蛋白質(zhì)越膜運輸PPT課件

1、 留在胞液中 翻譯后轉(zhuǎn)運(游離核糖體) 核 依靠導(dǎo)肽 線粒體 蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運 越 膜 葉綠體 其它細胞器 共翻譯轉(zhuǎn)運 依靠信號肽 (膜結(jié)合核糖體) 越 膜 圖 15-28 蛋白質(zhì)合成后的轉(zhuǎn)運，定位及分泌ER 糖基化修飾 分揀 高爾基體 溶酶體 留在 ER 中 留在高爾基體分泌到胞外 質(zhì)膜 包被在泡囊 質(zhì)膜中 嵌在膜上 第1頁/共39頁第2頁/共39頁三導(dǎo)肽的結(jié)構(gòu)和功能 導(dǎo)肽通常是疏水的，20aa 由非電負性氨基酸構(gòu)成，中間夾有堿性氨基酸，而沒有酸性氨基酸，羥基氨基酸含量高 易形成雙親螺旋輪（amphiphilic helix）; 不同的前導(dǎo)順序缺乏同源性，意味什么？ 這意味著和識別有關(guān)的信號不是一

2、極結(jié)構(gòu)的序列，而是氨基酸的性質(zhì)。第3頁/共39頁四導(dǎo)肽在線粒體葉綠體中決定蛋白位 (一) 線粒體的蛋白轉(zhuǎn)運 基質(zhì)導(dǎo)向信號（matrix-targeting signal） 膜導(dǎo)向信號（membrane-targeting sigmal） (二) 葉綠體蛋白的轉(zhuǎn)運 基質(zhì)（stroma） 類囊膜（thylakoid membrane） 腔（lumen） (三)核蛋白的轉(zhuǎn)運 輸入和輸出第4頁/共39頁 + 起始 疏水氨基酸 極性氨基酸 堿性氨基酸 剪切 + + + + + Met leu Ser leu Arg Gln Ser Ile Arg Phe Phe Lys Pro Ala Thr Arg

3、Thr Leu Cys Ser Ser Arg Tyr Leu Leu 圖 1531 酵母細胞色素 C 氧化酶亞基的導(dǎo)肽含有 25 個中性和堿性的氨基酸,前面的 12個氨基酸可有效地將任何 附加的多肽轉(zhuǎn)移到線粒體中。第5頁/共39頁第6頁/共39頁第7頁/共39頁 Signal for Outer membrane Outer membrane Intermembrane space M Matrix (lumen) Inner membrane Signal for Intermembrane space 圖 15- 蛋白質(zhì)在細胞器中的定位第8頁/共39頁 蛋 白 定 位 + + + + +

4、 + 細胞色素 C1 膜間隔 M F S N L S K R W A Q R T L S K S F Y S T A T G A A S K S G K L + - - T G K L V T A G V A A A G I T A S T L L Y A D S L T A E A M T A + + + + + 乙醇脫氫酶 基質(zhì) M L R I S S L F I R R V Q P S L F S R N I L R L Q S T + + + + + 細胞色素 C 氧 內(nèi)膜 M L S L R Q I R F F K P A T R T L C S S R T L L 化酶亞單 + +

5、 + 70k 蛋白 外膜 M K S F I T R N K T A T L A T V A A T G T A I G A Y Y Y Y N Q L Q + + + Q Q Q Q R G K K + 圖例： 疏水氨基酸； 極性氨基酸； 堿性氨基酸； 副電荷氨基酸； 基質(zhì)靶信號； 水解部位； 膜靶信號 圖 15-34 導(dǎo)肽的氨基酸順序及不同的功能區(qū) 第9頁/共39頁第10頁/共39頁第11頁/共39頁 First signal Outer membrane Intermembrane space Second signal Stroma Inner membrane Thylakoid m

6、embrane 圖 15- 葉綠體中蛋白質(zhì)的定位 (基質(zhì))（類囊體）第12頁/共39頁 Met Ile 1 Lys+ 8 12 Thr 15 5 Arg+ Leu 4 16 Arg+ Phe11 9 Arg+ Leu 18 2 Leu Ser 7 13 Pro Ala14 6 Gln 3 17 Ser 10 The Phe 圖 15- 酵母細胞色素氧化酶 C 亞基 IV 的導(dǎo)肽形成兩親螺旋結(jié)構(gòu) 第13頁/共39頁五信號肽的結(jié)構(gòu)和功能 (一)信號假設(shè)的建立 1972年Milstein等發(fā)現(xiàn)IgG 輕鏈前體比成熟的Ig N-端多20 aa 美國Bloble完成三項實驗支持了以上推測：（1）將IgG

7、的mRNA在無細胞系統(tǒng)中，以游離核糖體在體外合成的是IgG前體；若在無細胞系統(tǒng)中加入狗胰細胞的RER，就能產(chǎn)生IgG成熟蛋白。成熟的IgG輕鏈蛋白和前體蛋白相差疏水性20aa，說明什么？第14頁/共39頁 起始位點 + M M A A G P R T S L L L A F A L L C L P W T Q V V G A L P V C 極性 疏水核心 剪切位點 氨基酸 成熟蛋白 圖 15-37 信號肽的結(jié)構(gòu)(仿 B.Lewin:GENES,1997, Fig .10.14)第15頁/共39頁第16頁/共39頁（2）加入蛋白水解酶不能使正在合成的IgG水解，而同時加入去垢劑就可以使其水解。

8、此表明什么?（3）用去垢處理骨髓瘤后所獲得的多核糖體與膜分離，然后在離體的條件下繼續(xù)進行新生肽的合成。經(jīng)短時溫育得到的是成熟的IgG，而長時溫育得到的是前體IgG，此表明什么?第17頁/共39頁 5 3第18頁/共39頁 Inner face of ER Cytoosolic face SRP recepter Leader SRP Recepter of ribosom Ribosome initiatesProtein synthesis on“free” mRNASRP attaches toleader sequence;traslation haltsSRP is bound byS

9、RP recepter;ribosome attachesto membrane;translation resumes第19頁/共39頁 Signal peptidaseLeader sequenceenters membraneProtein passesthrough memrane;leader is cleaved;translation continuesProtein is secretedthrough membrane ;ribosome subunitsare released frommRNA 圖 15- 信號假說模型第20頁/共39頁第21頁/共39頁 SRP 7S R

10、NA的兩個功能域第22頁/共39頁 形狀 長 2324 nm,寬 56nm,11S RNP 復(fù)合體，240Kda SRP 7SRNA,305b,100Kda,作為 SRP 的骨架 組成 P 9/14 二聚體，阻止肽的延伸 (干擾進入的 aa-tRNA 和肽酰轉(zhuǎn)移酶) 蛋白，6 種 P 68/72 二聚體，識別 SRP 受體，越膜轉(zhuǎn)運，位于 RNA 的中心區(qū) 單個無活性 P 54 單體 ，識別信號肽，不直接和 RNA 結(jié)合，而和 P19 結(jié)合 P 19 單體 ，和 RNA 的兩個末端結(jié)合，和 P54 結(jié)合 亞基 大亞基，72KD SRP 受體 亞基 小亞基，30Kda,識別 7SRNA 信號肽酶

11、 6 種蛋白組成 圖 15-40 與 轉(zhuǎn) 運 有 關(guān) 的 結(jié) 構(gòu) 和 功 能 Alu 結(jié)構(gòu)域 S 結(jié)構(gòu)預(yù) 5100nt 345nt345nt N 端：12K，嵌在膜內(nèi)疏水部分 C 端：60K，暴露于胞液的親水部分，帶有很多正電荷氨基酸 其中一種蛋白具有酶的活性 其它 5 種蛋白起修飾作用和構(gòu)成一定的結(jié)構(gòu)第23頁/共39頁 N C N C N 圖 15- 信號-錨順序的功能和 C 端在膜外的形成機制第24頁/共39頁 起始 疏水核心 M N P N Q K I I T I G S I C M V V G I I S L I L Q I G N I I S I W I S H 胞質(zhì)區(qū) 跨膜區(qū) 露在

12、膜外 圖 15-44 唾液酸苷酶(neuraminidase)的信號錨順序位于近 N 端，且有一個疏水核心 (仿 B.Lewin:GENES,1997, Fig .10.24)第25頁/共39頁第26頁/共39頁 類型類型 途徑途徑 目標(biāo)目標(biāo) 蛋白種類蛋白種類 結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)和功能 觸動因子 分子伴侶 GroEL：細菌的熱休克蛋白，可穩(wěn)定蛋白構(gòu)型，是折疊調(diào)節(jié)器 SecB：16Kda，和前體結(jié)合阻止折疊，和 SecA 結(jié)合將前體轉(zhuǎn)運到膜 外圍膜蛋白 SecA 107Kda,和 SecY 親和，有 ATP 酶活性 共翻譯轉(zhuǎn)運 普遍性途徑 越過內(nèi)膜 SecE：有 3 個跨膜區(qū) 膜本體 復(fù)合體，有轉(zhuǎn)運

13、功能，是一種轉(zhuǎn)運器 蛋白 SecY：有 10 個跨膜區(qū) 細菌的 導(dǎo)肽酶：切除導(dǎo)肽 分泌 SRP 同源蛋白：4.5S RNA + 48Kda 蛋白。和新生肽的導(dǎo)肽結(jié)合，保持其構(gòu)象 分泌蛋白：HlyA ,107KDa,C 端信號供 HlyB 和 HlyD 識別，有拓撲順序 翻譯后轉(zhuǎn)運 孔經(jīng)途徑 越過內(nèi)外膜 內(nèi)膜蛋白：HlyB, 77KDa,C 端保守有 ATP 結(jié)合位點 跨膜蛋白：HlyD ,54KDa, 在 E.coli 膜粘連區(qū)形成孔道 跨膜蛋白：TolC,在外膜形成孔道 圖 15-45 細菌分泌的不同途徑 第27頁/共39頁細菌中蛋白質(zhì)的越膜轉(zhuǎn)運 導(dǎo)肽酶 導(dǎo)肽酶 導(dǎo)肽酶 Sec Sec E

14、Y SecA SecA 新生肽 SecB SecB 與新生肽結(jié)合 蛋白轉(zhuǎn)移到SecA 上 SecB 再循環(huán) 圖15- 細菌中蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運 第28頁/共39頁 TolC TolC Outer Membrane Periplasm HlyD HlyD C C Inner membrane N NN N C C HlyB HlyB ATP ATP HlyAs HlyA 圖 15- 溶血素分泌途徑的孔經(jīng)模型 第29頁/共39頁 核蛋白的轉(zhuǎn)運 入境： Histones Nonhistones Ribosomal proteis (核蛋白體蛋白) 出境： Ribosomal subunit mRNA 第3

15、0頁/共39頁出入核的出入核的多種途徑多種途徑1.自由途自由途徑徑2.滲透途滲透途徑徑3.信號途信號途徑徑核定位信號帽接合復(fù)合體帽接合復(fù)合體核輸出信號核輸出信號具有輸出和輸入信號的蛋白載體載體第31頁/共39頁載體蛋白載體蛋白和底物和底物結(jié)合，帶底物穿結(jié)合，帶底物穿過核孔，然后過核孔，然后返回核中，循環(huán)返回核中，循環(huán)使用。使用。第32頁/共39頁 核定位信號多形瘤 T 抗原核定位信號（核定位信號（NLS）具有堿性的殘基）具有堿性的殘基卵卵核質(zhì)蛋白核質(zhì)蛋白第33頁/共39頁NLS的特點： 1.無保守序列； 2.有一段短的堿性氨基酸序列； Pro,可抑制堿性氨基酸的上游形 成螺旋； NLS有兩個分開的短的簇 NLS序列都可被“入境”系統(tǒng)所識別。第34頁/共39頁“入境入境”分二分二步：步： 停泊，移位停泊，移位轉(zhuǎn)位的成分核蛋白核孔胞質(zhì)成分入境蛋白核相關(guān)蛋白-GTP核孔停泊入境蛋白-結(jié)合核蛋白入境蛋白-結(jié)合底物移位核孔第35頁/共39頁GTP和和Ran的結(jié)合的結(jié)合狀態(tài)控制核狀態(tài)