈通過O或者S原子與蛋白質(zhì)共價(jià)結(jié)合得到蛋白復(fù)合物 脂蛋白 的過程 例如蛋白質(zhì)分子中半胱氨酸殘基的側(cè)鏈巰基可被棕櫚?；?甘氨酸殘基可被豆蔻酰化 通過脂肪酸鏈與生物膜良好的相溶性 可使蛋白質(zhì)固定在細(xì)胞膜上 脂蛋白是一類膜結(jié)合蛋白 其特定的脂?；揎椏蓭椭@類蛋白在細(xì)胞膜上定位 并進(jìn)一步協(xié)助該蛋白發(fā)揮生物功能 5 甲基化蛋白質(zhì)的甲基化修飾是在甲基轉(zhuǎn)移酶催化下 將S 腺苷甲硫氨酸的甲基轉(zhuǎn)移到賴氨酸或精氨酸側(cè)鏈上 另外也可對天冬氨酸或谷氨酸側(cè)鏈羧基進(jìn)行甲基化 形成甲酯的形式 甲基化對蛋白質(zhì)的功能及其參與的生命過程具有重要的調(diào)節(jié)作用 例如組蛋白的甲基化同轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)和異染色體的形成有關(guān) 不僅在真核細(xì)胞染色質(zhì)的遺傳外修飾中占有中心地位 對細(xì)胞分化 發(fā)育 基因表達(dá) 基因組穩(wěn)定性及癌癥的產(chǎn)生等均有一定影響 蛋白質(zhì)甲基化的異常或甲基轉(zhuǎn)移酶的突變常會(huì)導(dǎo)致疾病 6 乙?；鞍踪|(zhì)氨基酸殘基的乙酰化在乙酰轉(zhuǎn)移酶的催化作用下進(jìn)行 例如組蛋白的乙?；揎棸l(fā)生在核心組蛋白N端的賴氨酸殘基 由組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶催化 去乙酰化則由組蛋白去乙酰酶催化 核心組蛋白N端的賴氨酸在生理?xiàng)l件下帶正電 可與帶負(fù)電的DNA或相鄰的核小體發(fā)生作用 導(dǎo)致核小體構(gòu)象緊湊及染色質(zhì)高度折疊 乙?；菇M蛋白與DNA間的作用減弱 導(dǎo)致染色質(zhì)構(gòu)象松散 這種構(gòu)象有利于轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子的接近 從而可以和轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合 促進(jìn)基因的轉(zhuǎn)錄 去乙?；瘎t抑制基因轉(zhuǎn)錄 7 羥基化在結(jié)締組織的膠原蛋白和彈性蛋白中 脯氨酸和賴氨酸可經(jīng)過羥基化修飾成為羥脯氨酸和羥賴氨酸 位于粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的三種氧化酶 脯氨酰 4 羥化酶 脯氨酰 3 羥化酶和賴氨酰羥化酶 負(fù)責(zé)特定脯氨酸和賴氨酸殘基的羥基化 膠原蛋白的脯氨酸殘基和賴氨酸殘基的羥基化需要維生素C 飲食中維生素C不足時(shí)就易患壞血癥 血管脆弱 傷口難愈 原因就是膠原纖維的脯氨酸和賴氨酸無法羥基化 從而不能形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu) 8 腺苷酸化在腺苷酰轉(zhuǎn)移酶的催化作用下 將ATP中的腺苷酸基團(tuán) AMP 轉(zhuǎn)移到蛋白質(zhì)的氨基酸殘基側(cè)鏈上 稱為腺苷酸化 蛋白質(zhì)的腺苷酸化可用于調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的生物活性 例如在氨基酸的合成代謝中 谷酰氨合成酶的活性可利用腺苷酸化作用調(diào)控 當(dāng)該酶的一個(gè)酪氨酸殘基被腺苷酸化修飾后 酶即失去活性 去腺苷酸化可使酶獲得活性 此外 有些蛋白質(zhì)的Glu可以被羧基化 如凝血酶原的N 端有多個(gè)羧基化的Glu 有些寡肽激素C 端的Gly殘基被酰胺化 從而使其半壽期得以延長 10 1 3多肽鏈的折疊在生物體內(nèi) 新生肽鏈在核糖體上生成后 需要正確地進(jìn)行折疊 才能形成有特定空間構(gòu)象和生物學(xué)功能的成熟蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)的折疊指的是肽鏈經(jīng)過疏水塌縮 空間盤曲 側(cè)鏈疊集等行為形成蛋白質(zhì)的天然構(gòu)象 同時(shí)獲得生物活性 折疊是蛋白質(zhì)構(gòu)象變化的一種行為 1961年 Anfinsen核糖核酸酶的體外變性和復(fù)性試驗(yàn) 提出 蛋白質(zhì)折疊的信息包含在氨基酸順序中 即蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu)的著名假說 此后許多研究結(jié)果證實(shí)了這一觀點(diǎn)所具有的普遍意義 根據(jù)Anfinsen的假說 蛋白質(zhì)分子中氨基酸的排列順序不僅決定了蛋白質(zhì)的最終構(gòu)象 還指導(dǎo)了蛋白質(zhì)分子的折疊過程 新生肽鏈要實(shí)現(xiàn)正確的折疊 就要依賴于氨基酸序列本身所包含的信息以及諸細(xì)胞因子對這些信息的識別和調(diào)控 盡管目前還無法直接研究在生物體內(nèi)肽鏈的折疊過程 但通過對蛋白質(zhì)體外折疊的研究 人們已經(jīng)了解蛋白質(zhì)的體內(nèi)折疊所必須遵從的一些基本準(zhǔn)則 例如 蛋白質(zhì)的折疊不是隨機(jī)嘗試所有可能的構(gòu)象直到遇到最適構(gòu)象 蛋白質(zhì)能在一個(gè)很短的時(shí)間范圍內(nèi)折疊 一定是受到某種方式的指導(dǎo) 沿著特定的動(dòng)力學(xué)途徑進(jìn)行 多數(shù)具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)的折疊是一個(gè)序變過程 蛋白質(zhì)折疊要經(jīng)歷中間狀態(tài) 蛋白質(zhì)在折疊過程中產(chǎn)生的中間態(tài)應(yīng)被保護(hù) 以防止降解作用或其它與折疊相互競爭的作用 從熱力學(xué)角度看 蛋白質(zhì)折疊過程是一個(gè)自由能和構(gòu)象熵均逐漸減少的過程 成熟蛋白質(zhì)的構(gòu)象通常是單一的 在整個(gè)肽鏈合成完畢之前 新生肽鏈的錯(cuò)誤折疊或分子間的相互作用應(yīng)該被抑制 要穿過膜進(jìn)行輸送的蛋白的折疊需要在通過生物膜之后進(jìn)行 寡聚蛋白各亞基的折疊要相互調(diào)節(jié)以形成正確的寡聚體等 蛋白質(zhì)的合成與折疊并不是彼此分離的行為 許多蛋白質(zhì)的折疊是隨著新生肽鏈的延伸過程同步進(jìn)行的 同在體外一樣 在體內(nèi)蛋白質(zhì)的折疊總是同錯(cuò)誤折疊及蛋白質(zhì)的聚沉相競爭 圖10 5 在活體細(xì)胞內(nèi) 生物分子的濃度非常高 稱為大分子擁擠 這更增加了蛋白質(zhì)折疊的困難度與蛋白質(zhì)的聚沉傾向 生物的進(jìn)化必然會(huì)創(chuàng)造一種機(jī)制克服這些問題 研究發(fā)現(xiàn) 多數(shù)新生肽鏈的折疊需要其他細(xì)胞因子 主要是蛋白質(zhì) 的幫助 幫助其他蛋白質(zhì)進(jìn)行折疊的蛋白質(zhì)分為折疊酶和分子伴侶兩類 只有少數(shù)新生肽鏈的折疊不需要折疊酶和分子伴侶 折疊酶包括二硫鍵異構(gòu)酶 ProteinDisulfideIsomerase PDI 和肽酰脯氨酰順反異構(gòu)酶 Peptidyl prolylcis transIsomerase PPI 許多蛋白質(zhì)特別是分泌蛋白均含有二硫鍵 二硫鍵形成于相同或不同肽鏈的兩個(gè)半胱氨酸殘基側(cè)鏈之間 正確二硫鍵的形成對于蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及功能具有重要作用 PDI催化蛋白質(zhì)中二硫鍵的形成 還原和異構(gòu)化反應(yīng) 因此是二硫鍵依賴的蛋白質(zhì)折疊的關(guān)鍵因素 PDI主要存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中 在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的氧化環(huán)境中PDI催化折疊過程中新生肽鏈二硫鍵的氧化以及異構(gòu)化不正確的二硫鍵 它能加速蛋白質(zhì)折疊 但不影響蛋白折疊途徑 對于一些蛋白質(zhì)來說 不正確Xaa Pro肽鍵 Xaa指任一種非Pro殘基 的異構(gòu)化是其折疊的限速步驟 1984年 Fischer首次從豬腎中分離純化到一種新的蛋白質(zhì) 這種蛋白質(zhì)能夠有效加速短程的脯氨酰肽鍵順反異構(gòu)化 故命名為肽酰脯氨酰順反異構(gòu)酶 它可以催化脯氨酰之前的C N肽鍵180o反轉(zhuǎn) 同時(shí)不涉及新共價(jià)鍵的形成和斷裂 所以PPI是一種高效折疊酶 同樣能加速蛋白質(zhì)的折疊 但不影響蛋白折疊途徑 分子伴侶 molecularchaperon 是一類幫助新生肽鏈折疊和組裝的蛋白質(zhì)分子的總稱 分子伴侶通過與其底物蛋白的結(jié)合與釋放 參與其在體內(nèi)的正確加工與輸送過程 折疊 寡聚體的裝配 輸送到細(xì)胞內(nèi)特定的部位 在活性 非活性構(gòu)象之間進(jìn)行可控轉(zhuǎn)換等 分子伴侶不含有蛋白質(zhì)正確折疊的空間信息 但是能夠阻止非天然蛋白質(zhì)分子內(nèi)或分子間的不正確相互作用 如蛋白質(zhì)分子的聚沉 從而增加蛋白質(zhì)正確折疊的機(jī)率 與折疊酶相比 分子伴侶并不加快蛋白質(zhì)的折疊反應(yīng)速度 分子伴侶能夠識別并有選擇性地結(jié)合非天然態(tài)的蛋白質(zhì) 與蛋白質(zhì)形成相對穩(wěn)定的復(fù)合物 將蛋白質(zhì)與擁擠的細(xì)胞環(huán)境相隔離 為蛋白質(zhì)提供折疊的內(nèi)環(huán)境 在大多數(shù)情況下分子伴侶利用結(jié)合并水解ATP產(chǎn)生的能量使自身與靶蛋白解離 釋放折疊好的靶蛋白 分子伴侶能識別錯(cuò)誤的蛋白構(gòu)象 使分子伴侶能夠扮演兩個(gè)與蛋白質(zhì)折疊有關(guān)的角色 其一 當(dāng)一個(gè)蛋白剛開始在核糖體上合成時(shí) 它以未折疊的形式出現(xiàn) 新產(chǎn)生的序列會(huì)與已合成的序列相互作用 從而發(fā)生自發(fā)的折疊 分子伴侶通過控制蛋白活性表面的可及性 accessibility 來影響折疊的過程 這一過程與最初正確構(gòu)象的獲得有關(guān) 其二 當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)變性時(shí) 新的區(qū)域被暴露并且可以相互作用 這些相互作用會(huì)被分子伴侶標(biāo)記為錯(cuò)誤折疊 并采取措施幫助其復(fù)性或介導(dǎo)其降解 目前已發(fā)現(xiàn)數(shù)量眾多的蛋白質(zhì)及非蛋白質(zhì)分子 如糖 脂 RNA 具有分子伴侶活性 常見的分子伴侶中包括Hsp90 Hsp70和Hsp60家族成員 HSP是熱激蛋白HeatShockProteins的簡稱 Hsp90家族成員存在于所有的原核與真核細(xì)胞中 在真核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中含量豐富 對細(xì)胞的生存是必需的 它們參與新生肽鏈的折疊 可以防止蛋白折疊過程中的聚合 還和許多重要的調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合 參與細(xì)胞分裂和細(xì)胞凋亡 并在激素介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中起重要作用 Hsp70家族成員 如DnaK與DnaJ 可與高度去折疊或錯(cuò)誤折疊的多肽結(jié)合 阻止聚沉并幫助其重新折疊 在蛋白質(zhì)重組及降解過程中均有重要作用 還是幫助蛋白質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)入特定細(xì)胞器的重要成分 Hsp60家族成員存在于真核生物的線粒體與葉綠體中 在原核生物E coli的細(xì)胞質(zhì)中被稱為GroEL GroES是它的輔助蛋白 co chaperone 此外 還存在一些小相對分子質(zhì)量的Hsp蛋白 被稱為sHsp smallHsps 它們也可以與非天然態(tài)的蛋白結(jié)合并幫助它們的折疊 一般認(rèn)為 GroEL可以同蛋白質(zhì)的折疊中間體結(jié)合并阻止蛋白聚沉的發(fā)生 從而提高蛋白質(zhì)正確折疊的幾率 GroEL是一個(gè)14聚體 具有復(fù)雜的四級結(jié)構(gòu) 14個(gè)亞基形成兩個(gè)共軸的環(huán)狀體 每個(gè)環(huán)狀體由7個(gè)Hsp60亞基組成 它們的空間結(jié)構(gòu)為一圓柱體 直徑14 5nm 高16nm 內(nèi)含一直徑6nm的空洞 GroES七聚體如同一個(gè)帽子復(fù)蓋于GroEL圓柱體的一端 形成一個(gè)穩(wěn)定的復(fù)合體 圖10 6 GroEL具有微弱的K 依賴性的ATP水解酶活力 它的每一個(gè)單體含有一個(gè)ATP的結(jié)合位點(diǎn) Mg ATP是GroEL幫助蛋白質(zhì)折疊所必需的 它通過水解ATP產(chǎn)生能量 供給底物蛋白折疊所用 GroES對GroEL與底物蛋白及ATP的結(jié)合具有調(diào)節(jié)作用 a 去折疊或部分折疊的蛋白結(jié)合于GroEL未被GroES與ATP占據(jù)的一端 形成Protein GroEL GroES ADP聚合體 b ATP及GroES的結(jié)合調(diào)整了GroEL的構(gòu)象 形成一個(gè)寬的內(nèi)部空穴 使其與底物蛋白的結(jié)合狀態(tài)發(fā)生改變 由緊密結(jié)合變?yōu)樗沙诮Y(jié)合 同時(shí) 另一端的GroES與ADP被釋放 c 伴隨ATP的水解 蛋白質(zhì)進(jìn)一步折疊 蛋白質(zhì)的折疊發(fā)生在一個(gè)相對密閉的環(huán)境中 防止了在折疊過程中折疊分子與其他非折疊的蛋白質(zhì)之間的聚合 d ADP脫離GroEL ATP結(jié)合于GroEL的另一端 導(dǎo)致GroES與已折疊蛋白的脫離 新的GroES同時(shí)結(jié)合于GroEL的另一端 真核生物的分子伴侶蛋白是由8個(gè)或9個(gè)55kD亞基構(gòu)成的雙環(huán)結(jié)構(gòu) 稱TCP 1環(huán)復(fù)合物 TCP 1ringcomplex TRiC 或CCT cytosolicchaperonincontainingYCP 1 沒有GroES的對應(yīng)物 10 2肽鏈合成后的定向輸送絕大多數(shù)蛋白質(zhì)的合成部位只有一個(gè) 即細(xì)胞質(zhì)中的核糖體 但是成熟的蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)均有不同的定位 即在細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外的不同部位執(zhí)行生理功能 有的蛋白質(zhì)在細(xì)胞質(zhì)中起作用 如催化糖酵解反應(yīng)的各種酶 有的蛋白質(zhì)在細(xì)胞膜上起作用 如各種細(xì)胞外的信號受體 有的蛋白質(zhì)在特殊的細(xì)胞器內(nèi)起作用 如參與光合作用的蛋白質(zhì)在葉綠體中起作用 參與細(xì)胞有氧呼吸的蛋白質(zhì)在線粒體中起作用 有的蛋白質(zhì)在細(xì)胞核中起作用 如各種組蛋白和轉(zhuǎn)錄因子 還有的蛋白質(zhì)需要被分泌到細(xì)胞外面 如各種蛋白類激素和消化酶原 那么 在細(xì)胞質(zhì)中合成的蛋白質(zhì)如何到達(dá)細(xì)胞的特定部位 從而執(zhí)行正常生理功能的呢 這個(gè)問題被稱為肽鏈 或蛋白質(zhì) 合成后的定向輸送 或稱為肽鏈的轉(zhuǎn)運(yùn) 根據(jù)定位的不同 可以將蛋白質(zhì)分為兩大類 一類是不與生物膜以及各種通道聯(lián)系的 稱胞質(zhì)蛋白 它們在核糖體上合成后即留在細(xì)胞質(zhì)中 另一類是與生物膜以及各種通道聯(lián)系的 在合成后需要穿過生物膜上的通道進(jìn)入細(xì)胞的特定部位 如內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 細(xì)胞核 各種細(xì)胞器等 與第一類蛋白質(zhì)相比 第二類蛋白質(zhì)均含有一段或幾段特殊的氨基酸序列 可用于引導(dǎo)蛋白質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的特定部位 這些氨基酸序列被稱為信號序列 signalsequence 或信號肽 signalpeptide 由G Blobel和D Sabatini提出的信號學(xué)說 signalhypothesis 認(rèn)為 多肽鏈本身具有的信號序列決定新合成蛋白質(zhì)離開核糖體后的去向 本節(jié)主要介紹第二類蛋白質(zhì)的定向輸送 表10 1某些代表性蛋白質(zhì)上的信號序列 注釋 KR堿性氨基酸 LV疏水氨基酸 引導(dǎo)蛋白質(zhì)到達(dá)不同細(xì)胞部位的信號序列有不同的氨基酸組成與分布規(guī)律 表10 1列舉了一些較為典型的蛋白質(zhì)的信號序列 肽鏈的定向輸送除了需要信號序列之外 還需要一系列識別和利用信號序列的生物分子 根據(jù)這些生物分子與信號序列相互作用機(jī)制的不同 可以將肽鏈定向輸送的途徑分為兩條 一條為共翻譯途徑 即定向輸送在蛋白質(zhì)翻譯沒有結(jié)束的時(shí)候就已經(jīng)啟動(dòng) 通過這條途徑輸送的蛋白質(zhì)包括定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白 高爾基體蛋白 細(xì)胞膜蛋白 溶酶體蛋白和分泌蛋白 另一條為翻譯后途徑 即定向輸送在翻譯結(jié)束后進(jìn)行 通過這條途徑輸送的蛋白質(zhì)包括定位于細(xì)胞核的蛋白 線粒體蛋白 葉綠體蛋白和過氧化物酶體蛋白等 圖10 8 10 2 1共翻譯途徑參與共翻譯途徑的蛋白質(zhì)都是在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體中合成的 蛋白質(zhì)穿過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的通道進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔 多數(shù)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白質(zhì)在翻譯尚未完全結(jié)束前就開始穿越內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 膜蛋白沒有完全通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜 而是停留在膜中 此后非定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白質(zhì)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進(jìn)入高爾基體 然后被引導(dǎo)入溶酶體 分泌小泡或細(xì)胞膜等最終目的地 在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的蛋白質(zhì)的N末端通常包含由15 30個(gè)氨基酸組成的信號肽 其特征為 疏水性氨基酸主要位于信號肽中部 組成疏水核心 疏水核心前端常有一個(gè)或數(shù)個(gè)帶正電荷的堿性氨基酸 后端常有數(shù)個(gè)帶有小側(cè)鏈基團(tuán)的氨基酸殘基 如Ala Gly等 信號肽后有蛋白水解酶切割位點(diǎn) 使信號肽能夠在進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)后被切除 實(shí)驗(yàn)證明信號肽的存在足以導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)中的多肽鏈進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 例如將信號肽連在珠蛋白的N端可使該蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 而不是留在細(xì)胞質(zhì)里 蛋白質(zhì)通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的轉(zhuǎn)運(yùn)可被分為兩個(gè)步驟 首先 帶有新生肽鏈的核糖體與膜結(jié)合 隨后新生肽鏈進(jìn)入并穿過膜上的通道 這兩個(gè)步驟均需要特定生物分子的幫助 其中最重要的是信號肽識別顆粒 signalrecognitionparticle SRP 和SRP受體 SRPreceptor 在SRP和SRP受體的幫助作用下 帶有新生肽鏈的游離核糖體結(jié)合到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上 其具體機(jī)制是 SRP首先識別并結(jié)合新生肽鏈N末端的信號肽 然后SRP與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的SRP受體結(jié)合 使核糖體通過與膜上特定受體的相互作用結(jié)合到膜上 需要注意的是 SRP與信號肽的結(jié)合將使蛋白質(zhì)的翻譯停止 這一過程通常發(fā)生于大約70個(gè)氨基酸殘基長度的肽鏈產(chǎn)生后 當(dāng)SRP與其受體結(jié)合后 SRP釋放信號肽 此時(shí)翻譯可以繼續(xù)進(jìn)行 當(dāng)核糖體被轉(zhuǎn)運(yùn)到膜上之后 SRP和SRP受體就完成了其功能 這時(shí)它們離開核糖體上正在合成的多肽 去介導(dǎo)另一個(gè)新生多肽及核糖體與膜的結(jié)合 SRP在核糖體轉(zhuǎn)運(yùn)到膜上的過程中阻止翻譯的功能對防止蛋白質(zhì)釋放到擁有水溶性環(huán)境的細(xì)胞質(zhì)中有重要意義 SRP是一種核糖核蛋白復(fù)合體 含有6個(gè)大小不等的蛋白 SRP54 SRP19 SRP68 SRP72 SRP14 SRP9 和1個(gè)小的7SRNA 7SRNA是形成復(fù)合體的結(jié)構(gòu)骨架 缺少它蛋白質(zhì)不能組裝成SRP 組成SRP的不同蛋白質(zhì)具有不同的功能 SRP54能與新生蛋白質(zhì)的信號肽結(jié)合 它決定底物蛋白質(zhì)的識別 SRP54還是一種GTP水解酶 GTP的水解可為將信號肽插入膜通道的過程提供能量 SRP68 SRP72二聚體與RNA的中心區(qū)域結(jié)合 參與對SRP受體的識別 SRP9 SRP14二聚體結(jié)合在分子的另一端 負(fù)責(zé)使翻譯停止 SRP19參與SRP的組裝 對P54與7SRNA的結(jié)合是不可少的 SRP受體是一個(gè)異二聚體 由SR 與SR 兩個(gè)亞基組成 SR 是一個(gè)膜內(nèi)在蛋白質(zhì) 用于將SR 的氨基端錨定在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上 SR 的其余部分伸入到細(xì)胞質(zhì)中 SRP受體胞質(zhì)區(qū)域的大部分序列與核酸結(jié)合蛋白質(zhì)相似 含有許多帶正電的殘基 說明SRP受體有可能識別SRP中的7SLRNA SRP受體的兩個(gè)亞基均可結(jié)合并水解GTP SRP從SRP受體上的釋放需要GTP水解提供能量 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的蛋白質(zhì)通道稱易位子 translocon 由多種跨膜蛋白質(zhì)組成 圖10 9 包括Sec61復(fù)合體 由 三種蛋白質(zhì)組成 和TRAM Sec61復(fù)合體是構(gòu)成水相通道的主體部分 TRAM為部分蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)所必需 并可以促進(jìn)所有蛋白質(zhì)跨內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的轉(zhuǎn)運(yùn) 信號肽進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)后 即被稱為信號肽酶 signalpeptidase 切除 信號肽酶存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的內(nèi)腔側(cè) 表明信號肽必須在穿過膜后才能被切除 另外 新生肽鏈在進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)后 肽鏈在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)進(jìn)行初步加工 如糖基化 羥基化 脂?；约岸蜴I的形成等 還要進(jìn)行正確的折疊與裝配 錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)可被識別并轉(zhuǎn)運(yùn)回細(xì)胞質(zhì)被降解 參與共翻譯途徑的蛋白質(zhì)輸送入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的流程見圖10 10 對于定位于各種生物膜的膜蛋白來說 其轉(zhuǎn)運(yùn)過程的起始階段與分泌蛋白相同 依靠信號肽進(jìn)入膜通道 但在轉(zhuǎn)運(yùn)的后期 并沒有完全通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜 而是停留在膜中 原因在于膜蛋白還具有停止轉(zhuǎn)運(yùn)序列 stop transfersequence 這個(gè)序列的特征是在一些帶電的殘基附近具有一系列的疏水氨基酸殘基 這些疏水氨基酸殘基可以使蛋白質(zhì)錨定在膜上 并且阻止蛋白質(zhì)完全穿過膜 前述引導(dǎo)肽鏈穿過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的信號肽可以視為開始轉(zhuǎn)運(yùn)序列 start transfersequence 含有多個(gè)開始轉(zhuǎn)運(yùn)序列和多個(gè)停止轉(zhuǎn)運(yùn)序列的多肽將成為多次跨膜的膜蛋白 進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白除了需滯留內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白外 均被運(yùn)輸?shù)礁郀柣w 這種運(yùn)輸是通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)出芽形成的運(yùn)輸小泡進(jìn)行的 運(yùn)輸小泡與高爾基體的形成面 即順面 靠近細(xì)胞核的一側(cè) 的扁囊膜融合 小泡中的蛋白質(zhì)即轉(zhuǎn)入高爾基體 滯留內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的蛋白含有滯留信號 在許多脊椎動(dòng)物中它是C端的四肽 Lys Asp Glu Leu 簡稱KDEL 酵母中是HDEL或DDEL 假如刪除這些序列或者在其后加入其它氨基酸 則蛋白質(zhì)可能會(huì)被分泌到細(xì)胞外 相反如果該四肽序列被加到溶菌酶的C末端 則溶菌酶不再被分泌而是留在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi) 這表明存在著識別C末端四肽并使其定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)的機(jī)制 另一個(gè)位于C端的信號序列是KKXX X指任一種氨基酸 序列 負(fù)責(zé)將蛋白質(zhì)定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜 其特征為帶有兩個(gè)賴氨酸殘基 蛋白質(zhì)運(yùn)輸?shù)礁郀柣w后 在高爾基體中進(jìn)行一系列的修飾與加工 糖基化 脂?；蛄姿峄?并經(jīng)濃縮 分類包裝后 以分泌小泡的形式運(yùn)走 其中質(zhì)膜蛋白嵌在分泌小泡的膜上 當(dāng)分泌小泡與質(zhì)膜融合后 該分泌小泡膜與其上的質(zhì)膜蛋白就成了質(zhì)膜的一部分 攜帶有分泌蛋白的分泌小泡經(jīng)胞吐作用 可將分泌蛋白排出細(xì)胞 近期的研究結(jié)果表明滯留高爾基體的蛋白質(zhì)也具有特定的信號序列 如C端的YQRL序列 需要進(jìn)入溶酶體的蛋白質(zhì) 主要是各種水解酶 一般是高甘露糖型糖基化的對象 它們在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)開始進(jìn)行N型連接的糖基化修飾 在進(jìn)入高爾基體順面的扁囊后 在扁囊中的N 乙酰葡萄糖胺磷酸轉(zhuǎn)移酶 phosphotransferase 和葡萄糖胺酶 glucosaminidase 的作用下 蛋白質(zhì)糖基上的甘露糖殘基被磷酸化 同時(shí)N 乙酰葡萄糖胺被水解去除 形成甘露糖 6 磷酸 M6P 末端 這種特異的反應(yīng)只發(fā)生在溶酶體的酶上 不發(fā)生在其它的糖蛋白上 估計(jì)溶酶體酶本身含有某種磷酸化的信號 可被高爾基體中負(fù)責(zé)修飾的酶識別 在高爾基體成熟面 反面 扁囊上存在M6P的受體 可以專一地與M6P結(jié)合 這種親和作用使溶酶體酶與其他蛋白質(zhì)分離并起到局部濃縮的作用 在高爾基體反面 M6P M6P受體復(fù)合物包入由衣被蛋白包被的轉(zhuǎn)運(yùn)小泡 早期內(nèi)吞體 其再轉(zhuǎn)化為后期的內(nèi)吞體 內(nèi)吞體內(nèi)的pH為酸性 在該低pH條件下 磷酸化的溶酶體酶與其上結(jié)合的M6P受體分離 受體可被轉(zhuǎn)運(yùn)回高爾基體膜 從而可以反復(fù)使用 后期的內(nèi)吞體又分裂為小的轉(zhuǎn)運(yùn)體 將溶酶體酶輸送入溶酶體中 溶酶體酶脫去甘露糖上的磷酸根 成為溶酶體內(nèi)的成熟蛋白 10 2 2翻譯后途徑參與翻譯后途徑的蛋白質(zhì)都是在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)游離的核糖體中合成的 然后被定向輸送到各種細(xì)胞器如線粒體 葉綠體 過氧化物酶體中 或者細(xì)胞核中 10 2 2 1蛋白質(zhì)向線粒體的輸送線粒體雖然具有少量編碼蛋白質(zhì)的基因 但是大多數(shù)的線粒體蛋白質(zhì)都是由核基因編碼的 它們先在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)以前體形式合成 再通過特定的方式輸送入線粒體 需要進(jìn)入線粒體的蛋白質(zhì)在其N端具有稱為導(dǎo)肽 leaderpeptide 的信號序列 導(dǎo)肽由相互間隔的疏水氨基酸與堿性氨基酸組成 不含有酸性氨基酸 可形成兩親性的 螺旋結(jié)構(gòu) 導(dǎo)肽介導(dǎo)蛋白質(zhì)前體與線粒體膜之間的相互作用 使蛋白質(zhì)前體能穿過膜 導(dǎo)肽中存在使線粒體蛋白質(zhì)定位的所有信息 將一個(gè)線粒體蛋白質(zhì) 如細(xì)胞色素C氧化酶IV亞單位 的導(dǎo)肽與一個(gè)胞質(zhì)蛋白質(zhì)連接 如二氫葉酸還原酶 就可使該胞質(zhì)蛋白質(zhì)被輸送到線粒體中 含導(dǎo)肽的前體蛋白在跨膜運(yùn)送時(shí) 首先被線粒體表面的受體識別 然后進(jìn)入膜上的通道 在跨膜運(yùn)送之前該前體蛋白需要去折疊為松散的結(jié)構(gòu)以利于運(yùn)送 前體蛋白通過線粒體膜之后 導(dǎo)肽即被線粒體中的導(dǎo)肽水解酶水解 剩余部分重新折疊為成熟的蛋白分子 在蛋白質(zhì)去折疊與再折疊的過程中需要有分子伴侶參與 包括Hsp70與Hsp60家族成員 其中Hsp70家族成員在線粒體內(nèi)外均起作用 線粒體外的Hsp70負(fù)責(zé)伸展肽鏈由細(xì)胞質(zhì)中到線粒體表面的轉(zhuǎn)運(yùn) 線粒體內(nèi)的Hsp70促進(jìn)蛋白質(zhì)通過通道 Hsp60家族成員只在線粒體基質(zhì)中起作用 線粒體蛋白前體的跨膜運(yùn)送需要ATP的水解提供能量 內(nèi)膜兩側(cè)的質(zhì)子電化學(xué)電勢也具有驅(qū)動(dòng)作用 線粒體蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)涉及多種蛋白復(fù)合體 稱為轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 translocator 的蛋白復(fù)合體由識別蛋白質(zhì)的受體和使蛋白質(zhì)通過的通道兩部分構(gòu)成 主要包括 TOM translocaseoftheoutermembrane 復(fù)合體 負(fù)責(zé)使蛋白質(zhì)通過外膜進(jìn)入膜間隙 TIM translocaseoftheinnermembrane 復(fù)合體 負(fù)責(zé)使蛋白質(zhì)通過內(nèi)膜進(jìn)入基質(zhì) 當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)通過TOM復(fù)合體時(shí) 通常并不被釋放到膜間隙中 而是直接轉(zhuǎn)運(yùn)到TIM復(fù)合體上 這表明蛋白質(zhì)在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中可直接跨過兩層膜 TOM與TIM復(fù)合體之間沒有直接的相互作用 它們通過被轉(zhuǎn)運(yùn)的蛋白質(zhì)結(jié)合 然后協(xié)同作用完成蛋白質(zhì)向基質(zhì)的運(yùn)輸 需要進(jìn)入線粒體基質(zhì)的蛋白質(zhì)的輸送見圖10 11 線粒體具有四個(gè)功能區(qū)域 即外膜 內(nèi)膜 膜間隙和基質(zhì) 進(jìn)入不同部位的蛋白具有不同的轉(zhuǎn)運(yùn)途徑 默認(rèn)途徑是穿過兩層膜進(jìn)入基質(zhì) 定位在其他部位的蛋白質(zhì)除導(dǎo)肽外還需要額外的信號序列 使其能夠被輸送到線粒體內(nèi)的特定部位 以結(jié)合在內(nèi)膜上并面向膜間隙的細(xì)胞色素c1為例 其N末端的61個(gè)氨基酸可分為具有不同功能的片段 前32個(gè)氨基酸序列含有基質(zhì)定位信號 matrix targetingsignal 負(fù)責(zé)引導(dǎo)蛋白質(zhì)進(jìn)入基質(zhì) 基質(zhì)定位信號后的片段提供使蛋白質(zhì)定位在內(nèi)膜的另一個(gè)信號 稱為膜定位信號 membrane targetingsignal 關(guān)于膜定位信號的作用機(jī)制存在一定爭議 一種模型認(rèn)為整個(gè)蛋白質(zhì)在基質(zhì)定位信號的引導(dǎo)下進(jìn)入基質(zhì) 然后在膜定位信號的作用下蛋白質(zhì)再重新進(jìn)入內(nèi)膜或通過內(nèi)膜進(jìn)入膜間隙 另一種模型認(rèn)為膜定位信號阻止蛋白質(zhì)的其余部分與基質(zhì)定位信號一起通過內(nèi)膜進(jìn)入基質(zhì) 兩種模型的共同之處在于都認(rèn)為基質(zhì)定位信號由基質(zhì)內(nèi)的水解酶切除 從而使膜定位信號暴露于N端并發(fā)揮作用 膜定位信號最終由位于膜間隙的水解酶切除 10 2 2 2蛋白質(zhì)向葉綠體的輸送與線粒體相似 大多數(shù)的葉綠體蛋白質(zhì)由核基因編碼 它們需要先在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)以前體形式合成 再通過特定的方式輸送入葉綠體 葉綠體蛋白質(zhì)的輸送與線粒體蛋白質(zhì)有許多相似之處 例如細(xì)胞質(zhì)中合成的葉綠體前體蛋白在N 末端有稱為轉(zhuǎn)運(yùn)肽 transitpeptides 的信號序列 它是葉綠體蛋白輸送的必要成分 分子伴侶在蛋白質(zhì)的輸送過程中同樣起了重要的輔助作用 葉綠體膜上具有相應(yīng)的轉(zhuǎn)位因子復(fù)合體 負(fù)責(zé)葉綠體前體蛋白質(zhì)的識別與轉(zhuǎn)運(yùn) 外膜上負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)的蛋白稱為OEP outerenvelopemembraneprotein 或TOC transloconoftheoutermembraneofchloroplasts 內(nèi)膜上負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)的蛋白稱為IEP innerenvelopemembraneprotein 或TIC transloconoftheinnermembraneofchloroplasts TOM與TIM協(xié)同作用完成蛋白質(zhì)向基質(zhì)的運(yùn)輸 前體蛋白穿膜運(yùn)輸進(jìn)入葉綠體可分為3個(gè)步驟 首先前體蛋白與葉綠體外表面結(jié)合 該結(jié)合涉及到前體蛋白N 端的轉(zhuǎn)運(yùn)肽與葉綠體外表面轉(zhuǎn)位因子復(fù)合體中受體的相互作用 還需要水解少量ATP為結(jié)合反應(yīng)提供能量 同時(shí)前體蛋白還可能與外膜上特定區(qū)域的脂質(zhì)發(fā)生相互作用 隨后是轉(zhuǎn)運(yùn)的早期階段 在GTP或低濃度的ATP存在下 前體蛋白與轉(zhuǎn)位因子復(fù)合體緊密結(jié)合 最后是轉(zhuǎn)運(yùn)的末期 當(dāng)存在足量的ATP時(shí) 前體蛋白穿膜轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入葉綠體基質(zhì) 加工成為成熟蛋白 由于葉綠體具有類囊體 在結(jié)構(gòu)上比線粒體多出了類囊體膜與類囊體腔 因此蛋白質(zhì)輸送的過程更復(fù)雜 被輸送的葉綠體蛋白的最終目的地不同 其上的信號序列也不一樣 例如輸送到葉綠體基質(zhì)中的前體蛋白只含定向基質(zhì)的序列 輸送到類囊體腔中的前體蛋白信號序列則由兩部分組成 N端含有定向葉綠體基質(zhì)的序列 C端具有可引導(dǎo)蛋白向類囊體膜輸送的序列 這類蛋白前體首先穿過葉綠體外膜與內(nèi)膜進(jìn)入基質(zhì) 經(jīng)基質(zhì)內(nèi)蛋白酶作用后 定向基質(zhì)的序列被切除 余下的信號序列繼續(xù)指導(dǎo)蛋白質(zhì)穿過類囊體膜進(jìn)入類囊體腔 10 2 2 3蛋白質(zhì)向細(xì)胞核的輸送需要被輸送到細(xì)胞核中的蛋白包括組蛋白 DNA聚合酶 RNA聚合酶 轉(zhuǎn)錄因子 核糖體蛋白等 統(tǒng)稱為核蛋白 這些核蛋白進(jìn)入細(xì)胞核的機(jī)制與線粒體蛋白和葉綠體蛋白