蛋白質的生物合成1(1)-資料下載頁

　　

【正文】 轉運機制： （ 1） 翻譯轉運同步機制 （ cotranslational transfer） 分泌蛋白 、 質膜蛋白 、 溶酶體蛋白 、 內質網和高爾基體滯留蛋白等 。 首先在游離核糖體上合成含信號肽的部分肽段后就結合到內質網上 ， 然后邊合成邊進入內質網腔 ， 經初步加工和修飾后 ， 部分多肽以芽泡形式被運往高爾基體 ， 再經進一步的加工和修飾后被運往質膜 、 溶酶體或被分泌到胞外 。 （ 2） 翻譯后轉運機制 （ posttranslational translocation） 葉綠體蛋白和線粒體蛋白 。 在細胞質游離核糖體上被完全合成后通過新生肽的信號序列 （ 引導肽 Leader peptide） 直接運往目的地并被加工 。 (一 )、 信號肽 : 翻譯轉運同步機制 信號肽是 Gunter Blobel1975年提出的 ， 用以解釋多肽向內質網的跨膜轉運 。 含信號肽的多肽進入內質網的過程： 當包含信號肽的多肽被合成一部分時 ， 信號肽識別體（ SRP） 就識別信號肽并結合到核糖體上 ， 翻譯暫時停止 ， SRP 與內質網膜上的受體 （ 停泊蛋白 ，docking protein） 結合 ， 核糖體與內質網結合 ， SRP離開 ， 延伸的肽鏈通過內質網上的肽移位裝置（ translocon） 進入內質網 ， 信號肽被切除 。 新生肽的命運就取決于信號肽和其他的信號序列 。 對于分泌蛋白來說 ， 跨膜轉運后要切除 N端信號肽 ， 多肽進入內質網腔 ， 此后還要在高爾基體進行下一步的修飾加工 。 跨膜蛋白轉運的起始階段與分泌蛋白類似 ， N端的信號肽作為起始信號結合在膜上 ， 多肽鏈的其余部分線形穿過膜 。 單跨膜蛋白 （ single pass membrane protein） 有一個終止轉運信號（ stop transfer signal） ,它阻止后續肽段的繼續穿膜 （ 圖 ） ， 多跨膜蛋白有一系列交替出現的起始和終止信號 （ 圖 ） 。 被轉運到內質網中的多肽多數還要運往它處 。經過初步的翻譯后修飾 ， 可溶性蛋白和膜結合蛋白被運輸到高爾基體 ， 這種運輸是經過運輸泡進行的 （ 圖 ） ， 滯留內質網中的蛋白有滯留信號 ， 在許多脊椎動物中它是 C端的四肽： LysAspGluLeu（ 簡稱 KDEL） 。 在高爾基體中 ， 多肽進一步被修飾 ， 如 N糖苷鍵型寡糖鏈進一步被處理 ， 特定 Ser和 Thr殘基進行 O糖苷鍵型糖基化修飾 。 溶酶體蛋白添加一個 6磷酸甘露糖殘基后被運往溶酶體 。 現在還不清楚下一步有什么信號指導分泌蛋白運往細胞表面 （ 經過胞外分泌 ， exocytosis） ， 什么信號指導質膜蛋白的運輸 ， 有人提出一種默認機制 （ 缺省機制 ， default mechanism） ：在缺失指導信號的情況下的一個特定的順序事件 。 信號肽： P412 信號識別體： P412 (二 )、 翻譯后轉運機制 （ posttranslational translocation） 線粒體和葉綠體蛋白是在細胞質游離核糖體上完全合成后運輸來的 ， 同樣 ， 這種運輸也需要信號序列 。 圖 C1向線粒體的運輸 。 細胞色素 C1合成要被轉運到線粒體的內膜空間（ 它是 ETC 復合物 Ⅲ 的一個組分 ） ， 細胞色素 C1的轉運需要兩個序列 （ N端 ） ， 第一個指導它運往線粒體基后質被切除 ， 第二個指導它運往內膜空間后被切除 ， 細胞色素 C1肽鏈折疊并結合一個血紅素輔基后與內膜上的復合物Ⅲ 結合 。 Uptake of proteins into the mitochondrial matrix ★ 問題：質體藍素 （ plastocyanin） 是一種在葉綠體光合作用中作為電子傳遞體的含銅蛋白 ，定位于類囊體腔 ， 和類囊體膜的內表面相連 ，它的轉運需要 N端的兩段轉運信號 ， 假設其轉運與線粒體相似 ， 那么它是如何被轉運的呢 ？ 轉膜機制 六 、 蛋白質的折疊 蛋白質的一級結構和它的三維構象以及生物功能的直接關系一直是現代生物化學研究的重點 。 這方面的一個重要的經典的范例是 Christuian Anfinsen 在 1950年后期做的一系列實驗 （ 1972年獲得諾貝爾化學獎 ） 。 圖 變性的牛胰 RNase在適當的條件下能重新折疊成天然的生物活性的狀態 。 這暗示如果多肽的 aa的物理 、 化學性質以及驅動折疊過程的力 （ 如鍵的旋轉 、 自由能氨基酸在多水環境中的特性 ） 都已知的情況下應該可以預測一個蛋白的三維結構 ， 然而盡管用盡各種先進的技術 ， 進展仍然緩慢 。 總的說來 ， 蛋白質的折疊是一個樓梯式的 （ stepwise） 過程 ， 在這個過程中 ， 二級結構的形成是早期的特征 ， 疏水作用似乎是很重要的驅動力 。 因為表面氨基酸殘基的替代很少影響蛋白質的結構和構象 ， 相反 ， 疏水核中氨基酸殘基的替代常常導致嚴重的結構變化 。 傳統的蛋白質折疊模式 （ 僅僅靠氨基酸殘基側鏈之間的相互作用驅使蛋白質折疊成最終的形式 ） 有很大的不可解釋性： （ 1） 時間性 。 蛋白質的合成通常只需要幾秒到幾分鐘 ， 如果一個新生肽要嘗試完各種可能的構象直到最穩定的構象 ，那么計算一下每個鍵旋轉到最終的生物活性形式所用的時間至少要用年來衡量 ， 甚至是一個天文數字 。 （ 2） 復雜性 如果基于物理數據 （ 如鍵角 、 旋轉的角度 ） 來折疊 ，那么要計算折疊的數學模型顯然太復雜了 ， 在這么短的時間內完成這么快 、 這么精巧的一個過程似乎不可能 。 近年來 ， 已經確定 ， 生活細胞中蛋白質的折疊和轉運是在分子伴侶的幫助下進行的 。 其中大部分是 hsp。它存在于所有的 生物中 ， 從細菌到高等動植物已發現了幾種類型的分子伴侶 。 此外 ， 它們還存在于原核性質的細胞器中 ， 如線粒體 、 葉綠體和內質網 。到目前為止發現所有的分子伴侶在序列同源性上都很高 。 圖 分子伴侶在蛋白折疊方面的作用表現在兩方面： （ 1） 從多肽開始合成到折疊的這段時間里 ， 分子伴侶可以保護多肽鏈不受其他蛋白的攻擊 ， 一些線粒體和葉綠體蛋白在插入細胞器膜之前必須保持未折疊狀態 。 （ 2） 幫助蛋白質正確快速地折疊或組裝成多亞基蛋白 。 ★ 在蛋白質折疊中有兩類分子伴侶： （ 1） Hsp70s。 Hsp70s是在折疊的早期階段起作用的分子伴侶家族 。 大量的 Hsp70s。 大量的 Hsp70s單體結合在未折疊的疏水的正延伸肽段上 。 每一個 Hsp70s有兩個結合位點：未折疊多肽結合位點和 ATP結合位點 。 多肽從 Hsp70s上釋放需要能量 。 內質網的 Hsp70s還是多肽跨膜轉運所必須的 。 （ 2） Hsp60s。 一旦未折疊的多肽從 Hsp70s上被釋放 ， 它就結合到一些Hsp60s上 （ 也稱 chaparonins,cpn60s） 。 Hsp60s形成一個巨大的桶狀結構 ， 它有兩個蓋 ， 位折疊蛋白進入桶中 ， Hsp60s幫助它形成正確的結構 。 分子伴侶還能幫助因各種脅迫而部分去折疊蛋白的重新折疊 ， 如果不能重新折疊的話 ， 分子伴侶就促進它的降解 。 ★ 本章要點 mRNA上密碼子與 tRNA上反密碼子的堿基配對是遺傳信息翻譯的基本機制 。 翻譯包括三個階段：起始 、 延伸 、 終止 。 每個階段都有相應的翻譯因子的參與 。 蛋白質合成后還要一系列的翻譯后修飾 、 折疊和定向轉運 。 翻譯后修飾包括切除 、 共價修飾 、 插入輔因子 。 真核與原核的翻譯后調控不同 ， 原核有 SD序列調控和翻譯的自身負調控 ， 真核較復 。 蛋白質的折疊可以發生在肽鏈合成中或合成后 ， 它是在分子伴侶的作用下進行 。 ★ 本章問題 1. 不同生物間 rRNA和核糖體蛋白的三維結構極其相似 ， 為什么 ？ 2. 遺傳密碼的特性 3. 怎樣理解氨酰 tRNA合成酶的作用是第二遺傳密碼 ？ 4. 敘述發生在氨酰 tRNA合成酶上的兩個反映 5. 氨酰 tRNA合成酶有時也會出錯 ， 它是如何檢測和校正的 ？ 6. 敘述蛋白質合成三個階段的主要事件 7. 翻譯因子在原核和真核的翻譯過程中個起什么功能 ？ 8. 寫出下列多肽的密碼子 ， 有幾種可能 ？ 9. 判斷下列過程發生在蛋白質合成的哪個階段 / A核糖體亞基與 mRNA結合 B多肽被正確合成 C核糖體沿著 mRNA移動 D核糖體解離成亞基 10. 估計一下合成 200個 AA需要多少個 ATP和 GTP？ 11. 翻譯因子中 GTP的作用 12. 原核和真核翻譯的主要區別 13. 舉例說明翻譯后修飾的意義 14. SD序列和 30S亞基的配對為原核提供了識別起始密碼子和 Met密碼子的機制 ， 那么真核如何辦呢 ？ 15. 每一個延伸循環的三步反應 16. 原核與真核翻譯調控的主要區別 17. 描述 SRP的結構和功能 18. 描述 translocon在共翻譯轉運中的作用 19. mRNA的結構如何影響翻譯的調控 20. 假設一個典型的分泌蛋白要被分泌到胞外 ，描述一下細胞內的加工過程 。 21. 要用一個多肽的一級結構來預測它的高級結構 ， 主要的困難和問題在那里 ？ 22. 敘述分子伴侶在蛋白質折疊中的作用 。 23. 多核糖體： 一條 mRNA上同時有多個核糖體與之結合 ， 它們以不同進度進行多肽連的合成 。 24 遺傳密碼如何編碼 ？ 有那些特點 ？ mRNA上每三個相鄰的核苷酸編成一個密碼子 ， 代表肽鏈合成種的某種氨基酸或合成的起始和終止信號 ， 4種核苷酸共組成 64種密碼子 。 特點： ① 方向性；編碼方向： mRNA的 5’到 3’② 連續性：密碼子之間連續排列 ， 即無間隔也無重疊 。 ③ 兼并性：除了 Met、 Trp只有一個密碼子之外 ， 其余每種氨基酸都有 2~6個密碼子 ④ 擺動性：在密碼子與反密碼子相互識別的過程種 ， 密碼子的第一個核苷酸起決定性的作用 ， 第二個尤其是第三個核苷酸能在一定的范圍內進行變動 。 ⑤ 通用性：不同生物功用一套密碼 。 25 保證準確翻譯的關鍵是什么 ？ ① 氨基酸與 tRNA的特異性結合依靠氨酰 tRNA合成酶的特異識別作用 。 ② 密碼子與反密碼子特異結合 ，依靠互補堿基配對結合實現 ， 也有賴于核糖體的構象正常而實現正常的裝配功能 。