分子生物-翻譯三

第四節(jié)

肽鏈生物合成后的加工和

靶向輸送

新生多肽鏈不具備蛋白質(zhì)的生物學(xué)活性，必須經(jīng)過(guò)復(fù)雜的加工過(guò)程才能轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂刑烊粯?gòu)象的功能蛋白質(zhì)，這一加工過(guò)程稱為翻譯后加工(post-translationalprocessing)。翻譯后加工

蛋白質(zhì)合成后還需要被輸送到合適的亞細(xì)胞部位才能行使各自的生物學(xué)功能。蛋白質(zhì)合成后在細(xì)胞內(nèi)被定向輸送到其發(fā)揮作用部位的過(guò)程稱為蛋白質(zhì)的靶向輸送（proteintargeting）或蛋白質(zhì)分選（proteinsorting）。蛋白質(zhì)的靶向輸送一、肽鏈折疊為功能構(gòu)象需要分子伴侶蛋白質(zhì)在合成時(shí)，還未折疊的肽段有許多疏水基團(tuán)暴露在外，具有分子內(nèi)或分子間聚集的傾向，使蛋白質(zhì)不能形成正確空間構(gòu)象。這種結(jié)構(gòu)混亂的肽鏈集合體產(chǎn)生過(guò)多對(duì)細(xì)胞有致命的影響。AloisAlzheimer阿爾茨海默病中異常聚集的蛋白體分子伴侶的主要作用：①封閉待折疊肽鏈暴露的疏水區(qū)段；②創(chuàng)建一個(gè)隔離的環(huán)境，可以使肽鏈的折疊互不干擾；③促進(jìn)肽鏈折疊和去聚集；④遇到應(yīng)激刺激，使已折疊的蛋白質(zhì)去折疊。分子伴侶（molecularchaperone）：有些輔助性蛋白質(zhì)可以指導(dǎo)新生肽鏈按特定方式正確折疊，它們被稱為～。一、肽鏈折疊為功能構(gòu)象需要分子伴侶1.熱激蛋白(heatshockprotein,HSP)熱休克蛋白屬于應(yīng)激反應(yīng)性蛋白質(zhì)，高溫應(yīng)激可誘導(dǎo)該蛋白質(zhì)合成。熱休克蛋白可促進(jìn)需要折疊的多肽折疊為有天然空間構(gòu)象的蛋白質(zhì)。

大腸桿菌的HSP70(DnaK)：ATP酶肽鏈結(jié)合結(jié)構(gòu)域H2NEEVD-COOHGrpE結(jié)合部位DnaJ/HSP40結(jié)合部位結(jié)合和水解ATP大腸桿菌HSP70反應(yīng)循環(huán)大腸桿菌熱休克蛋白包括HSP70、HSP40和GrpE三族。HSP70反應(yīng)循環(huán)輔助肽鏈折疊抑制肽鏈聚集交換因子主要作用是為非自發(fā)性折疊蛋白質(zhì)提供能折疊形成天然空間構(gòu)象的微環(huán)境。伴侶蛋白（chaperonin）是分子伴侶的另一家族，如大腸桿菌的GroEL和GroES，（真核細(xì)胞中同源物為HSP60和HSP10）等家族。2.伴侶蛋白GroEL和GroES當(dāng)待折疊肽鏈進(jìn)入GroEL的桶狀空腔后，GroES可作為“蓋子”瞬時(shí)封閉GroEL空腔出口。封閉后的桶狀空腔提供了能完成該肽鏈折疊的微環(huán)境。GroEL-GroES復(fù)合物分子伴侶動(dòng)畫除了分子伴侶協(xié)助肽鏈折疊以外，一些對(duì)于蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)形成至關(guān)重要的氨基酸殘基（如半胱氨酸、脯氨酸等）的正確折疊還需要酶促反應(yīng)。這些催化蛋白質(zhì)功能構(gòu)象形成所必需的酶稱為異構(gòu)酶（isomerase），也稱為折疊酶（foldase）。

※如：二硫鍵異構(gòu)酶——肽鏈內(nèi)/間二硫鍵的形成；肽酰-脯氨酸順?lè)串悩?gòu)酶——使肽鏈在各脯氨酸彎折處正確折疊；二、肽鏈的肽鍵水解生成活性蛋白質(zhì)或功能肽（一）合成后肽鏈的末端被水解加工如：多數(shù)新生肽鏈的N端原核生物N-甲酰甲硫氨酸殘基，真核生物N端信號(hào)肽。新生肽鏈的有限水解是最常見(jiàn)的翻譯后加工形式。（二）肽鏈中肽鍵水解產(chǎn)生多種功能肽

例：鴉片促黑皮質(zhì)素原(POMC)的水解修飾二、肽鏈的肽鍵水解生成活性蛋白質(zhì)或功能肽數(shù)字1-7表示水解位點(diǎn)三、肽鏈中氨基酸殘基的化學(xué)修飾增加蛋白質(zhì)功能多樣性常見(jiàn)的化學(xué)修飾種類發(fā)生修飾的主要氨基酸殘基磷酸化絲氨酸、蘇氨酸、酪氨酸N-糖基化天冬酰胺O-糖基化絲氨酸、蘇氨酸羥基化脯氨酸賴氨酸甲基化賴氨酸、精氨酸、組氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、谷氨酸乙?；嚢彼?、絲氨酸硒化半胱氨酸上述修飾均為酶促反應(yīng)，需蛋白激酶、糖基轉(zhuǎn)移酶、羥化酶、甲基轉(zhuǎn)移酶等空間結(jié)構(gòu)的修飾：（一）亞基的聚合（二）輔基的連接四、亞基聚合形成功能性蛋白質(zhì)復(fù)合物亞基聚合所需的信息蘊(yùn)藏在肽鏈的氨基酸序列之中。為什么原核生物制藥的活性較低？五、蛋白質(zhì)合成后被靶向輸送至細(xì)胞特定部位

蛋白質(zhì)在核蛋白體上合成后，必須分選出來(lái)，定向輸送到亞細(xì)胞區(qū)域行使各自的生物學(xué)功能。分選信號(hào)存在于蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)中，可引導(dǎo)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞的適當(dāng)靶部位，這類序列稱為信號(hào)序列(signalsequence)。蛋白種類信號(hào)序列結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分泌蛋白和質(zhì)膜蛋白信號(hào)肽15～30個(gè)氨基酸，位于N-端，中間為疏水性氨基酸核蛋白核定位信號(hào)4～8個(gè)氨基酸組成，位于內(nèi)部，含Pro、Lys和Arg，典型序列為K-K/R-X-K/R內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白內(nèi)質(zhì)網(wǎng)滯留信號(hào)C-端的Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）核基因組編碼的線粒體蛋白線粒體導(dǎo)肽20～35個(gè)氨基酸，位于N-端溶酶體蛋白溶酶體靶向信號(hào)甘露糖-6-磷酸（Man-6-P）蛋白細(xì)胞亞組分分選信號(hào)（一）分泌型蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)加工轉(zhuǎn)運(yùn)在核糖體上合成的分泌蛋白，要經(jīng)過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體，而不是直接運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞膜。細(xì)胞內(nèi)分泌型蛋白質(zhì)的合成與轉(zhuǎn)運(yùn)同時(shí)發(fā)生。它們的N-端都有信號(hào)肽（signalpeptide）結(jié)構(gòu)，由數(shù)十個(gè)氨基酸殘基組成。信號(hào)肽有以下共性N-端堿性氨基酸殘基，如賴氨酸、精氨酸；中段疏水核心區(qū)，主要含疏水的中性氨基酸，如亮氨酸、異亮氨酸等；C-端加工區(qū)，由一些極性相對(duì)較大、側(cè)鏈較短的氨基酸（如甘氨酸、丙氨酸、絲氨酸）組成，緊接著信號(hào)肽酶(signalpeptidase)裂解位點(diǎn)。信號(hào)序列引導(dǎo)蛋白質(zhì)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分泌蛋白進(jìn)入ER囊泡的形成和轉(zhuǎn)運(yùn)囊泡形成和轉(zhuǎn)運(yùn)（二）定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白質(zhì)C-端含有滯留信號(hào)序列與分泌型蛋白質(zhì)一樣，需要停留在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中執(zhí)行功能的蛋白質(zhì)先經(jīng)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的附著核糖體合成并進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，然后隨囊泡輸送到高爾基復(fù)合體，再通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)滯留信號(hào)序列與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的相應(yīng)受體結(jié)合，隨囊泡輸送回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。（三）大部分線粒體蛋白質(zhì)在細(xì)胞液合成后靶向輸入線粒體線粒體雖然含有DNA、核糖體、mRNA及tRNA等，可以進(jìn)行蛋白質(zhì)的生物合成，但絕大部分線粒體蛋白質(zhì)是由核基因組編碼、在胞液中的游離核蛋白體上合成后釋放、靶向輸送到線粒體中的。真核細(xì)胞線粒體蛋白質(zhì)的靶向輸送（四）質(zhì)膜蛋白質(zhì)由囊泡靶向轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞膜質(zhì)膜蛋白質(zhì)合成時(shí)在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的跨膜機(jī)制與分泌型蛋白質(zhì)的跨膜機(jī)制相似，但是，質(zhì)膜蛋白質(zhì)的肽鏈并不完全進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，而是通過(guò)疏水氨基酸序列錨定在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。分泌蛋白嵌入ER（五）細(xì)胞核蛋白質(zhì)由核輸入因子運(yùn)載經(jīng)核孔入核第五節(jié)

蛋白質(zhì)生物合成的干擾和抑制InterferenceandInhibitionofProteinBiosynthesis影響翻譯起始影響翻譯延長(zhǎng)干擾進(jìn)位引起讀碼錯(cuò)誤

影響肽鍵形成

影響轉(zhuǎn)位

一、許多抗生素通過(guò)抑制蛋白質(zhì)生物合成發(fā)揮作用抗生素作用靶點(diǎn)：抗生素作用機(jī)制抗生素作用位點(diǎn)作用原理應(yīng)用伊短菌素原核、真核核蛋白體小亞基阻礙翻譯起始復(fù)合物的形成抗病毒藥四環(huán)素、土霉素原核核蛋白體小亞基抑制氨基酰-tRNA與小亞基結(jié)合抗菌藥鏈霉素、新霉素、巴龍霉素原核核蛋白體小亞基改變構(gòu)象引起讀碼錯(cuò)誤、抑制起始抗菌藥氯霉素、林可霉素、紅霉素原核核蛋白體大亞基抑制轉(zhuǎn)肽酶、阻斷肽鏈延長(zhǎng)抗菌藥嘌呤霉素原核、真核核蛋白體使肽?；D(zhuǎn)移到它的氨基上后脫落抗腫瘤藥放線菌酮真核核蛋白體大亞基抑制轉(zhuǎn)肽酶、阻斷肽鏈延長(zhǎng)醫(yī)學(xué)研究夫西地酸、細(xì)球菌素EF-G抑制EF-G、阻止轉(zhuǎn)位抗菌藥壯觀霉素原核核蛋白體小亞基阻止轉(zhuǎn)位抗菌藥※常用抗生素抑制肽鏈生物合成的原理與應(yīng)用二、某些毒素抑制真核生物蛋白質(zhì)合成作為一種修飾酶，可使eEF-2發(fā)生ADP糖基化共價(jià)修飾，生成eEF-2腺苷二磷酸核糖衍生物，使eEF-2失活。1．白喉毒素(diphtheriatoxin)白喉毒素的作用機(jī)理：白喉毒素++延長(zhǎng)因子-2（有活性）延長(zhǎng)因子-2（無(wú)活性）2．蓖麻蛋白(ricin)蓖麻蛋白是蓖麻籽中所含的植物糖蛋白，由A、B兩條多肽鏈組成。A鏈?zhǔn)且环N蛋白酶，可作用于真核生物核蛋白體大亞基的28SrRNA，催化其中特異腺苷酸發(fā)生脫嘌呤基反應(yīng)，使28SrRNA降解，使核蛋白體大亞基失活；B鏈對(duì)A鏈發(fā)揮毒性具有重要的促進(jìn)作用，且B鏈上的半乳糖結(jié)合位點(diǎn)也是毒素發(fā)揮毒性作用的活性部位。干擾素(interferon,IFN)是真核細(xì)胞被病毒感染后分泌的一類具有抗病毒作用的蛋白質(zhì)，可抑制病毒的繁殖。干擾素分為α-（白細(xì)胞）型、β-（成纖維細(xì)胞）型和γ-（淋巴細(xì)胞）型三大類，每類各有亞型，分別具有其特異作用。三、干擾素經(jīng)抑制蛋白質(zhì)生物合成而呈現(xiàn)抗病毒作用※干擾素抑制病毒的作用機(jī)制有兩方面：一是干擾素在某些病毒雙鏈RNA存在時(shí)，能誘導(dǎo)特異的蛋白激酶活化，該活化的蛋白激酶使eIF-2磷酸化而失活，從而抑制病毒蛋白質(zhì)合成；二是干擾素能與雙鏈RNA共同活化特殊的2-5寡聚腺苷酸（2-5A）合成酶，催化ATP聚合，生成單核苷酸間以2-