现代分子生物学第四章.ppt

1,第四讲 生物信息的传递（下）从mRNA到蛋白质,2,主要内容：1、遗传密码-三联子2、tRNA3、核糖体4、蛋白质合成的生物学机制5、蛋白质运转机制,3,蛋白质的生物合成,核糖体是蛋白质合成的场所；mRNA是蛋白质合成的模板；转移RNA(tRNA)是模板与氨基酸之间的接合体。蛋白质合成需要多种蛋白质、酶和其他生物大分子的参与。蛋白质合成是一个需能反应。,4,翻译是指将mRNA链上的核苷酸从一个特定的起始位点开始，按每3个核苷酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。,5,4.1 遗传密码三联子,贮存在DNA上的遗传信息通过mRNA传递到蛋白质上，mRNA与蛋白质之间的联系是通过遗传密码的破译来实现的。,遗传密码：mRNA上每3个核苷酸翻译成多肽链上的一个氨基酸，这3个核苷酸就称为一个密码子（三联子密码）。,6,4.1.1 三联子密码及其破译因为mRNA中只有4种核苷酸，蛋白质中有20种氨基酸：以一种核苷酸代表一种氨基酸是不可能的。若以两种核苷酸作为一个氨基酸的密码（二联子），能代表42=16种氨基酸。若以3个核苷酸代表一个氨基酸，有43=64种密码子，满足了编码20种氨基酸的需要。,7,Crick等人发现T4噬菌体rII位点上两个基因的正确表达与它能否侵染大肠杆菌有关，用吖啶类试剂（诱导核苷酸插入或从DNA链上丢失）处理使T4噬菌体DNA发生移码突变（frameshift mutation），噬菌体就丧失感染能力。,从遗传学的角度证实三联子密码的构想是正确的,8,用核苷酸的插入或删除实验证明阿mRNA模板上每三个核苷酸组成一个密码子。,9,三联子密码的破译,制备E.coli无细胞合成体系，以均聚物、随机共聚物和特定序列的共聚物模板指导多肽的合成。核糖体结合技术。,10,均聚物为模板,Nirenberg把多聚（N）作为模板加入到无细胞体系时发现，新合成的多肽链是:poly(U)-UUU-polyphenylalanine poly(C)-CCC-polyproline poly(A)-AAA-polylysine poly(G)-did not work because of the complex secondary structure,11,Poly(UG)-poly(Cys-Val):5UGU GUG UGU GUG UGU GUG 3，无论读码从U开始还是从G开始，都只能有UGU（Cys）及GUG（Val）两种密码子。,随机共聚物为模板,12,Nirenberg及Ochoa等又用各种特定序列如只含A、C的共聚核苷酸作模板，任意排列时可出现8种三联子，即CCC、CCA、CAC、ACC、CAA、ACA、AAC、AAA，获得由Asn、His、Pro、Gln、Thr、Lys等6种氨基酸组成的多肽。,特定序列的共聚物为模板,13,以人工合成的三核苷酸如UUU、UCU、UGU等为模板，在含核糖体、AA-tRNA的适当离子强度的反应液中保温后通过硝酸纤维素滤膜。游离的AA-tRNA因相对分子质量小能自由过膜，与模板对应的AA-tRNA能与核糖体结合，体积超过膜上的微孔而被滞留。,核糖体结合技术,14,4.1.2 遗传密码的性质,密码的连续性(commaless),密码的简并性(degeneracy),密码的普遍性(universality),密码的特殊性(specificity),密码子与反密码子的相互作用,15,密码的连续性(commaless),三个核苷酸编码一个氨基酸。三联子密码是非重叠(non-overlapping)和连续的(commaless)。,16,密码的简并性(degeneracy),4种核苷酸可组成64个密码子:61个是编码氨基酸的密码子；3个即UAA、UGA和UAG是终止密码子,由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为简并（degeneracy）,17,通用遗传密码及相应的氨基酸,除色氨酸（UGG）只有一个密码子外，其他氨基酸都有一个以上的密码子：9种氨基酸有2个密码子，1种氨基酸有3个密码子，5种氨基酸有4个密码子，3种氨基酸有6个密码子。,18,同义密码子(synonymous codon)：对应于同一氨基酸的密码子,Synonym codons have the same meaning in the genetic code.Synonym tRNAs bear the same amino acid and respond to the same codon.,19,AUG甲硫氨酸及起始密码子GUG缬氨酸及起始密码子,UAA终止密码子(Ochre)UAG终止密码子(Amber)UGA终止密码子(Opal),20,密码子的兼并性,21,除了Arg以外，编码某一特定氨基酸的密码子个数与该氨基酸在蛋白质中的出现频率相吻合,22,密码的普遍性,23,密码的特殊性,The standard codons are true for most organisms,but not for all,24,tRNA的反密码子在核糖体内是通过碱基的反向配对与mRNA上的密码子相互作用的。,密码子与反密码子的相互作用,Codon 5 A C G 3 Anticodon 3 U G C 5is usually written as codon ACG/anticodon CGU,ACG and CGU,25,1966年，Crick提出摆动假说(wobble hypothesis)，解释了反密码子中某些稀有成分（如I，肌苷酸）的配对，以及许多氨基酸有2个以上密码子的问题。,wobble hypothesis,前两对严格遵守碱基配对原则。第三对碱基有一定的自由度，可以“摆动”，因而使某些tRNA可以识别1个以上的密码子。,26,b.当反密码子第一位是I时，密码子第三位可以是A、U或C。,mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子配对示意图,a.密码子与tRNA反密码子臂上相应序列配对,27,tRNA上的反密码子与mRNA上密码子的配对与“摆动”分析,一个tRNA究竟能识别多少个密码子是由反密码子的第一位碱基的性质决定的。,28,为每个三联密码子翻译成氨基酸提供了接合体;,4.2 tRNA,为准确无误地将所需氨基酸运送到核糖体上提供了运送载体。,又被称为第二遗传密码。,29,tRNA3端通过切割、修整，再加上CCA而成；5端由切割产生。,tRNA由较长的前体加工而来,30,tRNA,tRNA一级结构(Primary Structure)tRNA二级结构(Secondary Structure)tRNA三级结构(Tertiary Structure)tRNA的功能,31,tRNA一级结构(primary structure),长度:60-95 nt(commonly 76)残基:15 个invariant(恒定)和 8个 semi-invariant(半恒定).invariant 和 semi-variant 核苷的位置在二级结构和三级结构中起着重要的作用。含有修饰碱基(Modified bases):有时一个tRNA分子的 20%的碱基是经过修饰的。已发现有超过50 种不同类型的修饰碱基。,32,tRNA中所有4种碱基都能被修饰,33,不同tRNA在结构上存在大量的共性，由小片段碱基互补配对形成三叶草形分子结构，有4条根据结构或已知功能命名的手臂(arm or stem)和3个环(loop)。,tRNA二级结构(secondary structure),34,psai,35,受体臂（acceptor arm）由链两端序列配对形成的杆状结构和3端未配对的34个碱基所组成。其3 端的最后3个碱基序列永远是CCA，最后一个碱基的3或2 自由羟基(OH)可以被氨酰化。,Amino acid acceptor stem,36,D-arm and D-loop,D臂是根据它含有二氢尿嘧啶(dihydrouracil）命名的。D臂中存在多至3个可变核苷酸位点，17：1及20：1、20：2。最常见的D臂缺失这3个核苷酸，而最小的D臂中第17位核苷酸也缺失了。,37,Anticodon loop,反密码子臂是根据位于套索中央的三联反密码子命名的。由5bp的臂和7个核苷的环组成。在环中有与密码子互补的由3个核苷组成的反密码子。,38,Variable arm and T-arm,TC臂是根据3个核苷酸命名的，其中表示拟尿嘧啶；由5bp臂和含有GTC的环组成。可变臂(多余臂)是由3到21个核苷组成，可能会形成多达7bp的臂。,39,tRNA的L-形三级结构:研究酵母tRNAPhe、tRNAfMet和大肠杆菌tRNAfMet、tRNAArg等的三级结构，发现都呈L形折叠式。,tRNA三级结构(tertiary structure),40,tRNA三级结构(tertiary structure),tRNA三级结构主要由在二级结构中未配对碱基间形成的9个氢键（三级氢键）而引发的。大部分恒定或半恒定核苷酸都参与三级氢键的形成。,41,tRNA上所运载的氨基酸必须靠近位于核糖体大亚基上的多肽合成位点，而tRNA上的反密码子必须与小亚基上的mRNA相配对，所以分子中两个不同的功能基团是最大限度分离的。,这个结构形式满足了蛋白质合成过程中对tRNA的各种要求而成为tRNA的通式。,42,tRNA的功能,为每个三联密码子翻译成氨基酸提供了接合体，为准确无误地将所需氨基酸运送到核糖体上提供了运送载体。,43,起始tRNA和延伸tRNA同工tRNA校正tRNA,tRNA的种类,44,起始tRNA:能特异性识别mRNA模板上起始密码子的tRNA;延伸tRNA:其他tRNA统称为延伸tRNA。,1.起始tRNA和延伸tRNA,45,真核生物起始tRNA携带甲硫氨酸(Met)，原核生物起始tRNA携带甲酰甲硫氨酸(fMet)，原核生物中Met-tRNAfMet必须首先甲酰化生成fMet-tRNAfMet才能参与蛋白质的生物合成。,46,同工tRNA：代表相同氨基酸的不同tRNA。,2.同工tRNA,在一个同工tRNA组内，所有tRNA均专一于相同的氨酰-tRNA合成酶。同工tRNA既要有不同的反密码子以识别该氨基酸的各种同义密码，又要有某种结构上的共同 性，能被AA-tRNA合成酶识别。,47,结构基因中某个核苷酸的改变可能产生终止密码子(UAG、UGA、UAA)，使蛋白质合成提前终止，合成无功能的或无意义的多肽，这种突变称为无义突变，而校正tRNA通过改变反密码子区校正无义突变。,3.校正tRNA,48,AA-tRNA合成酶是一类催化氨基酸与tRNA结合的特异性酶;AA+tRNA+ATPAAtRNA+AMP+PPi,氨酰-tRNA合成酶aminonacyl-tRNA synthetase(ARS),49,蛋白质合成的真实性,蛋白质合成的真实性主要决定于AA-tRNA合成酶是否能使氨基酸与对应的tRNA相结合。AA-tRNA合成酶既要能识别tRNA，又要能识别氨基酸，它对两者都具有高度的专一性。,50,4.3 核糖体(ribosome)protein-synthesizing machines,51,一个细菌细胞内约有20,000个核糖体，真核细胞内可达106个。这些颗粒既可以游离状态存在于细胞内，也可与内质网结合，形成微粒体。,核糖体是由几十种蛋白质和多种核糖体RNA(ribosomal RNA,rRNA)所组成的亚细胞颗粒。它像一个沿着mRNA模板移动的工厂，执行着蛋白质合成的功能。,概况,52,核糖体及其他组分在大肠杆菌细胞内的分布,53,结合在内质网上的核糖体。,54,核糖体是一个致密的核糖核蛋白颗粒，可解离为两个亚基，每个亚基都含有一个相对分子质量较大的rRNA和许多不同的蛋白质分子。,核糖体的结构,55,原核与真核细胞核糖体大小亚基比较,5S rRNA(120 nt)23S rRNA(2900 nt)31(36)proteins,16S rRNA(1540 nt)21 proteins,5S rRNA(120 nt)28S rRNA(4700 nt)5.8S rRNA(160 nt)49 proteins,18S rRNA(1900 nt)33 proteins,Prokaryotes,Eukaryotes,70S(2.5M),80S(4.2M),50S(1.6M),30S(0.9M),60S(2.8M),40S(1.4M),56,大肠杆菌核糖体基本成分,57,核糖体分子中可容纳两个tRNA和约40bp长的mRNA。,核糖体结构模型,58,真核生物细胞中发现的多聚核糖体(polyribosomes or polysomes)现象,59,1.5 S rRNA2.16 S rRNA3.23 S rRNA4.5.8 S rRNA,rRNA,60,5S rRNA有两个高度保守的区域:一个区域含有保守序列CGAAC，这是与tRNA分子TC环上的GTCG序列相互作用的部位，是5 S rRNA与tRNA相互识别的序列。另一个区域含有保守序列GCGCCGAAUGGUAGU，与23S rRNA的中一段序列互补，可能是5 S rRNA与50 S核糖体大亚基相互作用的位点。,细菌5 S rRNA含有120个核苷酸（革兰氏阴性菌）或116个核苷酸（革兰氏阳性菌）。,5S rRNA,61,长约1 4751 544个核苷酸之间含有少量修饰碱基位于原核生物30 S小亚基内结构十分保守:(1)3端一段ACCUCCUUA的保守序列，与mRNA 5 端翻译起始区中的SD序列互补。(2)靠近3 端处还有一段与23 S rRNA互补的序列，在30 S与50 S亚基的结合中起作用。,16S rRNA,62,23 S rRNA基因包括2904个核苷酸:第19842001核苷酸之间存在能与tRNAMet序列互补的片段,表明核糖体大亚基23 S rRNA可能与tRNAMet的结合有关。第143157位核苷酸之间有一段12个核苷酸的序列与5 S rRNA上第7283位核苷酸互补，表明组成50 S大亚基的这两种RNA之间可能存在相互作用。,23 S rRNA,63,真核生物核糖体大亚基特有的rRNA长度为160个核苷酸含有修饰碱基含有与原核生物5 S rRNA中的保守序列CGAAC相同的序列，可能与tRNA作用的识别有关。,5.8S rRNA,64,在多肽合成过程中，由不同的tRNA将相应的氨基酸带到蛋白质合成部位，并与mRNA进行专一性的相互作用，以选择对信息专一的AA-tRNA。核糖体还必须能同时容纳另一种携带肽链的tRNA，即肽基tRNA（peptidyl-tRNA），并使之处于肽键易于生成的位置上。,核糖体的功能,65,细菌核糖体上一般存在三个与氨酰-tRNA结合的位点:A位点(aminoacyl site),新到来的氨酰-tRNA的结合位点;P位点(peptidyl site),肽基酰-tRNA结合位点;E位点(Exit site),延伸过程中的多肽链转移到氨酰-tRNA上释放tRNA的位点。只有fMet-tRNAfMet能与第一个P位点相结合，其它所有tRNA都必须通过A位点到达P位点，再由E位点离开核糖体。每一个tRNA结合位点都横跨核糖体的两个亚基，位于大、小亚基的交界面。,核糖体上重要位点,66,Location of tRNAs,Cate et al.,Science 1999,67,4.4 蛋白质合成的生物学机制,核糖体是蛋白质合成的场所，mRNA是蛋白质合成的模板，tRNA是模板与氨基酸之间的接合体。蛋白质合成是一个需能反应。真核生物中可能有近300种生物大分子参与蛋白质的生物合成，这些组分约占细胞干重的35%。,68,氨基酸活化肽链的起始肽链的延伸肽链的终止新合成多肽链的折叠和加工,蛋白质的生物合成,69,蛋白质合成各阶段的主要成分简表,70,1.氨基酸的活化,20种氨基酸20种氨酰-tRNA合成酶20种或更多的tRNAATPMg 2+,氨基酸必须在氨酰tRNA合成酶的作用下生成活化氨基酸AA-tRNA,71,*同一氨酰-tRNA合成酶具有把相同氨基酸加到两个或更多个带有不同反义密码子tRNA分子上的功能。,真核生物起始tRNA是Met-tRNAMet，原核生物起始tRNA是fMet-tRNAfMet。,tRNA与相应氨基酸的结合是蛋白质合成中的关键步骤，可确保多肽合成的准确性。,72,蛋白质合成的起始是指在模板mRNA编码区5端形成核糖体-mRNA-起始tRNA复合物,并将(甲酰)甲硫氨酸放入核糖体P位点。,2.翻译的起始,73,mRNAN甲酰甲硫氨酰tRNAmRNA上的起始密码子核糖体小亚基核糖体大亚基GTP,Mg2+起始因子,翻译的起始需要：,74,原核生物中30 S小亚基首先与mRNA模板相结合，再与fMet-tRNAfMet结合，最后与50 S大亚基结合。,真核生物中，40 S小亚基首先与Met-tRNAMet相结合，再与模板mRNA结合，最后与60S大亚基结合生成80SmRNAMet-tRNAMet起始复合物。,75,30 S小亚基模板mRNAfMet-tRNAfmet3个翻译起始因子，IF-1,IF-2,IF-3GTP50 S大亚基Mg 2+,细菌的翻译的起始,76,细菌的翻译的起始,翻译起始复合物的形成:,第一步，30S小亚基与翻译起始因子IF-1，IF-3结合，通过SD序列与mRNA模板相结合。第二步，fMet-tRNAfMet在IF-2的协同下进入小亚基的P位，tRNA上的反密码子与mRNA上的起始密码子配对。第三步，带有tRNA、mRNA、三个翻译起始因子的小亚基复合物与50S大亚基结合，释放翻译起始因子。,77,细菌mRNA分子上往往存在一个与16S rRNA3末端相互补的SD序列。,各种mRNA的核糖体结合位点中能与16 S rRNA配对的核苷酸数目及这些核苷酸到起始密码子之间的距离是不一样的，反应了起始信号的不均一性。,78,真核生物蛋白质生物合成的起始有其特点：核糖体较大，有较多的起始因子，mRNA具有m7GpppNp帽子结构，mRNA分子5 端的“帽子”和3 端的多聚A都参与形成翻译起始复合物，Met-tRNAMet不甲酰化，40 S亚基对mRNA起始密码子的识别经过扫描(Scanning)。,真核生物蛋白质生物合成的起始,79,帽子结构能促进起始反应帽子在mRNA与40 S亚基结合过程中起稳定作用带帽子的mRNA 5端与18 S rRNA的3端序列之间存在 不同于SD序列的碱基配对型相互作用,80,81,生成起始复合物，第一个氨基酸（fMet/Met-tRNA）与核糖体结合以后，肽链开始伸长。按照mRNA模板密码子的排列，氨基酸通过新生肽键的方式被有序地结合上去。肽链延伸中的每个循环都包括AA-tRNA与核糖体结合、肽键的生成和移位三步。,3.肽链的延伸,82,功能核糖体（起始复合物）AAtRNA伸长因子GTP,Mg2+肽基转移酶,肽链的延伸需要,83,1).后续AA-tRNA与 核糖体结合,细菌中肽链延伸的第一步反应：新的氨酰-tRNA结合到A位。该氨酰-tRNA首先与EF-Tu GTP形成复合物，进入核糖体的A位，水解产生GDP并在EF-Ts的作用下释放GDP并使EF-Tu结合另一分子GTP，进入新一轮循环。,84,2).肽键的生成,在核糖体mRNAAA-tRNA复合物中，AA-tRNA占据A位，fMet-tRNAfMet占据P位。生长肽链的C端与P位的tRNA分离,与新的氨基酸之间形成肽键。构象的变化导致大亚基的移动，使两个tRNA的N端移到大亚基的E和P位，而在小亚基中它们仍位于P和A位。,85,多肽链上肽键的形成缩合反应,86,核糖体通过EF-G介导的GTP水解所提供的能量向mRNA模板3末端移动一个密码子，使两个tRNA完全进入E位和P位(去氨酰tRNA被挤入E位;肽基-tRNA进入P位)，mRNA上的第三位密码子对应于A位准备开始新一轮肽链延伸。,3)移位,87,GTPmRNA上的终止密码子释放因子,4.肽链的终止,88,当终止密码子UAA、UAG或UGA出现在核糖体的A位时，没有相应的AA-tRNA能与之结合.释放因子能识别这些密码子并与之结合，水解P位上多肽链与tRNA之间的二酯键，释放新生的肽链和tRNA.核糖体大、小亚基解体，蛋白质合成结束。释放因子RF具有GTP酶活性，它催化GTP水解，使肽链与核糖体解离。,89,新生的多肽链大多数没有功能，必须经过加工修饰才能转变为活性蛋白质。,蛋白质前体的加工,90,左:新生蛋白质在去掉N端一部分残基后变成有功能的蛋白质右:某些病毒或细菌可合成无活性的多聚蛋白质，经蛋白酶切割后成为有功能成熟蛋白。,新生蛋白质经蛋白酶切割后变成有功能的成熟蛋白质,91,1、N端fMet或Met的切除2、二硫键的形成3、特定氨基酸的修饰4、切除新生肽链中非功能片段,蛋白质前体的加工,92,前胰岛素原蛋白翻译后成熟过程,93,蜂毒蛋白只有经蛋白酶水解切除N-端的22个氨基酸以后才有生物活性。该胞外蛋白酶只能特异性切割X-Y2肽，其中X是丙氨酸，天门冬氨酸和谷氨酸，Y是丙氨酸或脯氨酸。,切除新生肽链中的非功能片段,94,蛋白质的折叠,蛋白质折叠是翻译后形成功能蛋白质的必经阶段。蛋白多肽链的折叠是一个复杂的过程，首先折叠成二级结构，然后再进一步折叠盘绕成三级结构。,95,分子伴侣（molecular chaperone）,分子伴侣是一类序列上没有相关性但有共同功能的保守性蛋白质，它们在细胞内能帮助其它多肽进行正确的折叠、组装、运转和降解。,96,分子伴侣的分类,(1)热休克蛋白（heat shock protein）是一类应激反应性蛋白，包括HSP70、HSP40和GrpE三个家族，广泛存在于原核及真核细胞中。三者协同作用，促使某些能自发折叠的蛋白质正确折叠形成天然空间构象。,97,(2)伴侣素（chaperonin）包括HSP60和HSP10（原核细胞中的同源物分别为GroEL和GroES），它主要是为非自发性折叠蛋白提供能折叠形成天然结构的微环境。,98,蛋白质生物合成的抑制剂主要是一些抗生素，如嘌呤霉素、链霉素、四环素、氯霉素、红霉素等。此外，5-甲基色氨酸、环已亚胺、白喉毒素、蓖麻蛋白和其他核糖体灭活蛋白都能抑制蛋白质的合成。,蛋白质合成抑制剂,99,几种常见蛋白质合成抑制剂的结构式,100,嘌呤霉素抑制蛋白质合成的分子机制,101,由于细胞各部分都有特定的蛋白质组分，因此合成的蛋白质必须准确无误地定向运送才能保证生命活动的正常进行。,4.5 蛋白质运转机制,102,两种运转机制：翻译运转同步机制(cotranslationally)某个蛋白质的合成和运转是同时发生的翻译后运转机制(post-translationally)蛋白质从核糖体上释放后才发生的运转 这两种运转方式都涉及到蛋白质分子内特定区域与细胞膜结构的相互关系。,103,蛋白质合成和运转示意图,104,翻译时定位的蛋白质在合成过程中与内质网膜结合，形成“膜结合”的核糖体。此后，蛋白质进入内质网，通过高尔基体运出细胞质膜。如果这些蛋白质带有某种信号，则可能驻留在运输途径中的某一环节，或定位于其它细胞器，例如内体或溶酶体。翻译后运转（定位）的蛋白质在细胞质中游离核糖体上合成之后释放到细胞质，其中一些具有线粒体定位信号或核定位信号。,105,几类主要蛋白质的运转机制,106,4.5.1 翻译-运转同步机制蛋白质定位信息存在于自身结构中，并通过与膜上特殊受体的相互作用得以表达-信号肽假说的基础。,蛋白质跨膜运转信号也是由mRNA编码的。,107,信号序列启动蛋白的运转,信号序列：在起始密码子后，有一段编码疏水性氨基酸序列的RNA区域，这个氨基酸序列就被称为信号序列。,信号序列在结合核糖体上合成后便与膜上特定受体相互作用，产生通道，允许这段多肽在延长的同时穿过膜结构。,108,蛋白质通过其N-端的信号肽在内质网中运转到不同的细胞器,绝大部分被运入内质网内腔的蛋白质都带有一个信号肽(signal peptide)，位于蛋白质的氨基末端（13-36个残基）：（1）一般带有10-15个疏水氨基酸；（2）在靠近该序列N-端常常有1个或数个带正电荷的氨基酸；（3）在其C-末端靠近蛋白酶切割位点处常常带有数个极性氨基酸，离切割位点最近的那个氨基酸往往带有很短的侧链（丙氨酸或甘氨酸）。,109,蛋白质跨膜运转的信号肽假说及其运输过程,110,新生蛋白质通过同步转运途径进入内质网内腔的主要过程。,111,4.5.2 翻译后运转机制,1、线粒体蛋白质跨膜运转2、前导肽的作用和性质3、叶绿体蛋白质的跨膜运转,112,线粒体蛋白质的跨膜运转,113,通过线粒体膜运转的蛋白质大多数以前体形式存在，由成熟蛋白和位于N端的2080个残基的前导肽（leader peptide）组成；蛋白质跨线粒体内膜运转是一种需能过程,来自线粒体Hsp70引发的ATP水解和膜电位差。蛋白质跨线粒体膜运转时，首先由外膜上的Tom受体复合蛋白识别与Hsp70或MSF等分子伴侣相结合为待运转多肽，通过Tom和Tim组成的膜通道进入线粒体内腔。,114,带正电荷的碱性氨基酸（特别是精氨酸）含量较为丰富，分散于不带电荷的氨基酸序列之间；缺少带负电荷的酸性氨基酸；羟基氨基酸(Ser等)含量较高；有形成两亲(既有亲水又有疏水部分)-螺旋结构的能力。,前导肽的作用与性质,115,前导肽的不同区域可能在蛋白质跨膜运转过程中起不同的作用。,116,叶绿体蛋白质跨膜运转,活性蛋白水解酶位于叶绿体基质内，这是鉴别翻译后运转的指标之一。叶绿体膜上有识别叶绿体蛋白的特异性受体，能够特异地与叶绿体蛋白的前体结合。叶绿体蛋白质前体内可降解序列因植物和蛋白质种类不同而表现出差异。,117,4.5.3 核定位蛋白的运转机制,在细胞质中合成的蛋白质 核孔细胞核,118,为了核蛋白的重复定位，这些蛋白质中的信号肽被称为核定位序列(NLS-NuclearLocalization Sequence)一般都不被切除。NLS可以位于核蛋白的任何部位。蛋白质向核内运输过程需要核运转因子（Importin）、和一个低分子量GTP酶（Ran）参与。,核定位序列(NLS),119,核定位蛋白跨细胞核膜运转过程示意图,120,和组成的异源二聚体是核定位蛋白的可溶性受体，与核定位序列相结合的是亚基。这些蛋白组成的复合物停靠在核孔处，依靠Ran GTP酶水解GTP提供的能量进入细胞核。入核后,和亚基解离，核蛋白与亚基解离，和分别通过核孔复合体回到细胞质中，起始新一轮蛋白质运转。,121,细菌中蛋白质的跨膜运转,细胞膜运转复合物SecA-SecYEG,分子伴侣,122,4.5.4 蛋白质的降解,蛋白质降解是一个有序的过程。,2004年诺贝尔化学奖：阿龙切哈诺夫（以色列）阿夫拉姆赫尔什科（以色列)欧文罗斯（美）他们发现，人体细胞通过给无用蛋白质“贴标签”的方法，将那些被贴上标记的蛋白质进行“废物处理”，使它们自行破裂、消亡。,123,在大肠杆菌中，许多蛋白质的降解是通过一个依赖于ATP的蛋白酶(称为Lon)来实现的。当细胞中存在有错误或半衰期很短的蛋白质时，该蛋白酶就被激活。每切除一个肽键要消耗两个分子ATP。,124,真核蛋白的降解依赖于一个只有76个氨基酸残基、其序列高度保守的泛素(Ubiquitin)。被降解蛋白在ATP的作用下与泛素相连（需要E1,E2,E3三个降解因子参与），并被运送到特定蛋白降解体系中降解。,125,蛋白质的半衰期与N-端氨基酸残基的关系,